Розвилка

Десять тем поспіль наші програми були схожі на список покупок. Інтерпретатор читав рядок, виконував його, брав наступний — і так до кінця файлу. Порядок незмінний, результат передбачуваний, жодних варіантів. Сьогодні ця пряма дорога вперше розгалужується.

Наскрізний приклад цієї лекції — маленький застосунок, який читає з датчика температуру повітря й радить, що вдягнути. Задача навмисне побутова: усе цікаве тут не в предметній області, а в тому, як програма приймає рішення. До кінця лекції цей застосунок навчиться не тільки обирати куртку, а й розпізнавати, що датчик мовчить, що назва міста порожня і що одне з двох значень взагалі не варто обчислювати.

01 / РозвилкаПерше розгалуження

Умовна інструкція складається з трьох частин: слово if, умова й двокрапка, а на наступних рядках — блок коду зі зсувом управо. Цей блок виконається лише тоді, коли умова істинна:

Якщо умов кілька, їх дописують через elif (скорочення від «else if»), а те, що має статися, коли не справдилась жодна, — через else. Ось повний вигляд нашої поради:

Три речі про цю конструкцію треба зрозуміти одразу, бо на них тримається все решта.

1. Умови перевіряються згори вниз, і перша істинна забирає все. Щойно якась гілка спрацювала, решта навіть не обчислюються. Тому в прикладі вище при температурі 5 градусів Python зробив рівно дві перевірки, а не три.
2. Гілок виконається рівно одна. Ніколи нуль (якщо є else) і ніколи дві. Це не набір незалежних if, а одна інструкція з кількома виходами.
3. Кожна наступна умова читається в контексті попередніх. Рядок elif температура < 12 насправді означає «від 0 включно до 12»: адже сюди ми потрапляємо, лише коли перша умова була хибною. Саме тому порядок гілок міняти не можна — постав температура < 22 першою, і решта не спрацює ніколи.

І elif, і else — необовʼязкові. Один самотній if — теж цілком нормальна інструкція. А от elif — це одне слово, а не два: у Python немає конструкції «else if», бо вона потягнула б за собою вкладеність і класичну плутанину з тим, до якого саме if причепився else.

Порухай повзунок і подивись, які саме умови перевіряються, а які Python пропускає.

02 / ВідступВідступ — це синтаксис

У більшості мов межі блоку позначають фігурні дужки, а відступи — справа смаку. У Python навпаки: дужок немає, межу блоку задає сам відступ. Це називають правилом офсайду (off-side rule), і воно не косметичне — компілятор буквально бачить у зсуві управо початок блоку, а в поверненні вліво — його кінець.

Ідея тут глибша, ніж «щоб було гарно». У мові з дужками існують дві незалежні структури: та, яку бачить компілятор (дужки), і та, яку бачить людина (відступи). Вони можуть розійтися — і тоді код читається як одне, а працює як інше. Найвідоміший приклад — помилка «goto fail» у бібліотеці безпеки Apple 2014 року: продубльований рядок виглядав частиною умови, а насправді виконувався завжди, і перевірка сертифіката тихо переставала працювати. У Python таке розходження неможливе за побудовою: те, що бачить людина, і є те, що бачить інтерпретатор.

Ціна цієї гарантії — суворість. Правила короткі, але порушувати їх не можна взагалі:

• Чотири пробіли на рівень. Це не вимога мови, а угода PEP 8 — офіційного стилю Python. Мова прийме й два, і сім; редактор, колега й лінтер — ні.
• У межах одного блоку відступ однаковий до пробілу. Три пробіли на одному рядку й чотири на сусідньому — це помилка, а не дрібниця.
• Табуляція й пробіли не змішуються. Python 3 просто відмовляється це розбирати й кидає TabError. Причина проста: ширина табуляції в різних редакторах різна, тож «на око» однакові рядки можуть мати різну глибину.

Помилки відступу — найчастіше, що бачить новачок у перший тиждень. Тому варто побачити їх усі відразу, разом із тим, як Python на них скаржиться:

03 / ПорівнянняОператори порівняння

Умова — це вираз, який Python обчислює перед тим, як вирішити. Найчастіше такий вираз будують із операторів порівняння. Їх шість, і всі повертають True або False — значення типу bool:

До них додаються ще чотири, які ти вже бачив у темах про колекції та обʼєкти: in і not in перевіряють належність ("Львів" in міста), а is та is not питають не про значення, а про тотожність обʼєктів — чи це буквально один і той самий обʼєкт у памʼяті.

Два зауваження, які економлять години налагодження. Перше: == порівнює значення, і робить це розумно між сумісними типами — 1 == 1.0 дає True, хоча зліва ціле, а справа дріб. Друге: між несумісними типами == не падає з помилкою, а спокійно повертає False. Тому "5" == 5 — це False, і якщо температура випадково приїхала з датчика рядком, умова мовчки не спрацює жодного разу. А от "5" < 5 уже кине TypeError: упорядкувати рядок і число Python не береться.

