9个 Python 实用案例分享

1. 整理字符串输入

整理用户输入的问题在编程过程中极为常见。通常情况下，将字符转换为小写或大写就够了，有时你可以使用正则表达式模块「Regex」完成这项工作。但是如果问题很复杂，可能有更好的方法来解决：

1. user_input = "This\nstring has\tsome whitespaces...\r\n" 
2.  
3. character_map = { 
4.     ord('\n') : ' ', 
5.     ord('\t') : ' ', 
6.     ord('\r') : None 
7. } 
8. user_input.translate(character_map)  # This string has some whitespaces...  

在本例中，你可以看到空格符「 n」和「 t」都被替换成了单个空格，「 r」都被删掉了。这只是个很简单的例子，我们可以更进一步，使用「unicodedata」程序包生成大型重映射表，并使用其中的「combining()」进行生成和映射，我们可以

2. 迭代器切片(Slice)

如果对迭代器进行切片操作，会返回一个「TypeError」，提示生成器对象没有下标，但是我们可以用一个简单的方案来解决这个问题：

1. import itertools   
2. s = itertools.islice(range(50), 10, 20) 
3. for val in s:   
4.     ...  

我们可以使用「itertools.islice」创建一个「islice」对象，该对象是一个迭代器，可以产生我们想要的项。但需要注意的是，该操作要使用切片之前的所有生成器项，以及「islice」对象中的所有项。

3. 跳过可迭代对象的开头

有时你要处理一些以不需要的行(如注释)开头的文件。「itertools」再次提供了一种简单的解决方案：

1. string_from_file = """   
2. // Author: ...   
3. // License: ...   
4. //   
5. // Date: ...   
6. Actual content...  
7.  """  
8. import itertools   
9. for line in itertools.dropwhile(lambda line: line.startswith("//"), string_from_file.split("   
10. ")):   
11.     print(line)  

这段代码只打印初始注释部分之后的内容。如果我们只想舍弃可迭代对象的开头部分(本示例中为开头的注释行)，而又不知道要这部分有多长时，这种方法就很有用了。

4. 只包含关键字参数的函数 (kwargs)

当我们使用下面的函数时，创建仅仅需要关键字参数作为输入的函数来提供更清晰的函数定义，会很有帮助：

1. def test(*, a, b):   
2.     pass   
3. test("value for a", "value for b")  
4. # TypeError: test() takes 0 positional arguments...   
5. test(a="value", b="value 2")  # Works...  

如你所见，在关键字参数之前加上一个「*」就可以解决这个问题。如果我们将某些参数放在「*」参数之前，它们显然是位置参数。

5. 创建支持「with」语句的对象

举例而言，我们都知道如何使用「with」语句打开文件或获取锁，但是我们可以实现自己上下文表达式吗?是的，我们可以使用「__enter__」和「__exit__」来实现上下文管理协议：

1. class Connection:   
2.     def __init__(self):   
3.         ...   
4.     def __enter__(self):   
5.         # Initialize connection...   
6.     def __exit__(self, type, value, traceback):   
7.         # Close connection...   
8. with Connection() as c:   
9.     # __enter__() executes   
10.     ...   
11.     # conn.__exit__() executes  

这是在 Python 中最常见的实现上下文管理的方法，但是还有更简单的方法：

1. from contextlib import contextmanager   
2. @contextmanager   
3. def tag(name):   
4.     print(f"<{name}>")   
5.     yield   
6.     print(f"</{name}>")   
7. with tag("h1"):   
8.     print("This is Title.")  

上面这段代码使用 contextmanager 的 manager 装饰器实现了内容管理协议。在进入 with 块时 tag 函数的第一部分(在 yield 之前的部分)就已经执行了，然后 with 块才被执行，最后执行 tag 函数的其余部分。

6. 用「slots」节省内存

如果你曾经编写过一个创建了某种类的大量实例的程序，那么你可能已经注意到，你的程序突然需要大量的内存。那是因为 Python 使用字典来表示类实例的属性，这使其速度很快，但内存使用效率却不是很高。通常情况下，这并不是一个严重的问题。但是，如果你的程序因此受到严重的影响，不妨试一下「__slots__」：

