IB111 Úvod do programování skrze Python
Přednáška 7
Správa paměti (proměnné podrobněji)
Práce se soubory
Nikola Beneš
2. listopad 2016
IB111 přednáška 7: správa paměti, práce se soubory 2. listopad 2016 1 / 28
Proměnné a paměť
0x1e 0x1f 0x20 0x21
... ...
IB111 přednáška 7: správa paměti, práce se soubory 2. listopad 2016 2 / 28
Proměnné
Proměnné
něco, co drží hodnotu
jejich hodnota se může během výpočtu měnit
Názvy proměnných (v Pythonu)
posloupnost písmen, číslic a znaků '_'
bez mezer, více slov pomocí:
podtržítek: dlouhy_nazev_promenne
střídání velikosti písmen: dlouhyNazevPromenne
nelze používat rezervovaná klíčová slova jazyka
False class finally is return
None continue for lambda try
True def from nonlocal while
and del global not with
as elif if or yield
assert else import pass
break except in raise
IB111 přednáška 7: správa paměti, práce se soubory 2. listopad 2016 3 / 28
Globální a lokální proměnné
Globální proměnné
definovány globálně (tj. ne uvnitř funkce)
jsou viditelné kdekoli v programu
Lokální proměnné
definovány uvnitř funkce
jsou viditelné jen ve své funkci
Obecněji:
proměnné jsou viditelné v rámci svého bloku
blokem můžou být:
moduly (soubory se zdrojovým kódem)
funkce
třídy (o těch se dozvíme později)
a jiné (závisí na konkrétním jazyce)
IB111 přednáška 7: správa paměti, práce se soubory 2. listopad 2016 4 / 28
Globální a lokální proměnné v Pythonu
Příklad 1
a = "This is global."
def example1():
b = "This is local."
print(a)
print(b)
example1() # This is global.
# This is local.
print(a) # This is global.
print(b) # CHYBA!
# NameError: name 'b' is not defined
IB111 přednáška 7: správa paměti, práce se soubory 2. listopad 2016 5 / 28
Globální a lokální proměnné v Pythonu
Příklad 2
a = "Think global."
def example2():
a = "Eat local."
print(a)
print(a) # Think global.
example2() # Eat local.
print(a) # Think global.
vytváříme novou lokální proměnnou, neměníme tu globální
IB111 přednáška 7: správa paměti, práce se soubory 2. listopad 2016 6 / 28
Globální a lokální proměnné v Pythonu
Příklad 3
jak měnit globální proměnné?
a = "Think global."
def example3():
global a
a = "Eat local."
print(a)
print(a) # Think global.
example3() # Eat local.
print(a) # Eat local.
IB111 přednáška 7: správa paměti, práce se soubory 2. listopad 2016 7 / 28
Globální a lokální proměnné v Pythonu
Příklad 4
lokální proměnná vzniká přiřazením kdekoli uvnitř funkce
a = "Think global."
def example4(change_opinion=False):
print(a)
if change_opinion:
a = "Eat local."
print("Changed opinion:", a)
print(a) # Think global.
example4() # CHYBA!
# UnboundLocalError: local variable 'a' referenced before
# assignment
IB111 přednáška 7: správa paměti, práce se soubory 2. listopad 2016 8 / 28
Globální a lokální proměnné
Doporučení
pokud možno nepoužívat globální proměnné
globální konstanty jsou v pořádku
Proč?
porušují lokalitu kódu
potenciální chyby
nečitelnost
Alternativy
předávání parametrů funkcím a vracení hodnot z funkcí
objekty (o těch si něco málo řekneme později)
a další (nad rámec předmětu)
statické proměnné (C, C++, Java, …)
návrhový vzor Singleton
…
IB111 přednáška 7: správa paměti, práce se soubory 2. listopad 2016 9 / 28
Proměnné podrobněji
Proměnné v různých jazycích
pojmenované místo v paměti
odkaz na místo v paměti (Python)
kombinace obou možností
Přiřazení
proměnné ve stylu C: změna obsahu paměti
proměnné ve stylu Pythonu: změna odkazu na jiné místo v paměti
IB111 přednáška 7: správa paměti, práce se soubory 2. listopad 2016 10 / 28
Proměnné podrobněji
Ilustrace přiřazení
Jazyk C
Proměnné jako hodnoty
int a, b;
a = 1;
a = 2;
b = a;
a 1
b
a 2
b
a 2
b 2
Jazyk Python
Proměnné jako odkazy
a = 1;
a = 2;
b = a;
a 1
a 1
2
a
b
1
2
IB111 přednáška 7: správa paměti, práce se soubory 2. listopad 2016 11 / 28
Proměnné podrobněji
Příklad
a = 1000
b = a
print(a, b)
print(id(a), id(b))
b += 1
print(a, b)
print(id(a), id(b))
a = [1]
b = a
print(a, b)
print(id(a), id(b))
b.append(2)
print(a, b)
print(id(a), id(b))
[další ukázky, použití http://pythontutor.com]
IB111 přednáška 7: správa paměti, práce se soubory 2. listopad 2016 12 / 28
Předávání parametrů funkcím
Způsoby předávání parametrů
hodnotou (call by value)
předá se hodnota proměnné (kopie)
standardní v C, C++, apod.
