为什么 Python、Go 和 Rust 都不支持三元运算符?

在编程时,我们经常要作条件判断,并根据条件的结果选择执行不同的语句块。在许多编程语言中,最常见的写法是三元运算符,但是,Python 并不支持三元运算符,无独有偶,两个最热门的新兴语言 Go 和 Rust 也不支持!

为什么 Python 不支持三元运算符呢?本文将主要分析 Python 在设计条件选择语法时的过程,科普为什么它会采用现今的与众不同的实现方案,同时,我们也将考察为什么其它语言也要抛弃传统的三元运算符。

在开篇之前,我再声明一下:就像“Python为什么”系列的大部分文章一样,本文关注的仅是一个很小的语法点,但它并不是“茴香豆有几种写法”那种毫无意义的话题。因为,细微之处见真功夫,深入研究语言设计背后的原因、历史和哲学,可以让我们在编程时有更加清晰和自由的思维。

什么是三元运算符?

三元运算符通常指的是“?:”,其语法形式为:condition ? expression1 : expression2,如果 condition 为真,则取 expression1,若不为真,则取 expression2。

语法简化形式“a ? b : c”,可以读成“如果 a 条件成立,则为 b,否则为 c”。

三元运算符是对普通一重 if-else 结构的简化,常用于在一条语句中同时实现条件判断和取值操作。

// 常规 if-else 
if (a > b) {
    result = x;
} else {
    result = y;
}

// 简化后的写法
result = a > b ? x : y;

采用了这种语法设计的编程语言有很多,比如 C、C#、C++、Java、JavaScript、PHP、Perl、Ruby、Swift 等等。毫无争议,它就是编程语言界的主流设计方案(至今仍是)。

这种语法非常简洁高效,代码的可读性也很强(如果你不是第一次接触的话),深得很多人的喜欢。

但是,它并非毫无缺点。Python 是这种语法设计的最著名的挑战者,接下来,我们将看看为什么 Python 要另辟蹊径。

Python 社区的投票

Python 发布于 1991 年,但在接下来的 15 年里,除了 if-else 语法外,它并不支持三元运算符和其它条件表达式。而且,在 2006 年引入条件表达式前,社区对此进行了漫长而曲折的争论,可以说这是一个设计得很艰难的语法了。

最初,由于时常有人请求添加 if-then-else(三元)表达式,因此在 2003 年 2 月,PEP 308 – Conditional Expressions 被提了出来,目的是让社区选出一个让多数人支持的方案。

为什么 Python、Go 和 Rust 都不支持三元运算符?插图

很快,除了少部分人希望啥也不做外,社区里出现了好几种方案:

(1)使用标点符号构建的三元运算符

即常规的三元运算符,跟前文介绍的语法一样:

 ?  : 

这个方案的呼声挺高,有开发者甚至已提交了实现代码。但是,Guido 给出了两个反对的理由:冒号在 Python 中已经有许多用途(即使它实际上不会产生歧义,因为问号需要匹配冒号);对于不习惯 C 衍生语言的人来说,理解起来很困难。

(2)使用现有和新的关键字构建

引入新的“then”关键字,结合现有的“else”关键字:

 then  else 

它的优点是简单明了、不需要括号、不改变现有关键字的语义,不大可能与语句混淆,而且不需要重载冒号。缺点是引入新关键字的实现成本较高。

(3)其它思路

跟上一种方案的思路相似,但没有上述两类方案的支持度高。

(if :  else: )
 and  else 
 if  else 
cond(, , )

值得一提的是(if : else: ) ,它是常规 if-else 语法的扁平化,容易理解,但缺点是需要使用圆括号,容易跟生成器表达式混淆,而且需要解释器对冒号做特殊化处理。

另外值得一提的是 if else ,它是 PEP-308 最早版本的推荐方案,但是这种不将条件放在首位的风格让一些人感觉不舒服,而且,当“expression1”很长的时候,很容易就忽略掉它的条件。

当时参与投票的全部设计方案:

为什么 Python、Go 和 Rust 都不支持三元运算符?插图1

总体上,开发者们希望引入某种形式的 if-then-else 表达式,但投票后却没有哪种方案能取得绝对的优势。概括起来,分歧的问题主要有:是否用标点符号、是否复用关键字、是否复用圆括号、是否引入新关键字、是否引入新语法……

