Python: objectとtype(型)について

Pythonのobjectとtype(型)について整理した。 適切なデータ構造を選択したい。

type	class	mutable(not hashable)	immutable(hashable)	iterable
sequence	list	○		○
sequence	tuple		○	○
special sequence	string(※1)		○	○
range	range		○	○
mapping	dict	○		○
set	set	○		○
set	frozenset		○	○
int	int		○
bool	bool		○
float	float		○

built-in object

• Pythonは標準組み込み (built-in) type (native data collection) として、 次の型等がある。
  • int, string, list, dict, tuple
• built-in objectではmethodが使える。
• Pythonでは primitive type (プリミティブ型) は無い。
  • property、 methodを持たない単純data。
  • つまり、 methodが全て存在する。
  • JavaScript等は、 primitive typeがある。
  • 他にstring(文字列)、 boolean(論理値)等がある。

pythonにおけるcontainerについて

• 一部のsequence type (list,tuple), set, mapping type (dict) 等、 複数objectをまとめられるtype(型)をcontainer type (又はcollection type) と呼ぶ。
  • 汎用組み込みcontainerとも呼ばれる。
  • string sequence typeは含まれない (※1)。
• containerはobjectの参照列を指す。
  • immutableなcontainerではpointer(reference値、 どのobjectを参照しているか)は変更出来ないが、 参照先のobject自体を変更することは出来る (※2)。
• [] (box brackets: 角括弧)経由等でcontainer内の要素にアクセスする。

iterableとiterator

Iteration (繰り返し)は、 何かを次々に取り出す(loop)一般的な用語である。 Pythonでは、 iterable と iterator は特別な意味を持つ。

>>> iterable = "test"
>>> iterator = iter(iterable)
>>> next(iterator)
't'
>>> next(iterator)
'e'
>>> next(iterator)
's'
>>> next(iterator)
't'
>>> next(iterator)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
StopIteration
>>> iter(iterator) is iterator
True
>>> iterator
<str_iterator object at 0x1087ad8d0>

iterator

• __next__() と __iter__() methodを持つobject。
• for, map, list内包表記等を使用する場合は まず __iter__() を呼び出してiteraterを作り、次にiteraterの __next__() methodが呼び出され、 状態を記憶しつつfor loopの次の値を返す(次の値をpointingするようstateを更新する)。
  • 要は1要素取り出す度に処理を行い、 状態を記憶して要素を返す(生成する)。
  • next() でiteratorが進む (__next__() が呼び出されている)。
• container object (要素) が無くなった場合、 StopIteration exceptionを発生させ、 完了したことを通知する。

    def __next__(self):
        if self.index == 0:
            raise StopIteration
        self.index = self.index - 1
        return self.data[self.index]

• container type, string typeは全てiterable。
  • listはiterableなobjectだが、 iteratorでは無い。
• yieldを利用した実装を示すことが多い。
• generater objectもiteratorの一種。

>>> test_li = [1, 2, 3]
>>> test_li_iter = iter(test_li)
>>> test_li_iter.__iter__()
<list_iterator object at 0x1087ad780>

9.8. Iterators docs.python.org

iterable

• loopしてforで回せるもの。
• for loopのin右側に来る要素 for x in iterable:
  • 要素を1度に1つずつ返すことが出来るobject。
• 新しいiteratorを返す __iter__() methodを定義するobject。
  • 若しくは (0から始まるsequential indexを取得可能な) index検索に適した __getitem__() methodを持つobject。
    • indexが無効になった場合、 IndexError exceptionが発生する。
• iterableなobjectとして以下がある。
  • sequence type(list, tuple, string)
  • non sequence type(dict, file object)
• __iter__() で呼び出すことが出来て、 iteratorを返すobject全て。

# int object is not iterable。
>>> test_int = 100
>>> test_int_iter = iter(test_int)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: 'int' object is not iterable

# list object is iterable.
>>> test_li = [1,2,3]
>>> test_li_iter = iter(test_li)
>>> next(test_li_iter)
1
>>> next(test_li_iter)
2
>>> next(test_li_iter)
3
>>> next(test_li_iter)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
StopIteration

# dictionary object is iterable.
>>> test_dict = {"key_1":"val_1","key_2":"val_2"}
>>> test_dict_iter = iter(test_dict)
>>> next(test_dict_iter)
'key_1'

>>> test_tuple = (1,2,3)
>>> test_tuple_iter = iter(test_tuple)
>>> next(test_tuple_iter)
1

>>> test_str = "aaa bbb"
>>> test_str_iter = iter(test_str)
>>> next(test_str_iter)
'a'

sequence type

以下の特徴がある。

• 複数の要素をまとめて扱える。
• string, tuple, list, range がある。
• 要素は順序付けされる。

mutable, immutable

Pythonには、 mutable(変更可能)、 immutable(変更不可能)な型がある。 変数はobjectへのpointer(reference値)を格納しており、 object自体を格納していない。 その為、 objectはimmutableであっても、 pointer(reference値)自体は変更可能。

>>> test_li = [1,2,3]

# id ≒ pointer
>>> id(test_li)
4437242312

>>> test_li_2 = test_li
>>> id(test_li_2)
4437242312

>>> test_li_2
[1, 2, 3]

変数は違えど、 同じpointer(reference値)である。

• mutable
  • 要素を変更可能なobject。
  • dict, set, list 等。
  • hashableでは無い為、 dictのkeyには利用不可である。
• immutable
  • 要素が変更不可能なobject。
  • 変更するには、 pointer(reference値)が異なる新しいobjectを作成する必要がある。
  • string, tuple, frozenset, int, range 等。
  • hashableであるので、 dictのkeyには利用可能である。

hashable type

• immutableな組み込み型は全てhashable。
  • tuple等。
• list, dict, 集合はmutableであり、hashableではない。
  • dictのkeyに使うことは出来ない。

注釈

※1. string sequence(文字列型)は他のsequence typeと異なり、 immutable(不変)でありcontainerでは無い。

>>> a = 'xxx'
>>> b = 'yyy'
>>> print(a)
xxx
>>> a = a + b
>>> print(a)
xxxyyy

上記はaが xxxyyy に変化したように見える。 しかしa自体は xxx のままである。 最初に変数aのpointer(reference値)はxxxを指していたが、 xxx+yyy を指すようにpointer (references先、 向き先) を変更したのだ。 stringはimmutable(不変)だが、 pointerを変更することは出来る。

※2. immutableなtupleの変数(pointer、 reference値)は変わらずとも、 object自体はmutableである。

>>> test_tuple = ([1],[2],[3])
>>> id(test_tuple)
4437171656
>>> test_tuple[0].append(4)
>>> test_tuple
([1, 4], [2], [3])
>>> id(test_tuple)
4437171656