odkazem (call by reference)
předá se odkaz na proměnnou
lze použít v C++
jiné možnosti (jménem, hodnotou-výsledkem, …)
jazyk Python: něco mezi voláním hodnotou a referencí
podobně funguje např. Java
někdy nazýváno call by object sharing
IB111 přednáška 7: správa paměti, práce se soubory 2. listopad 2016 13 / 28
Předávání parametrů funkcím
Předávání parametrů hodnotou
parametr je vlastně lokální proměnná
funkce má svou vlastní lokální kopii předané hodnoty
funkce nemůže změnit hodnotu předané proměnné
Předávání parametrů odkazem
nepředává se hodnota, ale odkaz na proměnnou
změny parametru jsou ve skutečnosti změny předané proměnné
IB111 přednáška 7: správa paměti, práce se soubory 2. listopad 2016 14 / 28
Příklad předávání v C++
#include <iostream>
void fun(int a, int& b) {
a = a + 1;
b = b + 1;
}
int main() {
int a = 1;
int b = 1;
std::cout << "a: " << a << ", b: " << b << "\n";
fun(a, b);
std::cout << "a: " << a << ", b: " << b << "\n";
}
IB111 přednáška 7: správa paměti, práce se soubory 2. listopad 2016 15 / 28
Předávání parametrů funkcím
Předávání parametrů v Pythonu
paramater drží odkaz na předanou proměnnou
změna parametru změní i předanou proměnnou
pro neměnné typy tedy v podstatě funguje jako předávání hodnotou
čísla, řetězce, ntice (tuples)
pro měnitelné typy jako předávání odkazem
ale pozor! přiřazení znamená změnu odkazu
def fun(s):
s.append(3)
s = [42, 17]
s.append(9)
print(s)
t = [1, 2]
fun(t)
print(t)
IB111 přednáška 7: správa paměti, práce se soubory 2. listopad 2016 16 / 28
Předávání parametrů funkcím
Operátor +=
různé chování pro neměnné typy a pro seznamy
def increment(x):
print(x, id(x))
x += 1
print(x, id(x))
p = 2015
increment(p)
print(p, id(p))
def add_to_list(s):
print(s, id(s))
s += [1]
print(s, id(s))
t = [1, 2, 3]
add_to_list(t)
print(t, id(t))
IB111 přednáška 7: správa paměti, práce se soubory 2. listopad 2016 17 / 28
Předávání parametrů funkcím
Pozor na rozdíl mezi = a += u seznamů
def add_to_list1(s):
print(s, id(s))
s += [1]
print(s, id(s))
t = [1, 2, 3]
add_to_list1(t)
print(t)
# výsledek je [1, 2, 3, 1]
def add_to_list2(s):
print(s, id(s))
s = s + [1]
print(s, id(s))
t = [1, 2, 3]
add_to_list2(t)
print(t)
# jaký je výsledek?
IB111 přednáška 7: správa paměti, práce se soubory 2. listopad 2016 18 / 28
Správa paměti
Různé přístupy ke správě paměti
manuální – funkce pro přidělení/uvolnění paměti
automatická – paměť je uvolněna na konci života proměnné
automatická – počítání referencí
kolik částí programu ještě s danou pamětí pracuje
pokud už nikdo, paměť je uvolněna
automatická – garbage collection
jednou za čas se uklidí nepoužívaná paměť
Správa paměti v Pythonu
automatická – počítání referencí + někdy i větší úklid
počet referencí sys.getrefcount(object)
IB111 přednáška 7: správa paměti, práce se soubory 2. listopad 2016 19 / 28
Správa paměti v Pythonu
Zvýšení počtu odkazů
vytvoření a = "Hello!"
