詳解增強算術(shù)賦值：“-=”操作是怎么實現(xiàn)的？

序言

本文是 Python語法糖 系列文章之一。最新的源代碼可以在 desugar 項目中找到（https://github.com/brettcannon/desugar）。

介紹

Python 有一種叫做增強算術(shù)賦值（augmented arithmetic assignment）的東西?？赡苣悴皇煜み@個叫法，其實就是在做數(shù)學(xué)運算的同時進(jìn)行賦值，例如 a -= b 就是減法的增強算術(shù)賦值。

增強賦值是在 Python 2.0 版本中 加入進(jìn)來的。（譯注：在 PEP-203 中引入）

剖析 -=

因為 Python 不允許覆蓋式賦值，所以相比其它有特殊/魔術(shù)方法的操作，它實現(xiàn)增強賦值的方式可能跟你想象的不完全一樣。

首先，要知道a -= b在語義上與 a = a-b 相同。但也要意識到，如果你預(yù)先知道要將一個對象賦給一個變量名，相比a - b 的盲操作，就可能會更高效。

例如，最起碼的好處是可以避免創(chuàng)建一個新對象：如果可以就地修改一個對象，那么返回 self，就比重新構(gòu)造一個新對象要高效。

因此，Python 提供了一個__isub__() 方法。如果它被定義在賦值操作的左側(cè)（通常稱為 lvalue），則會調(diào)用右側(cè)的值（通常稱為 rvalue ）。所以對于a -= b ，就會嘗試去調(diào)用 a.__isub__(b)。

如果調(diào)用的結(jié)果是 NotImplemented，或者根本不存在結(jié)果，那么 Python 會退回到常規(guī)的二元算術(shù)運算：a - b。

最終無論用了哪種方法，返回值都會被賦值給 a。

下面是簡單的偽代碼，a -= b 被分解成：

# 實現(xiàn) a -= b 的偽代碼
if hasattr(a, "__isub__"):
    _value = a.__isub__(b)
    if _value is not NotImplemented:
        a = _value
    else:
        a = a - b
    del _value
 else:
     a = a - b

歸納這些方法

由于我們已經(jīng)實現(xiàn)了二元算術(shù)運算，因此歸納增強算術(shù)運算并不太復(fù)雜。

通過傳入二元算術(shù)運算函數(shù)，并做一些自?。ㄒ约疤幚砜赡馨l(fā)生的 TypeError），它可以被漂亮地歸納成：

def _create_binary_inplace_op(binary_op: _BinaryOp) -> Callable[[Any, Any], Any]:

    binary_operation_name = binary_op.__name__[2:-2]
    method_name = f"__i{binary_operation_name}__"
    operator = f"{binary_op._operator}="

    def binary_inplace_op(lvalue: Any, rvalue: Any, /) -> Any:
        lvalue_type = type(lvalue)
        try:
            method = debuiltins._mro_getattr(lvalue_type, method_name)
        except AttributeError:
            pass
        else:
            value = method(lvalue, rvalue)
            if value is not NotImplemented:
                return value
        try:
            return binary_op(lvalue, rvalue)
        except TypeError as exc:
            # If the TypeError is due to the binary arithmetic operator, suppress
            # it so we can raise the appropriate one for the agumented assignment.
            if exc._binary_op != binary_op._operator:
                raise
        raise TypeError(
            f"unsupported operand type(s) for {operator}: {lvalue_type!r} and {type(rvalue)!r}"
        )

    binary_inplace_op.__name__ = binary_inplace_op.__qualname__ = method_name
    binary_inplace_op.__doc__ = (
        f"""Implement the augmented arithmetic assignment `a {operator} b`."""
    )
    return binary_inplace_op

這使得定義的 -= 支持 _create_binary_inplace_op(__ sub__)，且可以推斷出其它內(nèi)容：函數(shù)名、調(diào)用什么 __i*__ 函數(shù)，以及當(dāng)二元算術(shù)運算出問題時，該調(diào)用哪個可調(diào)用對象。

我發(fā)現(xiàn)幾乎沒有人使用**=

在寫本文的代碼時，我碰上了 **= 的一個奇怪的測試錯誤。在所有確保 __pow__ 會被適當(dāng)?shù)卣{(diào)用的測試中，有個測試用例對于 Python 標(biāo)準(zhǔn)庫中的operator 模塊卻是失敗。

我的代碼通常沒問題，如果代碼與 CPython 的代碼之間存在差異，通常會意味著是我哪里出錯了。

但是，無論我多么仔細(xì)地排查代碼，我都無法定位出為什么我的測試會通過，而標(biāo)準(zhǔn)庫則失敗。

我決定深入地了解 CPython 內(nèi)部發(fā)生了什么。從反匯編字節(jié)碼開始：

>>> def test(): a **= b
... 
>>> import dis
>>> dis.dis(test)
  1           0 LOAD_FAST                0 (a)
              2 LOAD_GLOBAL              0 (b)
              4 INPLACE_POWER
              6 STORE_FAST               0 (a)
              8 LOAD_CONST               0 (None)
             10 RETURN_VALUE

通過它，我找到了在 eval 循環(huán)中的INPLACE_POWER：

        case TARGET(INPLACE_POWER): {
            PyObject *exp = POP();
            PyObject *base = TOP();
            PyObject *res = PyNumber_InPlacePower(base, exp, Py_None);
            Py_DECREF(base);
            Py_DECREF(exp);
            SET_TOP(res);
            if (res == NULL)
                goto error;
            DISPATCH();
        }

然后找到PyNumber_InPlacePower()：

PyObject *
PyNumber_InPlacePower(PyObject *v, PyObject *w, PyObject *z)
{
    if (v->ob_type->tp_as_number &&
        v->ob_type->tp_as_number->nb_inplace_power != NULL) {
        return ternary_op(v, w, z, NB_SLOT(nb_inplace_power), "**=");
    }
    else {
        return ternary_op(v, w, z, NB_SLOT(nb_power), "**=");
    }
}

松了口氣~代碼顯示如果定義了__ipow__，則會調(diào)用它，但是只在沒有__ipow__ 時，才會調(diào)用__pow__。

然而，正確的做法應(yīng)該是：如果調(diào)用__ipow__ 時出問題，返回了 NotImplemented 或者根本不存在返回，那么就應(yīng)該調(diào)用 __pow__ 和__rpow__。

換句話說，當(dāng)存在__ipow__時，以上代碼會意外地跳過 a**b 的后備語義！

實際上，大約11個月前，這個問題被部分地發(fā)現(xiàn)，并提交了 bug。我修復(fù)了該問題，并在 python-dev 上作了說明。

截至目前，這似乎會在 Python 3.10 中修復(fù)，我們還需要在 3.8 和 3.9 的文檔中添加關(guān)于 **= 有 bug 的通知（該問題可能很早就有了，但較舊的 Python 版本已處于僅安全維護(hù)模式，因此文檔不會變更）。

修復(fù)的代碼很可能不會被移植，因為它是語義上的變化，并且很難判斷是否有人意外地依賴了有問題的語義。但是這個問題花了很長時間才被注意到，這就表明 **= 的使用并不廣泛，否則問題早就被發(fā)現(xiàn)了。