IT博客汇 | 编程语言之问：何时该借用，何时该创造？

编程语言之问：何时该借用，何时该创造？

豌豆花下猫发表于 2019-06-30 00:00:00

6 月 22 日，Python 之父 Guido 发了一条推特，说了 Python 的一则历史故事，他说 elif 是从 C 语言中偷过来的：

elif 是“else if”的简写，用于条件判断。当只有两个分支时，我们会写成“if…else…”，当出现更多分支时，我们会写成如下格式：

if 判断条件1：
    做事情1
elif 判断条件2：
    做事情2
else：
    做其它事

简写而成的 elif 不仅是减少了几个字符，而且由于单一而清晰的用途，它还不会给我们带来理解或使用上的困惑。

但是，简写法并不是主流，完整写法才是主流，C 语言中就是采用完整的写法：

if(判断条件1)
{
   做事情1
}
else if(判断条件2)
{
   做事情2
}
else 
{
   做其它事
}

没错，C 语言使用的是全拼写法，但是在它的预处理/预编译语句中，还有一个 elif 指令，Guido 所说的“偷”，就是从这来的：

#if 常量表达式1
// 编译1
#elif 常量表达式2
// 编译2
#else
// 编译3
#endif

Python 没有预编译，所以所谓的偷，跟预编译没有关系，只是在对比两种写法后，借用了更简洁的写法而已。

为什么 C 语言不把两种写法统一起来呢？这我不得而知了，而 Guido 在两种写法中，选择了后一种非主流却更好用的写法。我想对他说，你“偷”得好啊！

实际上，留言区里的人也有同感，纷纷表示：不介意、很 okay、非常喜欢，还有人说“不是偷，而是收获（harvested）”、“不是偷，而是把它提升了一些高度”……

前不久，我写了一篇《聊聊 print 的前世今生》，print 这个词就是从 C 语言中借用来的。除此之外，如果有人仔细比较这两种语言的关键字和习惯命名，肯定会发现不少相同的内容。

编程语言间有一些共享的元素，这很常见，创造一门语言并不意味着要原创每一个词句，毕竟大部分思想是共通的，作为基础设施的词语更是如此。

那么，我突然好奇了：创造一门编程语言时，什么时候该借用，什么时候该创造呢？

这个问题看起来可能没啥意义，因为终其一生，我们多数人也不大可能会参与创造一门编程语言。

但我觉得它还是极有意义的，首先，提问精神值得肯定，其次，它还提供了一种溯源、甄别、遴选、创造的体系性视角，我认为这是求知的正确思维方式。

带着这个疑惑，我特别想要考察的是 Python 的 for 循环。

如果你有其它语言基础，就知道 “for 循环”通常指的是这样的三段式结构：

for ( init; condition; increment ){
   statement(s);
}

// java
for(int x = 10; x < 20; x = x+1) {
    System.out.print("value of x : " + x );
    System.out.print("\n");
}

这种 C 风格的写法是很初级的东西，不少语言都借用了。但是，它的写法实在繁琐，为了更方便地遍历集合中的元素，人们在 for 循环之外又引入了升级版的 foreach 循环：

// java
int[] a = {1,2,3};
for(int i : a){
    System.out.print(i + ",");
}

// C#
int[] a = {1,2,3};
foreach(int i in a){
    System.Console.WriteLine(i);
}

Python 中也有 for 循环，但是，它借用有度，在设计上早早就有自己独到的考虑，它直接摒弃了三段式的 for 循环，而是采用类似 foreach 的一种写法：

for iterating_var in sequence:
   statements(s)

# 例子
for i in range(3):
    print(i)

for i in "hello":
    print(i)

从表面上看，Python 的 for 循环跟其它语言的 foreach 很相似，但实际上，它的工作原理却很不相同。

为什么会有不同呢？主要是因为 Python 的 for 语句用于可迭代对象上，而不仅仅是用于集合或者普通的容器（虽然它们也是可迭代对象），而可迭代对象还可再细分出迭代器与生成器，这会造成最终结果的极大差异。

先看看两个例子：

# 例1，普通可迭代对象
x = [1, 2, 3]
for i in x:
    print(i)
for i in x:
    print(i)

# 例2，迭代器或生成器
y = iter([1, 2, 3])
# y = (i for i in [1,2,3])
for i in y:
    print(i)
for i in y:
    print(i)

例 1 中，“1 2 3”会被打印两次，而在例 2 中，则只会打印一次。

普通可迭代对象只有 __iter__() 魔术方法，而不像迭代器一样拥有 __next__() 魔术方法，这意味着它无法实现 自遍历 过程，同时在经过 for 循环的 它遍历 后，也不会破坏原有的结构。（这两个是我创造的概念，详见《Python进阶：迭代器与迭代器切片》）。

但是，迭代器是一种匮乏的设计，具有单向损耗的特性，遍历一次后就会被破坏掉，不能重复利用。（关于迭代器的设计问题，这篇文章值得一看《当谈论迭代器时，我谈些什么？》）。