vytvoření aliasu b = a
předání funkci fun(a)
vložení do složeného prvku s = [42, a, -7]
Snížení počtu odkazů
ukončení platnosti lokální proměnné konec funkce
smazání proměnné del a
přiřazení jiné hodnoty aliasu b = "Aloha!"
odstranění ze složeného prvku s.remove(a)
odstranění složeného prvku del s
IB111 přednáška 7: správa paměti, práce se soubory 2. listopad 2016 20 / 28
Správa paměti v Pythonu
Pamatování některých hodnot
některé hodnoty si Python automaticky udržuje v paměti
a nevytváří je znovu
kvůli vyšší rychlosti / výkonu
často používané hodnoty
čísla mezi -5 a 256
prázdný řetězec, jednotlivé znaky
krátké řetězce se vytváří jen jednou
import sys
a = 1
print(sys.getrefcount(a))
a = ""
print(sys.getrefcount(a))
IB111 přednáška 7: správa paměti, práce se soubory 2. listopad 2016 21 / 28
Kopírování objektů
Vytvoření aliasu b = a
odkaz na stejnou věc
Mělká kopie b = a[:] nebo b = list(a)
vytváříme nový seznam, ale prvky tohoto seznamu jsou aliasy
obecně i pro jiné typy než seznamy (knihovna copy)
b = copy.copy(a)
Hluboká kopie
kompletní kopie všech dat – jak?
obecné řešení (opět knihovna copy)
b = copy.deepcopy(a)
IB111 přednáška 7: správa paměti, práce se soubory 2. listopad 2016 22 / 28
Práce se soubory
IB111 přednáška 7: správa paměti, práce se soubory 2. listopad 2016 23 / 28
Práce se soubory v Pythonu
Způsob práce
otevření souboru
práce se souborem (čtení / zápis)
zavření souboru
>>> my_file = open("/tmp/my_file", "w")
>>> print(my_file)
<_io.TextIOWrapper name='/tmp/my_file' mode='w' encoding='UTF>>>
my_file.write("Hasta la vista!\n")
>>> my_file.close()
IB111 přednáška 7: správa paměti, práce se soubory 2. listopad 2016 24 / 28
Práce se soubory v Pythonu
Otevření souboru
open(jmeno, zpusob)
jméno souboru: řetězec (pozor na Windows a '\\')
způsob otevření:
čtení ("r")
zápis ("w") – přepíše soubor, pokud není, vytvoří jej
přidání na konec ("a")
čtení i zápis ("r+", "w+" nebo "a+")
binární režim (přidat "b" k některému způsobu)
IB111 přednáška 7: správa paměti, práce se soubory 2. listopad 2016 25 / 28
Práce se soubory v Pythonu
Čtení ze souboru
read(pocet) – přečte daný počet znaků
read() – přečte celý soubor, vrací řetězec
readline() – přečte celý jeden řádek
readlines() – přečte všechny řádky, vrací seznam řádků
Zápis do souboru
write(text) – zapíše řetězec do souboru
neukončuje řádky, je třeba explicitně použít '\n'
Jiné
tell() – aktuální pozice v souboru
seek(pozice) – přesun pozice v souboru
IB111 přednáška 7: správa paměti, práce se soubory 2. listopad 2016 26 / 28
Práce se soubory v Pythonu
Iterace po řádcích
for line in my_file:
print(line)
Speciální blok with
při jeho použití není třeba soubor zavírat
zavře se sám při ukončení bloku
with open("/tmp/my_file", "r") as my_file:
lines = my_file.readlines()
print(lines)
IB111 přednáška 7: správa paměti, práce se soubory 2. listopad 2016 27 / 28
Shrnutí
Proměnné
lokální vs. globální (používejte jen jako konstanty)
v Pythonu: drží odkaz na hodnotu
Předávání parametrů
v Pythonu: něco mezi hodnotou a odkazem (call by sharing)
Správa paměti
v Pythonu: počítání referencí, automatický úklid
Kopírování objektů
mělká vs. hluboká kopie
užitečná knihovna copy
Práce se soubory
otevření / zavření souboru; užitečný blok with
zápis, čtení
IB111 přednáška 7: správa paměti, práce se soubory 2. listopad 2016 28 / 28