在 Python 中引入不可变对象的目的是什么？答案

【问题标题】：Purposes of introducing immutable objects in Python?在 Python 中引入不可变对象的目的是什么？
【发布时间】：2017-07-13 18:20:04
【问题描述】：

在 Python 中引入不可变对象的目的是什么？
- 它是否与使用参考模型的 Python 有关（即变量是指向对象而不是容器的指针？对象的值）？
  
  我猜不是，因为 Python 对所有类型都使用参考模型，并非所有类型都需要不可变对象。
- Python 中的不变性是否被用作函数范式的一部分？如果是，怎么做？
  
  例如，我们不能通过分配给它的一个来更改字符串职位。
```
>>> S
'Spam'
>>> S[0] = 'z'             # Immutable objects cannot be changed
...error text omitted...
TypeError: 'str' object does not support item assignment
```
  但我们总是可以构建一个新的并将其分配给相同的名称。这是否背叛了功能不变性的目的范式，并与命令式范式保持一致？但是在命令式范式中，根据不变性和参考模型来实现可变性是低效的。
```
>>> S = 'z' + S[1:]        # But we can run expressions to make new objects
>>> S
'zpam'
```
某些类型被设计为使用不可变对象（数字、字符串、元组）而其他类型（列表、字典、集合）使用可变对象而不是所有类型不可变或可变的原因是什么？

是否有一些规则可以判断一个类型是否需要不变性或可变性？原始对象（即相对于复合对象）是否必须是不可变的？

谢谢。

【问题讨论】：

Python 没有原始类型。
不变性通常会减少错误代码，但是，可变和不可变对象各有利弊。一般来说，严格的功能范式不允许重新分配变量。虽然你可以不遗余力地编写 Python 的纯函数子集，但它基本上是一种命令式语言，其中包含一些函数构造。
不变性很有用。可变性很有用。我们都有。涵盖使用其中一种或另一种的所有原因，或者为什么某些类型是可变或不可变的，对于 Stack Overflow 问题来说过于宽泛，而且它实际上并不是一个 Python 问题。
不是完全重复，但解释了为什么整数是不可变的：stackoverflow.com/questions/37535694/…。简而言之，拥有不可变数据类型允许您将对象视为只是一个值。但正如@user2357112 一样，还有其他原因，列出所有这些对于 Stack Overflow 来说过于广泛。

标签： python language-design

【解决方案1】：

在 Python 中引入不可变对象的目的是什么？

在任何语言中引入不可变对象有什么意义？

...我们不能通过分配一个位置来改变一个字符串...但是我们总是可以建立一个新的并将它分配给相同的名称。这是否背叛了函数式范式中不变性的目的，并与命令式范式保持一致？但是在命令式范式中，根据不可变性和参考模型来实现可变性是低效的。

实际上，这在实现中并不少见 - C# 字符串以完全相同的方式实现（对不可变对象的可变引用）。

一些将字符数组用于字符串的语言（如C）具有事实上不可变字符串长度（但每个字符都是可变的）。

请记住，“不变性”有许多相互竞争的定义。（不久前我读了一篇论文，列出并解释了所有这些，但我现在找不到它）。例如，它是否意味着对可变对象的常量引用（浅不变性）？还是对不可变对象的常量引用（深度不变性）？甚至是对不可变对象的“非固定”引用？这实际上取决于您想要使不变性有多“深”，以及如何在不“破坏”向后兼容性的情况下实现它。（关于向后兼容性问题，请注意 C++、C#、Java、F# 和许多其他语言实际上必须为常量变量引入特殊关键字 - 例如 Java 中的 final、F# 中的 let、C# 中的 readonly） .

另外一点：许多语言（C#、Python）都具有函数式特性，但不一定是纯粹（甚至主要）函数式语言。很多时候（例如在 C# 中），功能特性在技术上是该语言的新添加，因此为了保持向后兼容性，某些功能特性可能不会像您希望的那样以“纯”功能样式实现。

此外，允许多种范式的部分后果是，您通常可以以并非总是完全健康的方式“混合”它们 - 从句法角度“禁止”范式混合通常是困难或不可能的查看。

为什么某些类型被设计为使用不可变对象（数字、字符串、元组），而其他类型（列表、字典、集合）使用可变对象，而不是所有类型不可变或可变？

因为 Python 是一种多范式语言。不可变数据类型适用于函数式编程，但通常您希望可变数据类型用于面向对象编程。因此，语言必须具有适用于两种范式的特征。正如official documentation on Python's functional features 所说，

某些计算机语言的设计者选择强调一种特定的编程方法。这通常使编写使用不同方法的程序变得困难。其他语言是支持多种不同方法的多范式语言。 Lisp、C++ 和 Python 是多范式；您可以使用所有这些语言编写大部分程序化、面向对象或函数式的程序或库。在大型程序中，不同的部分可能使用不同的方法编写；例如，GUI 可能是面向对象的，而处理逻辑是程序性的或功能性的。

所以，基本上，Python 希望允许您选择您的范例（甚至能够在同一个程序中混合使用它们）。这实际上非常方便 - 许多框架（例如 .NET）现在都在鼓励它。（例如，WPF/XAML 倾向于鼓励 GUI 的声明范式）。

【讨论】：