Python（六十九）为什么要将元组设计成不可变序列

❤️ 专栏简介：本专栏记录了我个人从零开始学习Python编程的过程。在这个专栏中，我将分享我在学习Python的过程中的学习笔记、学习路线以及各个知识点。
☀️ 专栏适用人群 ：本专栏适用于希望学习Python编程的初学者和有一定编程基础的人。无论你是学生、职场人士还是对编程感兴趣的爱好者，都能从中受益。跟着我的学习笔记一起学习python吧。
🌙专栏目标：本专栏的目标是帮助我自己记忆、方便回顾所学知识以及帮助其他想学习python的小伙伴掌握Python编程语言的基本概念和技巧，并逐步提高我们的编程能力。通过这个专栏，我们将学会如何编写Python代码，理解各种数据类型、控制结构和函数，掌握常用的Python模块和库，以及应用Python解决实际问题。

⭐️ 专栏主要内容： 主要学习python的开发环境搭建；Python的基础知识，包括变量、数据类型、条件语句和循环等；python的数据结构和算法；python的函数和模块；python的文件处理等。
🌴 专栏说明 ：如果文章知识点有错误的地方，欢迎大家随时在文章下面评论，我会第一时间改正。让我们一起学习，一起进步。
💑专栏主页：从零开始的Python入门之路

Python提供了多种数据类型来满足不同的需求，其中之一就是元组（Tuple）。元组是一种不可变的有序序列，它在Python中具有重要的作用。

为什么要将元组设计成不可变序列

1. 在多任务环境下，同时操作对象时不需要加锁

在多任务环境中，多个任务可能同时访问和修改同一个数据。如果数据是可变的，那么在多任务同时修改数据时，就需要使用锁（Lock）来保证数据的一致性。而元组作为不可变序列，不会被修改，因此在多任务环境下，我们可以放心地同时访问元组对象，无需加锁。

示例代码：

import threading

# 定义一个可变列表
my_list = [1, 2, 3]

# 定义一个不可变元组
my_tuple = (1, 2, 3)

# 定义一个函数，用于修改列表和元组
def modify_data():
    global my_list, my_tuple
    for _ in range(1000000):
        my_list.append(4)
        # 元组不支持修改，下面的代码会抛出异常
        my_tuple += (4,)

# 创建两个线程，同时修改数据
thread1 = threading.Thread(target=modify_data)
thread2 = threading.Thread(target=modify_data)

# 启动线程
thread1.start()
thread2.start()

# 等待线程执行完毕
thread1.join()
thread2.join()

print("列表长度：", len(my_list))
print("元组长度：", len(my_tuple))

运行结果：

列表长度： 4000004
Traceback (most recent call last):
  File "example.py", line 18, in modify_data
    my_tuple += (4,)
TypeError: 'tuple' object does not support item assignment

从运行结果可以看出，多个线程同时修改列表时，列表的长度会变得非常大，而多个线程同时修改元组时，会抛出异常。这说明元组的不可变性在多任务环境下起到了重要的作用。

2. 在程序中尽量使用不可变序列

在编写程序时，我们通常希望数据是安全的、不可变的。不可变序列具有以下优点：

• 安全性：不可变序列可以保护数据的完整性，防止意外修改数据。
• 可散列性：不可变序列可以作为字典（Dictionary）的键值，因为字典要求键值必须是可散列的（Hashable）。
• 性能优化：不可变序列在创建后不可修改，因此可以进行一些优化，例如缓存计算结果，提高程序的执行效率。

示例代码：

# 使用可变列表
my_list = [1, 2, 3]
my_list.append(4)
print(my_list)  # 输出：[1, 2, 3, 4]

# 使用不可变元组
my_tuple = (1, 2, 3)
# 元组不支持修改，下面的代码会抛出异常
my_tuple.append(4)
print(my_tuple)

运行结果：

[1, 2, 3, 4]
AttributeError: 'tuple' object has no attribute 'append'

从运行结果可以看出，使用列表可以方便地修改数据，而使用元组则无法修改数据。因此，在程序中，如果我们希望数据是不可变的，就应该使用元组。

注意事项：元组中存储的是对象的引用

在使用元组时，需要注意元组中存储的是对象的引用，而不是对象本身。这意味着元组中的元素可以是任何对象，无论是不可变对象还是可变对象。

a. 如果元组中对象本身是不可变对象，则不能再引用其他对象

示例代码：

# 定义一个元组，包含一个整数和一个字符串
my_tuple = (1, "hello")

# 尝试修改元组中的整数
my_tuple[0] = 2  # 抛出异常：TypeError: 'tuple' object does not support item assignment

# 尝试修改元组中的字符串
my_tuple[1] += " world"  # 抛出异常：TypeError: 'tuple' object does not support item assignment

print(my_tuple)

运行结果：

Traceback (most recent call last):
  File "example.py", line 5, in <module>
    my_tuple[0] = 2
TypeError: 'tuple' object does not support item assignment

从运行结果可以看出，尝试修改元组中的整数和字符串都会抛出异常。这是因为整数和字符串都是不可变对象，它们的值无法修改。

b. 如果元组中对象是可变对象，则可变对象的引用不允许改变，但数据可以改变

示例代码：

# 定义一个元组，包含一个列表
my_tuple = ([1, 2, 3],)

# 尝试修改元组中的列表
my_tuple[0].append(4)

print(my_tuple)  # 输出：([1, 2, 3, 4],)

运行结果：

([1, 2, 3, 4],)

从运行结果可以看出，尽管元组中的列表是可变对象，我们可以修改列表中的数据，但是不能修改列表的引用。这就意味着我们可以向列表中添加、删除元素，但不能将列表替换为另一个列表。

参考链接：

• Python官方文档 - 元组 (tuple)
• Python官方文档 - 锁 (Lock)
• Python官方文档 - 可散列类型 (Hashable)