由于得票太分散,因此,这个 PEP 在当时被拒绝了。PEP 中写道:“Python 的一个设计原则是在不确定采取哪条路线时,则保持现状。

and-or 用于条件选择的问题

以上的投票事件发生在 2004 年 3 月,但是,在 PEP 被拒绝后,相关话题的讨论并未平息,因为大家总想找一种简洁的方式来替换“if-else“。

时间到了 2005 年 9 月,邮件组中有人提议在 Py3.0 中变更"and"与"or"操作符的逻辑,提议将"and" 和 "or" 运算符简化成始终返回布尔值,而不是返回最后一个被求值的参数。

之所以发起这个提议,原因是他使用了 and or 的方式来实现条件判断与选择。但是这种写法在 Python 中的行为跟有些语言并不一样,使用不严谨的话,可能会酿成 Bug!

看看下面的两个例子,你觉得它们会得到什么结果呢?

a = True and True or "Python猫"

b = True and False or "Python猫"

对于 and or ,若 condition 为假,则会直接对 expression2 求值并返回结果;若 condition 为真,则先对 expression1 求值,若也为真,则不会继续对 expression2 求值,若 expression1 不为真,则对 expression2 求值。

因此,上述例子得到的 a 是“True”,而 b 会得到“Python猫”。

本系列的《Python 为什么能支持任意的真值判断? 》介绍过 Python 在真值判断的特殊之处,运用到以上结构中,将出现更不易察觉的问题。比如,该邮件的作者就是遇到了“expression1”为复数“0+4i”,这个数的真值判断为 False,因此导致最后返回的不是预期的“expression1”,而是“expression2”!

在没有更好的方案前,“and-or”是比较常见的条件选择写法,PEP-308 也提及了它,也指出了当“expression1”为假的情况,还认为这种方案是丑陋和令人费解的。

这封邮件再次引发了社区对条件选择语法的讨论,大佬们纷纷登场。

以我现在的视角分析,其实就是开发者们不满足于“if-else”的现状,但是当时流行的“and-or”写法并不够好,因此,大家期望 Python 设计出新的规范性语法,来解决这个痛点。

与众不同的条件表达式

在经过 10 天的邮件讨论后,Guido van Rossum 最终决定添加一个条件表达式,语法形式为X if C else Y 。因此,PEP-308 被重开和更新,并很快就在次年的 2.5 版本中实现了。

前文已提到过这个让一些人感觉不舒服的方案了,因为它没有将条件判断逻辑放在最前面。

那么,为什么最后的胜者会是它呢?这是不是最优的设计呢?

不可否认,起到决定性作用的原因是 Guido。由于社区在一年半前投票时没有形成多数意见,因此他行使 BDFL (终身仁慈独裁者)的决策权力,裁定出一个他认为是最佳的方案。

X if C else Y 非常易于理解,可读性高。它延续了“明确优于隐式”的风格,使用了直观口语化的“if-else”,而不是引入可能引起混淆的标点符号,就像 Python 选择“and”和“or”两个单词,而不是“&&”和“||”两个符号,它们有着异曲同工之妙。

虽然调整后的语法顺序让人不太习惯,但其实这样的实现却大有好处。首先,它只需复用“if-else”两个关键字,而不需要引入“then”、“when”和其它语法要素,也不像(if : else: ) 那样的繁琐。

其次,为了验证X if C else Y 的有效性,Guido 排查了标准库中所有“and-or”组合的写法,发现那些C and X or Y 写法都可以被X if C else Y 替换掉。标准库的情况,证明了这新的语法是可行的。

最后,在 PEP-308 提及的原因外,我还想补充一点。据观察,我发现很多时候我们有一个已初始化的变量,然后需要在出现某个条件时,更新变量的值。在这种情况下,“else”部分可以被省略,非常便捷。

my_str = ""
# 中间存在其它代码逻辑
# 当 condition 为真时,变量会被重新赋值
my_str = "Python猫" if condition

回顾这段历史,我们可以梳理出一条线索:Python 没有设计三元运算符“?:”,主要是因为它不符合 Python 明确直观的设计风格。最后采用X if C else Y 这种设计,主要的意图其实是消除“and-or”写法的隐患,这种设计简明易读,而且还有 if 简化写法的妙用。

总体而言,Python 设计者非常看重可读性与可维护性,不采用三元运算符而创造条件表达式语法,这是一个经过了开放讨论、谨慎评估与权衡取舍的结果。

Go、Rust 为什么不支持三元运算符?

