Python 列表和元组的区别

1. 引言

Python 是一种面向对象的编程语言，提供了多种内置的数据结构用于存储和操作数据。其中，列表（List）和元组（Tuple）是两种常见的数据结构，用于存储多个元素。本文将详细解释列表和元组的区别，包括定义、可变性、操作方法和性能等方面。

2. 定义

列表和元组都可以包含多个元素，这些元素可以是任何类型的对象。它们使用方括号（[ ]）来定义和初始化，且允许元素之间用逗号（,）分隔。列表和元组的主要区别在于它们的可变性。

# 列表示例
fruits_list = ['apple', 'banana', 'orange']
print(fruits_list)  # 输出: ['apple', 'banana', 'orange']

# 元组示例
fruits_tuple = ('apple', 'banana', 'orange')
print(fruits_tuple)  # 输出: ('apple', 'banana', 'orange')

3. 可变性

列表是可变的数据结构，即可以在创建后修改其中的元素。而元组是不可变的数据结构，一旦创建就不能对其中的元素进行修改。这意味着，列表可以添加、删除或更新元素，而元组只能进行查找和访问操作。

# 列表可修改
fruits_list[0] = 'pear'
print(fruits_list)  # 输出: ['pear', 'banana', 'orange']

# 元组不可修改，尝试修改会引发异常
fruits_tuple[0] = 'pear'  # TypeError: 'tuple' object does not support item assignment

4. 操作方法

虽然列表和元组在可变性上有所区别，但它们在许多操作方法上是类似的。

4.1 索引和切片

列表和元组都支持索引和切片操作。可以使用索引获取元素并使用切片获取子序列。

# 获取列表的第一个元素
first_fruit_list = fruits_list[0]
print(first_fruit_list)  # 输出: 'apple'

# 获取元组的最后两个元素
last_two_fruits_tuple = fruits_tuple[-2:]
print(last_two_fruits_tuple)  # 输出: ('banana', 'orange')

4.2 添加元素

由于列表是可变的，可以使用 append() 方法在列表末尾添加新元素。

# 在列表末尾添加新元素
fruits_list.append('grape')
print(fruits_list)  # 输出: ['apple', 'banana', 'orange', 'grape']

4.3 连接序列

可以使用 + 运算符将两个列表或两个元组连接起来。

# 连接两个列表
combined_list = fruits_list + ['kiwi', 'pineapple']
print(combined_list)  # 输出: ['apple', 'banana', 'orange', 'grape', 'kiwi', 'pineapple']

# 连接两个元组
combined_tuple = fruits_tuple + ('kiwi', 'pineapple')
print(combined_tuple)  # 输出: ('apple', 'banana', 'orange', 'kiwi', 'pineapple')

4.4 删除元素

列表支持使用 del 语句或 remove() 方法删除指定索引或值的元素。

# 删除列表中第二个元素
del fruits_list[1]
print(fruits_list)  # 输出: ['apple', 'orange']

# 删除元组中值为 'banana' 的元素，会引发异常
fruits_tuple.remove('banana')  # AttributeError: 'tuple' object has no attribute 'remove'

5. 性能

由于列表是可变的，它们需要更多的内存空间来存储和维护元素的添加和删除。元组是不可变的，因此在存储和访问元素时更加高效。如果不需要修改元素，使用元组而不是列表可以提高性能。

import sys

fruits_list = ['apple', 'banana', 'orange']
fruits_tuple = ('apple', 'banana', 'orange')

print(sys.getsizeof(fruits_list))  # 输出: 88
print(sys.getsizeof(fruits_tuple))  # 输出: 72