04 / ЛанцюжкиЛанцюжки порівнянь

Тепер про можливість, якої немає майже ніде. У Python можна писати математично:

Читається точно як у підручнику: «температура від нуля включно до дванадцяти». Python розгортає цей запис у два порівняння, зʼєднані через and:

05 / Логікаand, or, not

Одного порівняння рідко вистачає. Щоб зліпити кілька в одну умову, є три логічні оператори, і в Python вони названі словами, а не значками:

• and — істина, лише якщо істинні обидва операнди;
• or — істина, якщо істинний хоч один;
• not — перевертає: з істини робить хибу й навпаки.

Пріоритет у них такий: спершу not, потім and, останнім or. Порівняння звʼязують сильніше за всіх трьох, тому дужки в температура > 15 and не_дощ не потрібні — інтерпретатор сам розбере, що порівняння виконується першим. А от у виразі a or b and c дужки поставити варто: працює він як a or (b and c), і не кожен читач це побачить із першого разу.

06 / ІстинністьЩо Python вважає правдою

Тепер найважливіше в цій темі — і те, чого немає в більшості мов. if у Python не вимагає, щоб умова була типу bool. Йому можна дати що завгодно: число, рядок, список, словник. Він запитає в цього обʼєкта: «ти істина?» — і обʼєкт відповість сам за себе.

Правило, за яким вони відповідають, коротке. Хибними вважаються:

• False і None;
• нуль будь-якого числового типу: 0, 0.0, Decimal(0);
• порожні колекції: "", [], (), {}, set(), range(0).

Усе інше істинне. Абсолютно все: рядок "0", список [0], рядок із одного пробілу, відʼємні числа, порожній список усередині списку. Механіка проста: Python шукає в обʼєкта метод __bool__; якщо його немає — бере __len__ і питає, чи довжина нульова; якщо немає й цього — обʼєкт істинний беззастережно.

Перш ніж читати далі, перевір себе. Натисни на кожній картці свій прогноз — і побач, скільки разів інтуїція підвела.

Практичний висновок звучить так: замість if len(міста) > 0: пиши if міста:. Не заради стислості, а тому що це три різні переваги одразу. По-перше, читається як намір: «якщо міста є». По-друге, працює для будь-якого обʼєкта, навіть такого, у якого len немає взагалі. По-третє, не створює зайвого проміжного числа й зайвого порівняння.

07 / ЗамиканняКоротке замикання

Оператори and і or роблять дві речі, про які підручники часто мовчать. Обидві мають наслідки в реальному коді.

Перша: вони ліниві. Обчислюють лівий операнд і одразу дивляться, чи достатньо його, щоб дати відповідь. Для and хибний лівий операнд вирішує все — правий уже нічого не змінить, тож його не обчислюють узагалі. Для or дзеркально: істинний лівий закриває питання. Це і є коротке замикання (short-circuit evaluation).

Звідси народжується головна ідіома захисту. Наш застосунок рахує середню температуру за добу — і, звісно, ділить на кількість вимірів:

Коли вимірів нуль, ліва частина хибна — і ділення просто не відбувається. Помінявши операнди місцями, ти отримаєш ZeroDivisionError. Порядок операндів тут не стиль, а працездатність.

Друга: вони повертають не True/False, а один із самих операндів. "" or "Київ" дає рядок 'Київ', а не True. Точне правило: a and b повертає a, якщо a хибне, інакше b. a or b повертає a, якщо a істинне, інакше b. В if різниці не видно — але щойно результат кудись зберігають, вона стає головною.

08 / ТернарТернарний вираз

Часто вся розвилка потрібна лише для того, щоб обрати одне з двох значень. Писати заради цього чотири рядки шкода, тож у Python є коротка форма — умовний вираз:

У нашому застосунку це виглядає так:

Порядок слів спершу дивує: значення стоїть перед умовою, а не після. Читай уголос як речення — «візьми „тепло“, якщо температура більша за 15, інакше „прохолодно“» — і він стане природним. Головна відмінність від звичайного if: це вираз, а не інструкція. Він має значення, тому його можна присвоїти, передати аргументом, покласти в список. Звичайний if значення не має й нікуди не вкладається.

Межа розумного використання проходить швидко. Один тернарний вираз у рядку — добре. Два вкладені (a if x else b if y else c) — уже ребус, і читач витратить на нього більше часу, ніж на чотири рядки чесного if. Довгі гілки теж краще розгортати: якщо вираз не влазить у рядок, він більше не коротка форма.

09 / NoneNone і чому саме is

Датчик може не дати значення взагалі. У Python «немає значення» позначають окремим обʼєктом None — і перевіряють його особливим чином:

Не == None, а саме is None. Причина в тому, що None — одинак (singleton): за весь час роботи програми існує рівно один такий обʼєкт, і всі імена, яким присвоїли None, вказують на нього. Отже питання «чи це той самий обʼєкт» тут не наближення, а точна перевірка.

