一篇文章掌握 Python 內置 zip() 的全部內容

zip() 是 Python 中最好用的內置類型之一，它可以接收多個可迭代對象參數，再返回一個迭代器，可以把不同可迭代對象的元素組合起來。

我之前寫迭代器系列的時候，在《Python進階：設計模式之迭代器模式》中簡單地介紹過它，前幾天翻譯了 Python 3.10 採納的 PEP-618 ，介紹了它將會迎來的變更。

但是，還有不少同學並不知道 zip()，或者不能熟練掌握它的用法，因此本文打算來做一個更為詳細的梳理。

內容主要分三部分：

• 用法部分：介紹它的基礎用法、高級用法、騷操作用法
• 進階部分：介紹它的實現原理，關註幾個實現的細節
• 發散部分：聚焦它的不足，以及解決方法

1、zip() 的 n 種用法

基本用法：像拉鏈一樣，將多個可迭代對象組合起來，然後可以用 for 迴圈依次取出，或者一次性將結果存入列表、元組或者字典之類的容器中。

它的結果是一個迭代器，迭代器生成的元素是元組，第 i 個元組的元素分別來自可迭代對象參數的第 i 個元素，如上圖所示。

另外，for 迴圈還可以把元組內的元素依次取出，這樣會很方便：

它的參數並不要求是同一類的可迭代對象，因此可以有非常多的組合方式，例如：

但是，如果把字典作為 zip() 的參數，會是什麼結果呢？字典是 key-value 鍵值對形式，跟列表之類的單一元素結構不同。

實驗一下，可以看出，zip() 預設只會遍歷字典的 key 值：

如果想要取出字典的 value 值，或者取出 key-value 鍵值對，那麼可以使用字典自帶的遍歷方法 values() 和 items()：

使用 zip()，還可以比較方便地對二維列表實現行列轉換：

上例中的星號（*）操作符可以解包（unpacking），即將 my_list 的元素（也是列表）解成多個參數給 zip()，從而將 3 個列表重新組合。

解包操作符對於 zip 對象同樣適用，因為 zip() 本身是一次行列轉換的操作，若將它解包後作為參數給 zip()，等於再做一次行列轉換，也就是回到了原點（除了最後的結果是元組）：

最後再介紹一種用法：創建 n*n 的方陣，每行的數字相同。

2、zip() 的原理解析

官方文檔中給出了 zip() 的 Python 偽代碼（並非是 Python 解釋器內置的實現，只為了展示基本的代碼邏輯）：

def zip(*iterables):
    # zip('ABCD', 'xy') --> Ax By
    sentinel = object()
    iterators = [iter(it) for it in iterables]
    while iterators:
        result = []
        for it in iterators:
            elem = next(it, sentinel)
            if elem is sentinel:
                return
            result.append(elem)
        yield tuple(result)

在這段簡短的代碼中，可以分析出幾點關鍵的信息：

• zip 接收可變數量的可迭代對象參數，這些參數會經過 iter() 處理成迭代器。推論：若出現非可迭代對象，此處會報錯
• while 迴圈在判斷列表是否為空，而列表中的元素是將參數轉化而成的迭代器。推論：若入參存在有效的可迭代對象，則 while 迴圈始終為真；若沒有入參，則什麼都不做
• next() 會依次讀取迭代器中的下一個元素，它的第二個參數會作為迭代器耗盡時的返回值。推論：每一輪依次取出這些迭代器的一個元素，當某個迭代被耗盡時，則退出死迴圈，這就意味著未耗盡的迭代器會被直接捨棄

3、zip() 的問題與解決

zip() 最明顯的問題是它會捨棄掉未耗盡的迭代器：

這是一種木桶效應，最終的結果由最短的木板來決定。

有一種解決思路是取長板，同時補足短板（用 None 值填充），這就是 itertools 中的 zip_longest 方法：

它填充了冗餘數據，同時最大限度地保證了原始數據的完整性。

但是，如果我們不希望有冗餘數據，只希望得到按最長方式對齊的數據呢？

Python 官方最近採納了 PEP-618，它就是為了應對這個問題。當出現迭代器長度不一致時，它既不向短板妥協，也不向長板妥協，而是拋出 ValueError。它認為入參值錯誤，也就是嚴格要求入參的數據完整性。

該 PEP 會被合入到一年後的 Python 3.10 版本，關於更多的內容細節，可查閱這篇PEP-618 譯文 。

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