在 Python 中如何实现交换变量？

Question

以下代码在 Python 中是如何工作的：

a = input()
b = input()
a, b = b, a  # STATEMENT 1
print(a, b)

语句 1 是在 Python 堆内存空间中创建第三个变量来交换两个数字还是使用某种算法来进行交换？

Answer 1

ruohola在提供python代码的翻译字节码方面做得很好。

我在这里复制以供参考：

Python 代码：

a = input()
b = input()
a, b = b, a  # STATEMENT 1
print(a, b)

字节码：

 2           0 LOAD_NAME                0 (input)
             2 CALL_FUNCTION            0
             4 STORE_NAME               1 (a)

 3           6 LOAD_NAME                0 (input)
             8 CALL_FUNCTION            0
            10 STORE_NAME               2 (b)

 4          12 LOAD_NAME                2 (b)
            14 LOAD_NAME                1 (a)
            16 ROT_TWO                  # swapping done here
            18 STORE_NAME               1 (a)
            20 STORE_NAME               2 (b)
            22 LOAD_CONST               0 (None)
            24 RETURN_VALUE

ROT_TWO 操作交换 python 堆栈的前 2 个值。那么到目前为止我们实际上有什么：

Python 通过调用 swap (ROT_TWO) 子例程来交换这两个值。

如果这是您想要走多远并且它回答了您的问题，那很好。 但是，对于那些想要更深入了解此交换 (ROT_TWO) 子例程如何工作的人来说，here is the official CPython implementation：

#define TOP()             (stack_pointer[-1])
#define SECOND()          (stack_pointer[-2])
#define SET_TOP(v)        (stack_pointer[-1] = (v))
#define SET_SECOND(v)     (stack_pointer[-2] = (v))
/*..*/
case TARGET(ROT_TWO): {
   PyObject *top = TOP();
   PyObject *second = SECOND();
   SET_TOP(second);
   SET_SECOND(top);
   FAST_DISPATCH();
}

或者换句话说，ROT_TWO 的实现实际上执行了以下步骤（a,b 是堆栈的前 2 个值）：

x1 = a
x2 = b
a = x2
b = x1

所以实现使用辅助临时位置（x1，x2）实际上它使用 2 个辅助内存位置而不是最小的 1 个辅助位置来交换两个值，而不是更多内存- 高效的实现会做：

x = a
a = b
b = x

在当前的计算模型下，swapping two values can be done only in so many different ways 并不会神奇地发生：

1. 使用辅助临时存储
2. 使用一系列XOR（或类似的算术）运算

总而言之，Python 在底层确实使用辅助临时位置来交换两个值。

Answer 2

这是一个简单的字节码操作，不需要任何中间变量来进行交换。看这个演示：

import dis

code = '''
a = input()
b = input()
a, b = b, a
'''

dis.dis(code)

输出：

 2           0 LOAD_NAME                0 (input)
             2 CALL_FUNCTION            0
             4 STORE_NAME               1 (a)

 3           6 LOAD_NAME                0 (input)
             8 CALL_FUNCTION            0
            10 STORE_NAME               2 (b)

 4          12 LOAD_NAME                2 (b)
            14 LOAD_NAME                1 (a)
            16 ROT_TWO
            18 STORE_NAME               1 (a)
            20 STORE_NAME               2 (b)
            22 LOAD_CONST               0 (None)
            24 RETURN_VALUE

注意：就像整体的字节码一样，这当然只是 CPython 的一个实现细节。