А == — не перевірка, а виклик методу. Оператор == звертається до методу __eq__ лівого операнда, і клас має повне право перевизначити його як завгодно. Масив numpy, наприклад, на == повертає не True/False, а цілий масив порівнянь — і умова після цього ламається. is так підмінити не можна: він порівнює адреси обʼєктів на рівні інтерпретатора, і жоден клас у це не втручається. Саме тому PEP 8 прямо вимагає is None.

10 / matchmatch / case

Коли гілок багато й усі вони порівнюють одну змінну з різними значеннями, ланцюжок elif стає шумним: назва змінної повторюється в кожному рядку. З версії 3.10 для цього є окрема конструкція — структурне зіставлення зі зразком (structural pattern matching). Наш застосунок читає з датчика не лише температуру, а й стан:

Читається зверху вниз, як і elif: перший зразок, що збігся, забирає все. Символ | означає «або», а case _ — універсальний зразок, який підходить під що завгодно; це аналог else. Провалювання у наступну гілку, як у switch мови C, тут неможливе — жодних break писати не треба.

Але match — не просто гарніший switch. Слово «структурне» в назві означає, що зразок описує форму даних, а не лише значення:

Перший зразок збігається зі списком із двох елементів і одразу дає їм імена. Другий — зі словником, у якому є ключ "t". Третій показує сторожа (guard): додаткову умову if, яка перевіряється вже після того, як форма збіглася. Це те, чого ланцюжок elif не вміє без розпакування вручну.

Коли що брати? match виграє, коли гілки розрізняють форму даних або перелічують багато конкретних значень однієї змінної. Ланцюжок elif залишається кращим, коли умови — це діапазони (температура < 12) або взагалі різні питання про різні змінні. Наш вибір одягу за температурою на match перевести не вийде без потворних сторожів — і не треба.

11 / ПасткиПастки, на яких горять усі

Чотири помилки, які роблять і новачки, і люди з десятьма роками досвіду. Усі чотири не викликають жодної помилки — код просто працює неправильно.

1. if x == True

Виглядає педантично й правильно, а насправді звужує перевірку. if x: запитує «чи істинний x» — і на списку [1, 2] дасть істину. if x == True: запитує «чи дорівнює x обʼєкту True» — і на тому самому списку дасть хибу. Збігаються ці два записи лише коли x — це буквально True або 1. Пиши просто if x:, а якщо хочеш заперечення — if not x:.

2. if a == 1 or 2:

Найпоширеніша помилка новачка, і найпідступніша, бо читається як бажане. Python бачить тут (a == 1) or 2. Двійка — непорожнє ненульове число, тобто істина, отже вся умова істинна завжди, за будь-якого a. Правильно — if a == 1 or a == 2:, а ще краще if a in (1, 2):.

3. if x is 1

Тут ховається пастка з теми про обʼєкти. CPython заздалегідь створює й кеширує невеликі цілі — від −5 до 256. Тому int("256") is int("256") дасть True, а int("257") is int("257") — уже False: це два різні обʼєкти з однаковим значенням. Код «працює» на маленьких числах і ламається на великих. Python 3.8+ попереджає про це прямо: SyntaxWarning: "is" with 'int' literal. Did you mean "=="?. Правило просте: is — лише для None, True, False й перевірки тотожності обʼєктів. Для значень — ==.

4. if сума == 0.3

Пряме продовження теми про числа. 0.1 + 0.2 == 0.3 дає False, бо збережені числа — не рівно десятина й не рівно три десятих. Умова, яка порівнює дроби через ==, рано чи пізно не спрацює на цілком правильних даних. Бери math.isclose(сума, 0.3), а для порівняння з нулем — math.isclose(x, 0.0, abs_tol=1e-9).

12 / ПідсумокЩо з цього забрати

Шість пунктів, яких вистачить, щоб писати умови без сюрпризів:

• Перша істинна гілка забирає все. Решта elif навіть не обчислюються, тож порядок умов — частина логіки, а не оформлення;
• Відступ — це синтаксис. Чотири пробіли, однаково в межах блоку, без табуляцій. Побачив IndentationError — дивись на названий рядок і на рядок вище;
• Хибних значень мало, і їх варто знати напамʼять: False, None, нулі, порожні колекції. Решта — істина, зокрема "0" і [0];
• if список: замість if len(список) > 0: — коротше, чесніше й працює для будь-якого обʼєкта;
• and і or ліниві й повертають операнд. Це і захист від помилок (вимірів != 0 and сума / вимірів), і джерело сюрпризів, якщо забути, що результат — не bool;
• is None, а не == None, і не not x. «Немає значення» й «значення дорівнює нулю» — різні речі.

І загальніше. Умова в Python — не питання «істина чи хиба», а питання, яке задають обʼєкту, і обʼєкт відповідає за своїми правилами. Щойно ти починаєш читати if міста: як «якщо міста є», а не як «якщо міста дорівнює істині», більшість дивацтв цієї теми перестають бути дивацтвами.