1. class Person:   
2.     __slots__ = ["first_name", "last_name", "phone"]   
3.     def __init__(self, first_name, last_name, phone):   
4.         self.first_name = first_name   
5.         self.last_name = last_name   
6.         self.phone = phone  

当我们定义了「__slots__」属性时，Python 没有使用字典来表示属性，而是使用小的固定大小的数组，这大大减少了每个实例所需的内存。使用「__slots__」也有一些缺点：我们不能声明任何新的属性，我们只能使用「__slots__」上现有的属性。而且，带有「__slots__」的类不能使用多重继承。

7. 限制「CPU」和内存使用量

如果不是想优化程序对内存或 CPU 的使用率，而是想直接将其限制为某个确定的数字，Python 也有一个对应的库可以做到：

1. import signal   
2. import resource   
3. import os   
4. # To Limit CPU time   
5. def time_exceeded(signo, frame):   
6.     print("CPU exceeded...")   
7.     raise SystemExit(1)   
8. def set_max_runtime(seconds):   
9.     # Install the signal handler and set a resource limit   
10.     soft, hard = resource.getrlimit(resource.RLIMIT_CPU)   
11.     resource.setrlimit(resource.RLIMIT_CPU, (seconds, hard))   
12.     signal.signal(signal.SIGXCPU, time_exceeded)   
13. # To limit memory usage   
14. def set_max_memory(size):   
15.     soft, hard = resource.getrlimit(resource.RLIMIT_AS)   
16.     resource.setrlimit(resource.RLIMIT_AS, (size, hard))  

我们可以看到，在上面的代码片段中，同时包含设置最大 CPU 运行时间和最大内存使用限制的选项。在限制 CPU 的运行时间时，我们首先获得该特定资源(RLIMIT_CPU)的软限制和硬限制，然后使用通过参数指定的秒数和先前检索到的硬限制来进行设置。最后，如果 CPU 的运行时间超过了限制，我们将发出系统退出的信号。在内存使用方面，我们再次检索软限制和硬限制，并使用带「size」参数的「setrlimit」和先前检索到的硬限制来设置它。

8. 控制可以/不可以导入什么

有些语言有非常明显的机制来导出成员(变量、方法、接口)，例如在 Golang 中只有以大写字母开头的成员被导出。然而，在 Python 中，所有成员都会被导出(除非我们使用了「__all__」)：

1. def foo():   
2.     pass   
3. def bar():   
4.     pass   
5. __all__ = ["bar"]  

在上面这段代码中，我们知道只有「bar」函数被导出了。同样，我们可以让「__all__」为空，这样就不会导出任何东西，当从这个模块导入的时候，会造成「AttributeError」。

9. 实现比较运算符的简单方法

为一个类实现所有的比较运算符(如 __lt__ , __le__ , __gt__ , __ge__)是很繁琐的。有更简单的方法可以做到这一点吗?这种时候，「functools.total_ordering」就是一个很好的帮手：

1. from functools import total_ordering   
2. @total_ordering   
3. class Number:   
4.     def __init__(self, value):   
5.         self.value = value   
6.     def __lt__(self, other):   
7.         return self.value < other.value   
8.     def __eq__(self, other):   
9.         return self.value == other.value   
10. print(Number(20) > Number(3))   
11. print(Number(1) < Number(5))   
12. print(Number(15) >= Number(15))   
13. print(Number(10) <= Number(2))  

这里的工作原理究竟是怎样的呢?我们用「total_ordering」装饰器简化实现对类实例排序的过程。我们只需要定义__lt__和__eq__就可以了，它们是实现其余操作所需要的最小的操作集合(这里也体现了装饰器的作用——为我们填补空白)。

10. 写在最后

并非本文中所有提到的功能在日常的 Python 编程中都是必需或有用的，但是其中某些功能可能会不时派上用场，而且它们也可能简化一些原本就很冗长且令人烦恼的任务。

还需指出的是，所有这些功能都是 Python 标准库的一部分。

而在我看来，其中一些功能似乎并不像标准库中包含的标准内容，所以当你使用 Python 实现本文提到的某些功能时，请先参阅 Python 的标准库，如果你不能找到想要的功能，可能只是因为你还没有尽力查找(如果真的没有，那它肯定也存在于一些第三方库)。