Python中len()函数的用法与实现原理

随着科技的发展，生活和学习环境中越来越多的人开始接触编程语言，而Python语言作为一种易学易用的编程语言受到了众多编程初学者的喜爱。在Python语言中，len()函数是一个常用的函数，本文将着重探究len()函数的用法及其实现原理。

一、len()函数的用法

1.1 len()函数的概述

在Python中，len()函数是一个内置函数，可以用来查看容器类型中元素的个数。容器类型分为三种，分别是字符串、列表和元组。对于其他容器类型，例如字典和集合，虽然它们不是容器类型，但len()函数仍然可以用来查看它们中元素的个数。

1.2 len()函数的用法

语法：len(s)

参数：s为字符串、列表、元组、字典、集合等容器类型。

功能：返回容器类型s中元素的个数。

示例：

(1) 对字符串求长度

str = 'Python hello world'

print(len(str))

运行结果：

18

(2) 对列表求长度

list = [1,2,3,4,5]

print(len(list))

运行结果：

5

(3) 对元组求长度

tup = (1,2,3,4,5)

print(len(tup))

运行结果：

5

(4) 对字典求长度

dict = {'a':1,'b':2,'c':3}

print(len(dict))

运行结果：

3

1.3 len()函数的注意事项

(1) 如果对一个非容器类型的变量使用len()函数，会报TypeError类型错误。

(2) 对于字符串中含有中文的情况，len()函数统计的是字符数，而不是字节数。

(3) 对于字典和集合，len()函数返回的是元素的个数，而不是键值对的个数。

二、len()函数的实现原理

在Python中，len()函数是由C语言编写并直接调用的。我们可以通过分析Python源码中len()函数的实现，了解其背后的机制。

2.1 len()函数的作用

首先，我们需要了解什么是PyVarObject结构体，这是Python对象的基本结构。Python中所有的对象都是由这个结构体衍生而来的，它包括了ob_refcnt和ob_size两个成员变量。其中，ob_refcnt表示该对象被引用的次数，ob_size表示该对象占用的内存大小。

len()函数的作用就是取得PyVarObject结构体中ob_size成员变量的值，然后返回该值。

2.2 len()函数的实现

len()函数的实现可以在fileobject.c和unicodeobject.c文件中找到。这里以unicodeobject.c文件中的实现为例。

下面是unicodeobject.c文件中len()函数的代码：

static Py_ssize_t

unicode_length(PyUnicodeObject *u)

{

assert(PyUnicode_Check(u));

return PyUnicode_GET_SIZE(u);

}

其中，unicode_length()函数是unicode_len函数的具体实现函数。PyUnicodeObject是一个C语言结构体，它存储着Python中的Unicode字符串对象。assert()函数是一个用于调试的宏，当括号中的条件为false时，会在终端输出错误信息并退出程序。

由于len()函数实现使用了PyVarObject结构体中的ob_size成员变量，所以在PyUnicodeObject结构体中也定义了一个get通用宏，用于获取ob_size的值。具体实现如下：

#define PyUnicode_GET_SIZE(op) \

PyUnicode_KIND(op) < PyUnicode_KIND_THREE_ASCII \

? PyUnicode_GET_LENGTH(op) \

: PyUnicodeObject_SIZE(op)

通过宏展开后，可以看到具体的实现代码。这里需要注意的是，PyUnicode_KIND_THREE_ASCII是一个常量，表示该Unicode对象是三个ASCII字符及以下大小的对象，因为对于这种大小的对象，ob_size在UnicodeObject结构体的后面3个字节中存储，否则存储在结构体中。

2.3 总结

总之，len()函数是Python内置函数之一，常常用于统计容器类型中元素的个数。len()函数的实现使用了PyVarObject结构体中的ob_size成员变量，通过这个成员变量，可以得到容器类型中元素的个数。在Python源码中，len()函数是使用C语言编写的，并通过调用Python对象的基本结构PyVarObject来实现其功能。