Python 为何会有个奇怪的“...”对象？

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在写上一篇《Python 为何要有 pass 语句？》时，我想到一种特别的写法，不少人会把它当成 pass 语句的替代。在文章发布后，果真有三条留言说起了它。

所谓特别的写法就是下面这个：

# 用 ... 替代 pass
def foo():
    ...

它是中文标点符号中的半个省略号，也即由英文的 3 个点组成。若是你是第一次看到，极可能会以为奇怪：这玩意是怎么回事？（PS：若是你知道它，仔细看过本文后，你一样可能会以为奇怪！）

一、认识一下“...”内置常量

事实上，它是 Python 3 中的一个内置对象，有个正式的名字叫做——Ellipsis，翻译成中文就是“省略号”。

更准确地说，它是一个内置常量（Built-in Constant），是 6 大内置常量之一（另外几个是 None、False、True、NotImplemented、__debug__）。

关于这个对象的基础性质，下面给出了一张截图，大家应该能明白个人意思：

“...“并不神秘，它只是一个可能很少见的符号型对象而已。用它替换 pass，在语法上并不会报错，由于 Python 容许一个对象不被赋值引用。

严格来讲， 这是旁门左道，在语义上站不住脚——把“...”或其它常量或已被赋值的变量放在一个空的缩进代码块中，它们是与动做无关的，只能表达出“这有个没用的对象，不用管它”。

Python 容许这些不被实际使用的对象存在，然而聪明的 IDE 应该会有所提示（我用的是 Pycharm），好比告诉你：Statement seems to have no effect 。

可是“...”这个常量彷佛受到了特殊对待，个人 IDE 上没有做提示。

不少人已经习惯上把它当成 pass 那样的空操做来用了（在最先引入它的邮件组讨论中，就是举了这种用法的例子）。但我本人仍是倾向于使用 pass，不知道你是怎么想的呢？

二、奇怪的 Ellipsis 和 ...

... 在 PEP-3100 中被引入，最先合入在 Python 3.0 版本，而 Ellipsis 则在更早的版本中就已包含。

虽然官方说它们是同一个对象的两种写法，并且说成是单例的（singleton），但我还发现一个很是奇怪的现象，与文档的描述是冲突的：

如你所见，赋值给 ... 时会报错SyntaxError: cannot assign to Ellipsis ，然而 Ellipsis 却能够被赋值，它们的行为根本就不一样嘛！被赋值以后，Ellipsis 的内存地址以及类型属性都改变了，它成了一个“变量”，再也不是常量。

做为对比，给 True 或 None 之类的常量赋值时，会报错SyntaxError: cannot assign to XXX，可是给 NotImplemented 常量赋值时不会报错。

众所周知，在 Python 2 中也能够给布尔对象（True/False）赋值，然而 Python 3 已经把它们改形成不可修改的。

因此有一种可能的解释：Ellipsis 和 NotImplemented 是 Python 2 时代的遗留产物，为了兼容性或者只是由于核心开发者遗漏了，因此它们在当前版本（3.8）中还能够被赋值修改。

... 出生在 Python 3 的时代，或许在未来会彻底取代 Ellipsis。目前二者共存，它们不一致的行为值得咱们注意。个人建议：只使用"..."吧，就当 Ellipsis 已经被淘汰了。

三、为何要使用“...”对象？

接下来，让咱们回到标题的问题：Python 为何要使用“...”对象？

这里就只聚焦于 Python 3 的“...”了，不去追溯 Ellipsis 的历史和现状。

之因此会问这个问题，个人意图是想知道：它有什么用处，可以解决什么问题？从而窥探到 Python 语言设计中的更多细节。

大概有以下的几种答案：

（1）扩展切片语法

官方文档中给出了这样的说明：

Special value used mostly in conjunction with extended slicing syntax for user-defined container data types.

这是个特殊的值，一般跟扩展的切片语法相结合，用在自定义的数据类型容器上。

文档中没有给出具体实现的例子，但用它结合__getitem__() 和 slice() 内置函数，能够实现相似于 [1, ..., 7] 取出 7 个数字的切片片断的效果。

因为它主要用在数据操做上，可能大部分人不多接触。据说 Numpy 把它用在了一些语法糖用法上，若是你在用 Numpy 的话，能够探索一下都有哪些玩法？

（2）表达“未完成的代码”语义

... 能够被用做占位符，也就是我在《Python 为何要有 pass 语句？》中提到 pass 的做用。前文中对此已有部分分析。

有人以为这样很 cute，这种想法得到了 Python 之父 Guido 的支持 ：

（3）Type Hint 用法

Python 3.5 引入的 Type Hint 是“...”的主要使用场合。

它能够表示不定长的参数，好比Tuple[int, ...] 表示一个元组，其元素是 int 类型，但数量不限。

它还能够表示不肯定的变量类型，好比文档中给出的这个例子：

from typing import TypeVar, Generic

T = TypeVar('T')

def fun_1(x: T) -> T: ...  # T here
def fun_2(x: T) -> T: ...  # and here could be different

fun_1(1)                   # This is OK, T is inferred to be int
fun_2('a')                 # This is also OK, now T is str

T 在函数定义时没法肯定，当函数被调用时，T 的实际类型才被肯定。

在 .pyi 格式的文件中，... 随处可见。这是一种存根文件（stub file），主要用于存放 Python 模块的类型提示信息，给 mypy、pytype 之类的类型检查工具 以及 IDE 来做静态代码检查。

（4）表示无限循环

最后，我认为有一个很是终极的缘由，除了引入“...”来表示，没有更好的方法。

先看看两个例子：

两个例子的结果中都出现了“...”，它表示的是什么东西呢？

对于列表和字典这样的容器，若是其内部元素是可变对象的话，则存储的是对可变对象的引用。那么，当其内部元素又引用容器自身时，就会递归地出现无限循环引用。

无限循环是没法穷尽地表示出来的，Python 中用 ... 来表示，比较形象易懂，除了它，恐怕没有更好的选择。

最后，咱们来总结一下本文的内容：

• ... 是 Python 3 中的一个内置常量，它是一个单例对象，虽然是 Python 2 中就有的 Ellipsis 的别称，但它的性质已经跟旧对象分道扬镳
• ... 能够替代 pass 语句做为占位符使用，可是它做为一个常量对象，在占位符语义上并不严谨。不少人已经在习惯上接受它了，不妨一用
• ... 在 Python 中很多的使用场景，除了占位符用法，还能够支持扩展切片语法、丰富 Type Hint 类型检查，以及表示容器对象的无限循环
• ... 对大多数人来讲，可能并很少见（有人还可能由于它是一种符号特例而排斥它），但它的存在，有些时候可以带来便利。但愿本文能让更多人认识它，那么文章的目的也就达成了~

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