不可变序列：元组

在学习了列表之后，列表是可修改的有序数据容器，我们现在关注另一种内置序列类型：元组。乍一看，元组与列表非常相似，但它们有一个重要区别：它们是不可变的。这意味着元组一旦创建，其内容就不能被修改、添加或删除。

可以将元组视为一个固定项的序列。如果你有一组表示不变事物的值，比如一个点的坐标(x, y)或特定颜色的RGB值，元组通常比列表更适合。

创建元组

你使用括号()来创建元组，而不是列表使用的方括号[]。元组中的项用逗号分隔。

# 一个空元组
empty_tuple = ()
print(empty_tuple)

# 一个包含整数的元组
coordinates = (10, 20)
print(coordinates)

# 一个包含混合数据类型的元组
person_info = ("Alice", 30, "New York")
print(person_info)

# 如果上下文明确，括号有时可以省略
another_tuple = 100, 200, 300
print(another_tuple)
print(type(another_tuple)) # 输出: <class 'tuple'>

创建单项元组

创建只有一个项的元组需要一种特殊语法：你必须在项后面加上一个逗号。如果没有逗号，Python会将括号解释为标准的组合括号，而不是定义一个元组。

# 这不是一个元组，它只是整数5
not_a_tuple = (5)
print(type(not_a_tuple)) # 输出: <class 'int'>

# 这是一个单项元组
single_item_tuple = (5,)
print(type(single_item_tuple)) # 输出: <class 'tuple'>
print(single_item_tuple)

这个尾随逗号明确告诉Python你打算创建一个元组，即使只有一个元素。

访问元组元素

访问元组中的元素与访问列表中的元素方法完全相同。你使用方括号[]和你想获取的元素的索引。请记住，索引从0开始。

rgb_color = (255, 165, 0) # 橙色

# 访问第一个元素（索引0）
red_value = rgb_color[0]
print(f"Red: {red_value}") # 输出: 红色: 255

# 访问第三个元素（索引2）
blue_value = rgb_color[2]
print(f"Blue: {blue_value}") # 输出: 蓝色: 0

切片也与列表的操作方法相同，使你能够获取元组的子序列。

weekdays = ("Mon", "Tue", "Wed", "Thu", "Fri", "Sat", "Sun")

# 获取从索引1开始到（不包括）索引4的元素
mid_week = weekdays[1:4]
print(mid_week) # 输出: ('Tue', 'Wed', 'Thu')

# 获取最后两个元素
weekend = weekdays[-2:]
print(weekend) # 输出: ('Sat', 'Sun')

不可变性：其主要特点

这正是元组与列表的根本区别。元组一旦创建，就不能修改其元素。尝试为元组中某个索引赋值新值会导致TypeError。

my_tuple = (10, 20, 30)
print(my_tuple)

# 让我们尝试修改索引1处的元素
# 这将导致一个错误！
# my_tuple[1] = 25 # 取消注释此行会导致TypeError

# 同样，你不能添加或删除元素
# 像append()、extend()、remove()、pop()这样的方法不适用于元组

这种不可变性可能看起来像一个限制，但它实际上是一个特性，提供了几个优点：

1. 数据完整性： 当你使用元组表示不应变动的数据时，你确保它在整个程序中保持不变。这可以防止意外修改。例子包括固定的坐标、配置设置或数据库记录。
2. 字典键： 字典要求其键是不可变的。由于元组是不可变的（前提是其所有元素也是不可变的，如数字或字符串），它们可以用作字典键。列表是可变的，因此不能。
3. 性能： Python可以对元组进行一些内部优化，因为它们的尺寸和内容是固定的。虽然通常可以忽略不计，但元组上的操作有时会比列表上的等效操作略快。

# 使用元组作为字典键
location_temps = {
    (40.7128, -74.0060): 22,  # 纽约市坐标 -> 温度
    (34.0522, -118.2437): 28, # 洛杉矶坐标 -> 温度
}

print(location_temps[(40.7128, -74.0060)]) # 输出: 22

# 尝试使用列表作为键会导致TypeError
# location_temps[[34.0522, -118.2437]] = 28 # 错误！

元组方法

由于它们是不可变的，元组与列表相比内置方法很少。两个主要方法是：

• count(value): 返回value在元组中出现的次数。
• index(value): 返回value第一次出现的索引。如果未找到该值，则会引发ValueError。

numbers = (1, 2, 5, 2, 8, 2, 10)

# 计算数字2的出现次数
count_of_2 = numbers.count(2)
print(f"The number 2 appears {count_of_2} times.") # 输出: 数字2出现了3次。

# 查找数字8第一次出现的索引
index_of_8 = numbers.index(8)
print(f"The number 8 first appears at index {index_of_8}.") # 输出: 数字8第一次出现在索引4。

# 尝试查找元组中不存在的值会引发错误
# index_of_99 = numbers.index(99) # 取消注释此行会导致ValueError

元组的打包与解包

Python允许一种与元组相关的便捷语法，称为打包和解包。

打包： 当你列出用逗号分隔的值而没有用括号包围时（通常），Python会自动将它们“打包”成一个元组。

packed_data = "Max", 25, "Berlin" # 值被打包成一个元组
print(packed_data)      # 输出: ('Max', 25, 'Berlin')
print(type(packed_data)) # 输出: <class 'tuple'>

解包： 你可以在一个赋值语句中将元组的元素赋值给单个变量。左侧变量的数量必须与元组中元素的数量匹配。

point = (15, 40)

# 将元组解包到变量x和y中
x, y = point

print(f"x coordinate: {x}") # 输出: x坐标: 15
print(f"y coordinate: {y}") # 输出: y坐标: 40

# 这也适用于交换变量！
a = 10
b = 20
a, b = b, a # 将(b, a)打包成一个元组，然后解包到a, b中
print(f"a: {a}, b: {b}") # 输出: a: 20, b: 10

解包常用于遍历元组序列，或函数返回多个值时（这些值通常以元组形式返回）。

列表与元组的选择

那么，你何时应该使用列表，何时应该使用元组呢？

• 当你的项集合可能需要变动时：添加、删除或修改元素，请使用列表。列表是可变的，并且具有灵活性。可以把它看作一个购物清单或用户列表。
• 当你有一组表示固定实体且创建后不应变动的项时，请使用元组。元组是不可变的，并提供数据完整性。可以把它看作坐标、固定配置设置或RGB颜色值。

理解元组的不可变特性很重要。尽管它们与列表共享索引和切片等序列行为，但其不可修改的特点使其适用于需要或要求不变性的不同编程情况。