背景
在编程语言的大背景下，Python普遍被认为是一门易上手的脚本语言；
而随着Python的应用越来越广泛，仅仅停留在会跑Python程序是不够的；
本篇专栏主要记录一些高阶的用法以及Python语言的一些机制；
Python语言掌握需要具备的能力：
1、深入掌握Python编程机制，掌握高级语法功能，能够解决更加复杂的编程问题；
2、面对常见的Python编程问题明白其原理，能够快速解决；
3、深入理解面向对象和面向函数的作用，写出高质量代码；
4、掌握并发编程、异步编程等高级编程方法，解决高并发问题；
5、掌握Python与C语言的融合，科学加速等性能优化能力；
6、具备企业实战能力，解决复杂性高、性能要求高的任务；
Python对比其他语言的运行速度：
知识点
一、exce使用案例，结合String做的一种编程方式
def decision_process(conditions, outs):
base_string = f"if string.startswith('{conditions[0]}'): print('{outs[0]}')"
for c, out in zip(conditions[1:], outs[1:]):
base_string += f"\n\telif string.startswith('{c}'): print('{out}')"
return base_string
def create_func(conditions, outs):
return f"""def complexit_if(string):
\t{decision_process(conditions, outs)}
"""
programming = create_func(['0', '1', '2'], ['none', 'first', 'second'])
exec(programming) # 执行这一行创建了一个函数对象complexit_if
exec("complexit_if('001231')")
exec("complexit_if('112311')")
exec("complexit_if('201231')")
说明：这个案例主要是想表示，exec可以作为一种执行代码的函数，也体现了Python的解释型语言；
拓展：还有一种eval（）的函数方式，也可以对string进行执行，并且得到的是返回值；
二、Python3.10新特性——match case
Python3.10之后，引入了一种模式匹配的方法，并且具有更好的泛型能力；
下面简单创建一个json的字典样例：
parsed_json = {
"Age": 19,
"user_id": "uuid1231241",
"goods_info": {
"price": 100,
"createtime": 2022
}
}
接下来用match case进行匹配：
match parsed_json:
case {"Age": age, "user_id": userd_id, "goods_info": {"price": p, 'createtime': time_}}:
print(f"{age} with id {userd_id} bought {p} goods")
case {'Age': age, 'user_id': userd_id, "action_info": {"last_login": p}}:
print(f"{userd_id} with age {age} last login is {p}")
case _:
print("None")
结果当然是输出第一个匹配的对象，可以看出模式匹配还是很强大的，还可以对其他的类型进行匹配；
三、一种初始化类的快速方式——dataclass
首先正常情况下我们定义一个类并且初始化：
class OldPerson:
def __init__(self, name="Tom", age=10, location=10.0, weight=20.0):
self.name = name
self.age = age
self.location = location
self.weight = weight
def __repr__(self):
return f"Person(name={self.name}, age={self.age}, location={self.location}, weight={self.weight})"
从上面代码可以看出来，其中的过程是有些复杂的，特别是对于参数较多或者复杂的类别来说；
下面介绍一种新的定义类的方法：
from dataclasses import dataclass
@dataclass
class Person:
name: str = ""
age: int = 18
location: float = 10.0
weight: float = 20.0
person = Person()
person.name = "Jack"
print(person) # Person(name='Jack', age=18, location=10.0, weight=20.0)
可以看出，节省了大量的代码，使得代码更加友好；
四、生成器及yied的作用
通常情况下我们程序处理都是面向过程的，下面模拟一个读取文件的操作，代码如下：
# 导入头文件
import time
from collections import defaultdict
import datetime
# 设定处理一个文件的操作
def count_words(filename):
counts = defaultdict(int)
time.sleep(1) # 假设整个流程需要一秒
return counts
# 传入一个文件列表，对其中的每个文件都进行上述操作
def get_all_results(files):
results = []
for f in files:
results.append(count_words(f)) # 遍历列表中的每个文件，当全部遍历完后才会返回结果
return results
# 对得到的数据做处理
def collect_results(files):
for c in get_all_results(files):
print('get one {}'.format(datetime.datetime.now())) # 假设处理一次就打印一次处理的时间
if __name__ == '__main__':
files = ['some_file'] * 10 # 假设有10个文件
