Пропустить до содержимого
CodeMDD.io | Coding Tutorials

Как использовать указатели в Python?

[

Почему в Python нет указателей?

На самом деле я не знаю, почему в Python нет указателей. Возможно, в Python принципа Zen of Python. Указатели поощряют неявные изменения, а не явные. Они часто сложны, особенно для начинающих. Еще хуже, они могут привести к нежелательным последствиям, таким как чтение из области памяти, которая не предназначена для чтения.

Python старается абстрагироваться от таких деталей реализации, как адреса памяти, от своих пользователей. Python часто уделяет больше внимания удобству использования, а не скорости выполнения. В результате в Python указатели не имеют смысла. Но не унывайте: по умолчанию Python предоставляет вам некоторые преимущества использования указателей.

Для понимания указателей в Python нам понадобится небольшое отступление к деталям реализации Python. В частности, вам нужно понять:

  1. Неизменяемые и изменяемые объекты
  2. Переменные/имена в Python

Держитесь за свои адреса памяти, и приступим.

Объекты в Python

В Python все является объектом. Чтобы убедиться в этом, вы можете открыть REPL и исследовать это с помощью функции isinstance():

>>> isinstance(1, object)
True
>>> isinstance(list(), object)
True
>>> isinstance(True, object)
True
>>> def foo():
...     pass
...
>>> isinstance(foo, object)
True

Этот код показывает, что все эти значения являются объектами в Python. Все числа, списки, логические значения - все является объектами. Даже функция foo является объектом в Python.

Каждый объект в Python имеет некоторый идентификатор, тип и значение. Этот идентификатор можно представить в виде адреса памяти, где хранится объект. Важно отметить, что идентификатор объекта в Python не меняется в течение его жизни.

Неизменяемые и изменяемые объекты

В Python существуют два типа объектов: неизменяемые и изменяемые. Неизменяемые объекты - это объекты, значение которых не может быть изменено после их создания. Например, целые числа и строки - неизменяемые объекты. Изменяемые объекты, напротив, могут быть изменены после создания. Списки и словари - это примеры изменяемых объектов.

Существует причина, по которой мы рассматриваем неизменяемые и изменяемые объекты в контексте указателей. Это связано с тем, что именно эти различия ведут к отличию между переменными в C и именами в Python.

Понимание переменных

Давайте рассмотрим, как переменные работают в языке C и имена в Python и почему они отличаются.

Переменные в C

В языке C вы можете объявить переменную, которая хранит значение и имеет свой адрес памяти. Например, вот объявление переменной x, которая хранит значение 5:

int x = 5;

В этом случае имя x - это имя переменной, которая указывает на ячейку памяти, где хранится значение 5. Значение прикреплено к адресу памяти, а не к самому имени переменной.

Имена в Python

В Python имена работают немного иначе. Когда вы создаете объект в Python и присваиваете ему имя, это имя привязывается к объекту, а не к некоторому адресу памяти. Это означает, что имя в Python ссылается на объект и может использоваться для получения доступа к его значению.

Вот пример:

x = 5

В этом случае x - это имя, которое ссылается на объект, содержащий значение 5. Здесь нет прямой связи между именем переменной и адресом памяти, как в C. Вместо этого имя x является ссылкой на объект, и вы можете использовать это имя для получения доступа к значению объекта или выполнения операций с этим значением.

Примечание об интенсивных объектах в Python

В Python существует концепция интернирования - процесса использования и повторного использования существующих объектов для оптимизации использования памяти и ускорения выполнения программы. Когда вы создаете объекты с определенными значениями в определенном диапазоне (например, целые числа от -5 до 256), Python может использовать уже существующий объект с таким же значением вместо создания нового объекта.

Например, когда вы создаете два объекта с одинаковым значением 5:

x = 5
y = 5

Эти два имени x и y ссылаются на один и тот же объект в памяти. Это обеспечивает оптимизацию использования памяти и делает сравнение объектов с такими значениями более эффективным.

Симуляция указателей в Python

Теперь, когда вы понимаете основы объектов в Python и различия между неизменяемыми и изменяемыми объектами, давайте рассмотрим несколько способов симулировать указатели в Python.

Использование изменяемых типов в качестве указателей

Один из способов симулировать указатели в Python - использовать изменяемые типы данных, такие как списки и словари, в качестве указателей. Это связано с тем, что изменяемые объекты передаются по ссылке в Python, в отличие от неизменяемых объектов, которые передаются по значению.

Посмотрим на пример:

def increment(x):
    x[0] += 1


a = [0]
increment(a)
print(a[0])  # Output: 1

В этом примере функция increment() принимает список x и инкрементирует его первый элемент. Когда мы вызываем функцию increment(a), мы передаем список a по ссылке, а не по значению. Это означает, что изменения, внесенные внутри функции increment(), отражаются на исходном списке a.

Использование изменяемых типов данных в качестве указателей может быть полезным, когда вам нужно изменять объекты внутри функций или передавать объекты между различными частями кода.

Использование объектов Python

В Python также можно использовать объекты в качестве указателей. Вместо того, чтобы использовать изменяемые типы данных, вы можете создать класс, который будет выступать в роли указателя.

Вот пример класса Pointer, который является оберткой над целочисленным значением:

class Pointer:
    def __init__(self, value):
        self.value = value


    def increment(self):
        self.value += 1


x = Pointer(0)
x.increment()
print(x.value)  # Output: 1

В этом примере у нас есть класс Pointer, который имеет атрибут value, представляющий указатель. Мы можем использовать метод increment(), чтобы увеличить значение указателя. Таким образом, мы можем симулировать поведение указателя в Python, используя объекты как указатели.

Использование объектов в качестве указателей может быть полезным, когда вам нужно более гибкое поведение, чем просто изменение элементов списка или словаря.

Настоящие указатели с помощью ctypes

Если вам действительно нужны настоящие указатели в Python, вы можете использовать модуль ctypes. Он позволяет вам работать с кодом на языке C и использовать указатели напрямую в Python.

Вот пример использования ctypes для работы с указателями:

import ctypes


# Define a C structure
class Point(ctypes.Structure):
    _fields_ = [("x", ctypes.c_int), ("y", ctypes.c_int)]


# Create a new Point object
p = Point(0, 0)


# Get a pointer to the Point object
p_ptr = ctypes.pointer(p)


# Access the fields of the Point object through the pointer
p_ptr.contents.x = 5
p_ptr.contents.y = 10


print(p.x, p.y)  # Output: 5 10

В этом примере мы определяем структуру Point на языке C с двумя полями x и y. Затем мы создаем новый объект Point и получаем указатель на этот объект с помощью функции ctypes.pointer(). Мы можем получить доступ к полям объекта Point через указатель и изменять их значения.

Модуль ctypes обеспечивает прямую интеграцию с кодом на языке C и позволяет использовать указатели точно так же, как в языке C.

Заключение

В этой статье вы познакомились с тем, почему в Python нет указателей и как можно симулировать указатели в Python. Вы узнали о различиях между переменными в языке C и именами в Python, а также о том, как объекты в Python могут выступать в роли указателей.

Помните, что указатели не являются частью языка Python, но вы можете симулировать их с помощью изменяемых типов данных или объектов Python. Если вам действительно нужны настоящие указатели, вы можете использовать модуль ctypes.

С учетом этой информации вы будете лучше понимать, почему указатели в Python не существуют и как можно симулировать их поведение в языке программирования Python.