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关于python:Python-的切片为什么不会索引越界

jiezi

切片（slice）是 Python 中一种很有特色的个性，在正式开始之前，咱们先来温习一下对于切片的常识吧。

切片次要用于序列对象中，依照索引区间截取出一段索引的内容。

切片的书写模式：[i : i+n : m]；其中，i 是切片的起始索引值，为列表首位时可省略；i+n 是切片的完结地位，为列表末位时可省略；m 能够不提供，默认值是 1，不容许为 0，当 m 为正数时，列表翻转。

切片的根本含意是： 从序列的第 i 位索引起，向右取到后 n 位元素为止，按 m 距离过滤 。

上面是一些很有代表性的例子，根本涵盖了切片语法的应用要点：

# @Python 猫
li = [1, 4, 5, 6, 7, 9, 11, 14, 16]

# 以下写法都能够示意整个列表，其中 X >= len(li)
li[0:X] == li[0:] == li[:X] == li[:] == li[::] == li[-X:X] == li[-X:]

li[1:5] == [4,5,6,7] # 从 1 起，取 5 - 1 位元素
li[1:5:2] == [4,6] # 从 1 起，取 5 - 1 位元素，按 2 距离过滤
li[-1:] == [16] # 取倒数第一个元素
li[-4:-2] == [9, 11] # 从倒数第四起，取 -2-(-4)= 2 位元素
li[:-2] == li[-len(li):-2] == [1,4,5,6,7,9,11] # 从头开始，取 -2-(-len(li))= 7 位元素

# 步长为正数时，列表先翻转，再截取
li[::-1] == [16,14,11,9,7,6,5,4,1] # 翻转整个列表
li[::-2] == [16,11,7,5,1] # 翻转整个列表，再按 2 距离过滤
li[:-5:-1] == [16,14,11,9] # 翻转整个列表，取 -5-(-len(li))= 4 位元素
li[:-5:-3] == [16,9] # 翻转整个列表，取 -5-(-len(li))= 4 位元素，再按 3 距离过滤

# 切片的步长不能够为 0
li[::0]  # 报错（ValueError: slice step cannot be zero）

像 C/C++、Java 和 JavaScript 等语言，尽管也反对某些“切片”性能，例如截取数组或字符串的片段，然而，它们并没有一种在语法层面上的通用性反对。

依据维基百科材料，Fortran 是最早反对切片语法的语言（1966），而 Python 则是最具代表性的语言之一。

另外，像 Perl、Ruby、Go 和 Rust 等语言，尽管也有切片，但都不迭 Python 那样灵便和自在（因为它反对 step、正数索引、缺省索引）。

切片的根本用法就可能满足大部分的需要，然而，Python 切片还有一些进阶的用法，例如：切片占位符用法（可实现列表的赋值、删除与拼接操作）、自定义对象实现切片性能、迭代器切片（itertools.islice()）、文件对象切片等等。关联浏览：Python 进阶：全面解读高级个性之切片！

对于切片的介绍与复习，就到这里了。

上面进入文章题目的问题：Python 的切片语法为什么不会呈现索引越界呢？

当咱们依据单个索引进行取值时，如果索引越界，就会失去报错：“IndexError: list index out of range”。

>>> li = [1, 2]
>>> li[5]
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
IndexError: list index out of range

对于一个非空的序列对象，假如其长度为 length，则它无效的索引值是从 0 到（length – 1）。如果把正数索引也思考进去，则单个索引值的无效区间是 [-length, length – 1] 闭区间。

然而，当 Python 切片中的索引超出这个范畴时，程序并不会报错。

>>> li = [1, 2]
>>> li[1:5]  # 右索引超出
[2]
>>> li[5:6]  # 左右索引都超出
[]

其实，对于这种景象，官网文档中有所介绍：

The slice of s from i to j is defined as the sequence of items with index k such that i <= k < j. If i or j is greater than len(s), use len(s). If i is omitted or None, use 0. If j is omitted or None, use len(s). If i is greater than or equal to j, the slice is empty.

也就是说：

  • 当左或右索引值大于序列的长度值时，就用长度值作为该索引值；
  • 当左索引值缺省或者为 None 时，就用 0 作为左索引值；
  • 当右索引值缺省或者为 None 时，就用序列长度值作为右索引值；
  • 当左索引值大于等于右索引值时，切片后果为空对象。

对照下面的例子，能够失去：

>>> li = [1, 2]
>>> li[1:5]  # 等价于 li[1:2]
[2]
>>> li[5:6]  # 等价于 li[2:2]
[]

归纳起来一句话：Python 解释器把可能导致索引越界的操作给屏蔽了，你的写法能够很自在，然而最终的后果会被死死限度在非法的索引区间内。

对于这个景象，我其实是有点纳闷的，为什么 Python 不间接报索引越界呢，为什么要修改切片的边界值，为什么肯定要返回一个值呢，即使这个值可能是个空序列？

当咱们应用“li[5:6]”时，至多在字面意义上想表白的是“取出索引从 5 到 6 所对应的值”，就像是在说“取出书架上从左往右数的第 6 和 7 本书”。

如果程序是如实地遵循咱们的指令的话，它就应该报错，就应该说：对不起，书架上的书不够数。

瞎话说，我并没有查到这方面的解释，这篇文章也不是要给大家科普 Python 在设计上有什么独到的见解。恰恰相反，这篇文章的次要目标之一是心愿失去大家的回复解答。

在 Go 语言中，遇到同样的场景时，它的做法是报错“runtime error: slice bounds out of range”。

在 Rust 语言中，遇到同样的场景时，它的做法是报错“byte index 5 is out of bounds of ……”。

在其它反对切片语法的语言中，兴许还有跟 Python 一样的设计。然而，我还不晓得有没有（学识肤浅）……

最初，持续回到题目中的问题“Python 的切片为什么不会索引越界”。我其实想问的问题有两个：

  • 当切片语法中的索引超出边界时，为什么 Python 还能返回后果，返回后果的计算原理是什么？
  • 为什么 Python 的切片语法要容许索引超出边界呢，为什么不设计成抛出索引谬误？

对于第一个问题的答复，官网文档曾经写得很明确了。

对于第二个问题，本文临时没有答案。

兴许我很快就能找到答案，然而，也可能须要很久。不论如何，本文先到此为止了。

如果你喜爱钻研 Python 设计上的小细节，感兴趣探究“为什么”问题的解答，欢送关注“Python 为什么”系列文章。

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