这表明了，Python 中 for 循环的使用场景很广阔，而且它还可能带来非纯结果，即重复执行同样的代码块，会出现不同的结果。

这是不是跟别的语言很不同了呢？相同的关键字，相似的循环思想与写法，但是，带来的影响却有差别。

关于 Python 的 for 循环，还有一个很独特的设计，即 for-else 结构：

x = [1, 2, 3]
for i in x:
    print(i, end = " ")
else:
    print("ok")

# 输出：1 2 3 ok

本文开头提到了 if-else 结构，只有在不满足 if 条件时，才会执行到 else 部分，也就是说，如果 if 语句为真，那执行完它的语句块后，就会跳过 else 部分。

这是一种非此即彼的并行关系 ，直白地说是“如果…就…；否则就…” 。

但是，对于 for-else 结构，for 语句并不是在做真值判断，它的程序体必然会执行（除非可迭代对象为空），执行后还会继续执行 else 部分。

所以，它是一种先此后彼的串行关系 ，翻译出来则是“对于…就…；然后…”。

这种结构肯定不是从 C 语言中借用来的，至于是否为 Python 所独创，我不确定（大概率是，姑且认为是吧），如果有知情的同学，烦请告知。

那么，为什么 Python 要加上这种设计呢，它有什么实际的用途么？

x = [1,2,3]
for i in x:
    if i % 2 == 0:
        print(i)   # match
        break
else:
    print("mismatch")

上例的 for 部分增加了一个判断以及 break，这个 break 不仅会跳出 for 循环本身，还会跳过 else 部分。

上例的作用是查找偶数，如果找到则打印出来，如果 for 循环遍历完都找不到，则进入到 else 分支，打印“mismatch”的结果。

所以，其实 else 是 for 循环有没有正常遍历结束的标记，如果在循环后没有达到某种目标而跳出（break、return 或者 raise），就可以在 else 中做必要的补充（记录日志、抛出异常等等）。

这种设计并不算一个好的设计，因为 else 会带来误解（if-else 那种非此即彼的关系），而且它的最大用途需要结合 break 等跳出循环的操作，但是这层信息却非显而易见的。

在核心开发者的邮件列表里，就有不少争论点，2009 年的这封邮件梳理了大家的讨论（https://mail.python.org/pipermail/python-ideas/2009-October/006155.html）。

其中，有开发者提议：

移除这个写法
如果用了却没写 break，就生成告警提示
替换 else 关键字（如 then、finally、else no break）
增加其它的功能

这封邮件一一列举了这些观点的提出原因及改进想法，然后又一一地反驳了它们，最后的结论是保持 for-else 写法不变，也就是大家现在看到的实现方式。它的完整语义是：

execute the for-loop (or while-loop)
if you reach a `break`, jump to the end of the `for...else` block
else execute the `else` suite

也就是说，else 对标的是“是否执行 break”，如果没有 break，则进入else。

但是，我并不认可这种做法，因为 break 是隐含条件，在直观上我们只看到了 for-else，很容易产生 if-else 那样的联想。因此，我反而赞同把 else 改为 then，以消除误会。

这封邮件的反驳意见是，改成 then 会引入新的关键字，因此不好。

我认为这个说法有些牵强（从使用者的角度），还记得本文开头的内容么，elif 就是新引入的关键字啊，看看它现在是多受欢迎。

elif 属于那种初看不知何意，但知道后肯定会记住的词，而且也不大可能拼写错误。为了这点简洁易拼写的好处，它就被引入成新的关键字了。

for-else 中的 else 属于那种初看以为知道含义的词，但实际却表达着不同意思（准确地说是，由于不知道隐含条件，而造成的误解），为了清晰语义的好处，我认为可以引入新的关键词 then 来替代 else。

不过，我转念一想，现在讨论这个已经没有意义了，毕竟时间已经过去了，那都是 10 年前的讨论了。

如果在 Python 创造之初，或者在 Python 3 大版本改动之初，这个讨论就被提出，那很可能 for-else 会被设计成 for-then ，then 会像引入 elif 关键词一样被引入。

如果是那样，说不定 Guido 某天心血来潮说起这则历史小故事，留言区又会出现一大片的赞同之声呢。

聊到这里，意犹未尽，但主题似乎有点跑偏，我们来稍微总结几个要点吧：

Python 从 C 中借用了 elif，受到赞许
Python 没有借用 C 传统的三段式 for 循环
Python 采用类似 foreach 的表达，但应用范围更广
Python 的 for 循环由于迭代器的设计原因，会造成一些陷阱
Python 创造了 for-else 结构，它的隐含语义是 for-(if break)-else，曾有讨论是否要创造新的关键词替换 for-else，但是被否决了

本文谈到的内容很微小，好像没有什么实际的帮助，不知道 elif 来源、不知道 for 循环的细节、不知道 for-else 的用途与争论，这些统统都不会造成语言使用上的障碍。

但我还是那个观点：

阅读 Python 的历史，从中你可以看到设计者们对功能细节的打磨过程，最终你就明白了，Python 是如何一步一步地发展成今天的样子。

这在我看来挺有趣的，更加增进了我对于 Python 的了解，以后在编程到某些用法的时候，脑海里满满都是故事，它顿时也会变得立体生动起来。