为什么集合对象存储为frozenset，列表对象存储为元组？

Question

我看到一篇博文提到“使用func.__code__.co_consts 检查函数中定义的所有常量”。

def func():
    return 1 in {1,2,3}
func.__code__.co_consts
(None, 1, frozenset({1, 2, 3}))

为什么返回frozenset？

def func():
    return 1 in [1,2,3]
func.__code__.co_consts
(None, 1, (1,2,3))

为什么它返回 tuple 而不是列表？从__code__.co_consts 返回的每个对象都是不可变的。为什么可变的常量是不可变的？为什么返回元组的第一个元素总是None？

Answer 1

这是 Python Peephole optimizer 的结果

在“优化”下，它说：

BUILD_LIST + COMPARE_OP(in/not in): convert list to tuple
BUILD_SET + COMPARE_OP(in/not in): convert set to frozenset 

更多信息请见here：

“Python 通过预先计算常量表达式或转换某些数据结构来优化代码”

尤其是关于“会员测试”的部分：

“用于成员资格测试的 Python 是将可变数据结构转换为其不可变版本。列表转换为元组，集合转换为冻结集。”

Answer 2

co_consts 中的所有对象都是常量，即它们是不可变的。例如，您不应该能够附加到在源代码中显示为文字的列表，从而修改函数的行为。

编译器通常通过列出列表中出现的所有单个常量来表示列表文字：

>>> def f():
...     a = [1, 2, 3]
...     return 1 in a
... 
>>> f.__code__.co_consts
(None, 1, 2, 3)

查看这个函数的字节码我们可以看到，函数每次执行的时候都会在执行时构建一个列表：

>>> dis.dis(f)
  2           0 LOAD_CONST               1 (1)
              2 LOAD_CONST               2 (2)
              4 LOAD_CONST               3 (3)
              6 BUILD_LIST               3
              8 STORE_FAST               0 (a)

  3          10 LOAD_CONST               1 (1)
             12 LOAD_FAST                0 (a)
             14 COMPARE_OP               6 (in)
             16 RETURN_VALUE

一般需要创建一个新列表，因为函数可能会修改或返回字面量定义的列表，这种情况下每次执行函数时都需要对新的列表对象进行操作。

但在其他情况下，创建一个新的列表对象是一种浪费。出于这个原因，Python 的窥视孔优化器可以在某些已知安全的情况下将列表替换为元组，或使用frozen_set 替换集合。一种这样的情况是列表或集合文字仅用于x [not] in <list_literal> 形式的表达式。另一种这样的情况是在for 循环中使用列表文字。

窥视孔优化器非常简单。它一次只看一个表情。出于这个原因，它无法检测到这种优化在我上面对f 的定义中是安全的，这在功能上与您的示例等效。