考察完 Python 的设计原因后,我们再来考察“反派阵营”中两门最热门的语言。

首先是 Go 语言,官网的 FAQ 专门列出了一个问题:“Why does Go not have the ?: operator?”。

Go 语言不支持“?:”运算符,而是推荐使用原生的“if-else”写法。文档的解释很简短,只有一段话:

Go 语言没有 ?: 运算符,因为语言的设计者们经常看到它被用来创建难以理解的复杂表达式。虽然 if-else 形式比较长,但是它无疑更清晰易懂。一个语言只需要一个条件控制流结构

接着是 Rust 语言,它的官方文档中似乎没有任何关于不支持三元运算符的解释。但在查阅资料后,我发现它也有一段特殊的故事,非常有意思:在 2011 年 6 月时,Rust 曾经引入过三元运算符(#565),然而半年后,设计者意识到这个特性是多余的,因此又把它移除了(#1698#4632)!

为什么三元运算符在 Rust 是多余的呢?因为它的 if 语法并不像其它语言是“语句(statement)”,而是一个“表达式(expression)”,这意味着你可以直接将 if 表达式赋值给变量:

// 若条件为真,得到 5,否则 6
let number = if condition { 5 } else { 6 };

这种语法形式足够简单明了,不就是将大家都熟悉的“if-else”直接用于赋值么,太方便了,替换成三元运算符的话,确实有点画蛇添足之感。

另外,Rust 使用花括号划分代码块,因此上例的花括号内可以包含多条表达式,也支持换行,例如这个例子:

let x = 42;
let result = if x > 50 {
    println!("x is greater than 50");
    x * 2 // 这是一个表达式,将返回的值赋给 result
} else {
    println!("x is less than or equal to 50");
    x / 2 // 也是一个表达式,将返回的值赋给 result
};

这种用法,Python 是不可能做到的。最关键的区别在于,Rust 的 if 是表达式而不是语句。

这两个概念的区别是:

  • 表达式(expression)通常指的是由变量、常量、运算符等组成的一个可求值的代码片段,它的求值结果可以用到其它表达式或语句中。
  • 语句(statement)通常指的是完成某个任务的单个指令或一组指令,例如赋值语句、条件语句、循环语句等,它没有返回值(或者为空),不能用于赋值操作。

除了 Rust 外,还有一些编程语言中的 if 是表达式而不是语句,例如 Kotlin、Scala、F#、Swift,它们在理论上也不需要使用三元运算符。(题外话:Swift 是个例外,它也有三元运算符。Kotlin 有“?:”运算符,注意两个符号是连在一起的,val result = a ?: b 表示:如果 a 不为 null,则赋值给 result ;否则将 b 赋给 result

由于有这种语言设计层面的区别,因此在面对“是否要支持三元运算符”这个问题时,Rust 和 Python/Go 的思考角度有着天然不同的起点。知道了这种区别后,我们对编程语言会有更明晰地认知。

回到本文的问题:为什么有些编程语言不采用主流的三元运算符语法呢?

不可否认,“?:”确实是一种简洁好用的设计,然而,标点符号的负面影响是过于抽象,可读性并不及“if-else”那样强。另外,不同语言的设计风格与使用习惯,也会导致不同的选择。

Python 在经过一番波折后,最后设计出了与众不同的条件表达式。Go 语言明确表示不支持三元运算符。Rust 先设计后舍去,主要的原因在于 if 表达式的语言基础。

考察完这三个热门语言后,我相信你已收获了一个满意的答案。如果是这样,请点赞支持一下本文吧!

最后,本文出自“Python为什么”系列,全部文章已归档在 Github 上,欢迎 star 和提 issue。

文章来源于互联网:为什么 Python、Go 和 Rust 都不支持三元运算符?

THE END
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