Изменяемые и неизменяемые типы в Python на собеседовании

Три свойства объекта §

Модель данных языка начинается с утверждения, которое стоит взять за основу ответа: у каждого объекта есть идентичность, тип и значение. Идентичность не меняется никогда, и документация предлагает думать о ней как об адресе объекта в памяти. Тип тоже не меняется. Меняться может только значение, и то не всегда.

Ключевая строка звучит дальше и снимает половину вопросов темы: изменяемость объекта определяется его типом. Числа, строки и кортежи неизменяемы; словари и списки изменяемы. Изменяемость задаёт тип, поэтому она предсказуема заранее, что бы с конкретным объектом ни делали.

Отсюда выводится и различие между is и ==: is сравнивает идентичность, то есть тот же самый это объект или нет; == сравнивает значения. Для неизменяемых объектов разница часто незаметна.

Аргумент по умолчанию вычисляется один раз §

Инженер, ведущий открытые тестовые интервью с джуниорами, включает этот пример в набор ловушек по теме. Пример показательный: «странность» здесь ровно нулевая.

Правило записано в справочнике языка прямо: значения параметров по умолчанию вычисляются слева направо при выполнении определения функции. То есть выражение вычисляется один раз, в момент определения, и одно и то же заранее вычисленное значение используется при каждом вызове.

Дальше всё следует само. Если значение по умолчанию — изменяемый объект, например список, и функция его изменяет, скажем добавляет элемент, то изменяется само значение по умолчанию. Документация добавляет: обычно это не то, что имелось в виду. При втором вызове функция получит список, в котором уже лежит результат первого.

Обходной путь тоже предписан документацией: значением по умолчанию ставят None и явно проверяют его в теле, создавая новый список внутри. Тогда каждый вызов получает свой объект.

Связь помогает запомнить правило: в тот же момент, при определении функции, вычисляются и выражения декораторов.

Неизменяемый контейнер с изменяемым содержимым §

Учебное изложение заканчивается списком типов, а следующий случай в него не укладывается. Кортеж неизменяем, но если внутри него лежит список, содержимое кортежа наблюдаемо меняется, и противоречия в этом нет.

Документация разбирает случай прямо и формулирует вывод, который стоит уметь воспроизвести: значение неизменяемого контейнера, содержащего ссылку на изменяемый объект, может измениться, когда изменится значение последнего; однако контейнер по-прежнему считается неизменяемым, потому что набор объектов, которые он содержит, изменить нельзя. И следом: неизменяемость — не строго то же самое, что неизменяемое значение, это тоньше.

Разгадка в том, что именно хранит контейнер. Кортеж хранит ссылки, и неизменяемость означает, что нельзя заменить одну ссылку на другую. То, куда эти ссылки ведут, кортежу не подчиняется.

Тот же механизм объясняет ещё две ловушки из того же набора:

• Умножение списка. Выражение вида [[]] * 3 создаёт не три независимых списка, а три ссылки на один и тот же объект. Изменение через любую из них видно через все.
• += против =. Для списка a += [3] изменяет объект на месте, а a = a + [3] создаёт новый объект и связывает имя с ним. Разница незаметна, пока на прежний объект не смотрит кто-то ещё, например другое имя или элемент кортежа.

Что можно положить в ключ словаря §

Последний шаг применяет уже сказанное. Ключом словаря может быть только хешируемый объект: словарь использует значение хеша внутри, и оно должно не меняться в течение всей жизни объекта.

Правило для контейнеров словарь языка формулирует одной строкой, и она содержит весь ответ: большинство неизменяемых встроенных объектов хешируемы; изменяемые контейнеры, списки и словари, не хешируемы; а неизменяемые контейнеры вроде кортежей и frozenset хешируемы только в том случае, если хешируемы их элементы.

Отсюда ответ на вопрос про кортеж со списком внутри выводится в одну строку: кортеж неизменяем, но его элемент — список, а список не хешируем; значит, и кортеж не хешируем, и ключом словаря быть не может.

Полезно назвать и причину, по которой правило именно такое; она возвращает к предыдущей секции. Если бы такой кортеж был ключом, изменение списка внутри поменяло бы значение хеша, и запись перестала бы находиться там, где её положили. Постоянство хеша — условие работоспособности словаря.