print('programming running at {}'.format(datetime.datetime.now())) # 程序开始运行的时间
collect_results(files) # 开始处理
运行结果：
存在问题：
1、直到所有文件读取完，才开始后续的操作，如果文件过多的话，就会卡在读取这一步；
2、 如果在读取过程中程序中断或崩溃，会导致后面的处理也失效，并且之后也要重新读取；
3、占用内存资源大，将所有文件内容都存在了一个空间中；
使用yied生成器的方法：
# 只需要在处理文件部分做修改
def get_all_results(files):
for f in files:
yield count_words(f) # 使用yield返回结果，这个函数也被作为一个生成器
# return (count_words(f) for f in files) # 也可以直接返回一个可迭代对象，也是一个生成器
运行结果：
说明：
可以看出，不需要等待全部文件读取完，每次读取后都会对该文件进行处理，节省了空间的同时也提高了安全性；
拓展：
map、filter实际上也是一种生成器的作用，返回一个可迭代对象；
五、装饰器
作用：对函数做改变，并且随时可以取消这个改变；
本质：Fun = anthor（Fun），简写成了@anthor，这也就是改变函数；
代码实战：
# 首先定义一个函数，来修改传进来的函数
def memory(f):
memory.cache = {} # function attribute
def _wrap(n):
if n in memory.cache:
print('hit {}'.format(n))
return memory.cache[n]
else:
r = f(n)
memory.cache[n] = r
return r
return _wrap
@memory
# 实现一个斐波那契数列
def fib(n):
return fib(n - 1) + fib(n - 2) if n >= 2 else 1
if __name__ == '__main__':
# fib = memory(fib) // 使用装饰器相当于执行这行代码
print(fib(10))
说明：
上述就是一个装饰器的使用，起到一个缓冲机制的作用，使得函数fib运行速度更加高效；
六、PYTHONPATH环境变量
这里需要介绍一个环境变量：PYTHONPATH
如果将自定义的一个py文件的路径放到这个环境变量中，代码如下：
export PYTHONPATH=${PWD}
那么在别的路径下，可以直接引用该环境变量路径下的包；
作用：十分便捷的引入外部工具包的方式，避免了一些工程文件的复制以及复杂的文件调用；
七、一些实用的工具函数
1、reduce
作用：将一个集合中的所有元素依次执行某个操作；
代码实现：
from functools import reduce
some_lists = [
[1, 2],
[3, 5],
[5, 6, 7, 1, 10.1, 11.1],
[121.4, 11.34],
[11.31, 1921, 321.],
]
print(reduce(lambda a, b: a + b, some_lists))
说明：
以上就是对多个数组进行相加的实现，reduce的功能很强大，可以对任意数据类型实现多种操作；
拓展：
-
operator库
import operator这是一个运算符操作的汇总库，可使用的一些操作在其内置的文件中有进行说明，下面是其包含的操作符方法：
2、cache
作用：
起到一个保存缓存数据的作用，对一些重复数据的结果进行保存，提高程序运行的效率；
代码示例：
from functools import cache
@cache
def fib(n):
return fib(n - 1) + fib(n - 2) if n > 2 else 1
说明：以上代码实现了一个斐波那契数列，用cache工具包能提高其运行效率；
如果想要指定缓存多少个数据，可以用lru_cache这个库，本质上cache也是调用这个库函数；
from functools import lru_cache
@lru_cache(maxsize=2**8)
3、Partial
作用：
中文含义为偏函数，是指将一个函数变为有默认值的函数；
代码示例：
from functools import partial
def load_info(id, name, age, sex):
print(sex)
# 定义默认参数的值
id1_config = {
"id": '001',
"name": "hero"
}
# 创建一个新函数，设定默认参数
load_info_1 = partial(load_info, **id1_config)
load_info_1(age=10,sex="男")
说明：这个工具能够起到简化代码的作用，不需要每次传入相同的参数，只需要创建一个具有固定参数的对象即可；更好的体现了面向对象编程这个概念，并且能够优化内存空间；
4、singledispatch
作用：
中文含义为单例分发模式，往往一个函数可以接收不同类型的参数，如果想修改不同类型参数时的实现，往往需要改变函数体，也不便于维护；单例分发模式可以在不修改源代码的情况下，将实现分发出去，更符合开发逻辑；
代码示例：
from functools import singledispatch
@singledispatch
def multiply(arg1, arg2):
pass
@multiply.register
def _(arg1:str, arg2:str): return arg1+arg2
@multiply.register
def _(arg1:int, arg2:int): return arg1*arg2
print(multiply(1, 2)) # 2
注意：这里需要注意的是，register（）属性支持类型标注在3.7版本更新，一开始用236版本一直无法使用类型标注；
总结
下面列举下本篇相关知识点：
- exce
- match case（python 3.10）
- dataclass（python 3.8）
- yied及生成器
- 装饰器
- PYTHONPATH环境变量配置
- 工具类函数：reduce、cache、partial、singledispatch
以上知识点都是在工程项目中可以使用来优化代码的，特别是环境配置以及生成器的使用；像cache装饰器可以缓存一部分数据，使得程序运行更加高效；
