पायथन में प्रकार एनोटेशन की गहराई की खोज। भाग 1

2014 के बाद से, जब पायथन ने टाइप एनोटेशन के लिए समर्थन शुरू किया, प्रोग्रामर अपने कोड में उनके कार्यान्वयन पर काम कर रहे हैं। सामग्री का लेखक, जिसके अनुवाद का पहला भाग आज हम प्रकाशित करते हैं, कहते हैं कि उसके आकलन के अनुसार, काफी बोल्ड, अब टाइप एनोटेशन (जिसे कभी-कभी "संकेत" कहा जाता है) का उपयोग पायथन में लिखे गए कोड के लगभग 20-30% में किया जाता है - यह सर्वेक्षण के परिणाम हैं। जिसे उसने मई 2019 में ट्विटर पर पोस्ट किया।

जैसा कि यह निकला, एनोटेशन का उपयोग उत्तरदाताओं के 29% द्वारा किया जाता है। लेख के लेखक के अनुसार, हाल के वर्षों में, वह तेजी से विभिन्न पुस्तकों और अध्ययन गाइडों में टाइप एनोटेशन के साथ आया है।

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पाइथन डॉक्यूमेंटेशन में, शब्द "टाइप हिंट" और "टाइप एनोटेशन" का इस्तेमाल परस्पर किया जाता है। लेख का लेखक मुख्य रूप से "टाइप हिंट" शब्द का उपयोग करता है, हम "टाइप एनोटेशन" शब्द का उपयोग करते हैं।

यह लेख पायथन में टाइप एनोटेशन के उपयोग के बारे में कई मुद्दों को कवर करेगा। यदि आप लेखक के साथ मूल लेख पर चर्चा करना चाहते हैं, तो आप पुल-अनुरोध तंत्र का उपयोग कर सकते हैं।

परिचय

यहां आप एक क्लासिक उदाहरण पा सकते हैं कि किस प्रकार के एनोटेशन का उपयोग करके लिखा गया कोड कैसा दिखता है।

यहाँ नियमित कोड है:

def greeting(name):     return 'Hello ' + name 

यहाँ वह कोड है जिसमें एनोटेशन जोड़े गए हैं:

 def greeting(name: str) -> str:    return 'Hello ' + name 

वह टेम्पलेट जिसके अनुसार प्रकार एनोटेशन वाला कोड निष्पादित किया गया है, इस तरह दिखता है:

 def function(variable: input_type) -> return_type:    pass 

पहली नज़र में, ऐसा लगता है कि कोड में टाइप एनोटेशन को लागू करना सरल और सीधा लगता है। लेकिन अभी भी डेवलपर समुदाय में अनिश्चितता की एक उचित मात्रा है, यह समझने में कि वास्तव में एनोटेशन क्या हैं। इसके अलावा, उन्हें सही तरीके से कॉल करने के तरीके में भी अस्पष्टता है - "एनोटेशन" या "संकेत", और कोड बेस में उनके उपयोग से क्या फायदे हैं।

जब मैंने इस विषय पर शोध करना शुरू किया और इस बारे में सोचा कि क्या मुझे टाइप एनोटेशन का उपयोग करने की आवश्यकता है, तो मुझे पूरी तरह से उलझन महसूस हुई। नतीजतन, मैंने वही करने का फैसला किया जो मैं हमेशा करता हूं, कुछ समझ से बाहर होने के बाद। मैंने इस मुद्दे पर गहराई से शोध करने का फैसला किया और इस सामग्री के रूप में अपना शोध स्थापित किया, जो मुझे आशा है, उन लोगों के लिए उपयोगी होगा, जो मेरी तरह, पायथन में टाइप एनोटेशन से निपटना चाहते हैं।

कंप्यूटर हमारे कार्यक्रमों को कैसे निष्पादित करते हैं?

पायथन डेवलपर्स प्रकार एनोटेशन के साथ क्या हासिल करने की कोशिश कर रहे हैं, यह समझने के लिए, आइए हम कंप्यूटर सिस्टम के तंत्र के बारे में बात करते हैं जो पायथन कोड के कई स्तर नीचे हैं। इसके लिए धन्यवाद, हम बेहतर तरीके से समझ सकते हैं कि सामान्य शब्दों में, कंप्यूटर और प्रोग्रामिंग भाषाएं कैसे काम करती हैं।

प्रोग्रामिंग भाषाएं, इसके मूल में, ऐसे उपकरण हैं जो आपको एक केंद्रीय प्रसंस्करण इकाई (सीपीयू) का उपयोग करके डेटा को संसाधित करने की अनुमति देते हैं, साथ ही स्मृति में स्टोर किए जाने वाले डेटा को संसाधित करने की आवश्यकता होती है और प्रसंस्करण के परिणामस्वरूप डेटा।


सरलीकृत कंप्यूटर सर्किट

एक प्रोसेसर अपने सार में एक बहुत ही बेवकूफ चीज है। वह डेटा के साथ प्रभावशाली क्रियाएं करने में सक्षम है, लेकिन वह केवल मशीन निर्देशों को समझता है, जो विद्युत संकेतों के सेट को उबालता है। मशीन भाषा को शून्य और लोगों से मिलकर दर्शाया जा सकता है।
इन शून्य और लोगों को तैयार करने के लिए जो प्रोसेसर समझता है, आपको उच्च-स्तरीय भाषा से निम्न-स्तरीय भाषा में कोड का अनुवाद करने की आवश्यकता है। यह वह जगह है जहाँ संकलक और दुभाषिए आते हैं।

यदि भाषा संकलित या निष्पादन योग्य है (व्याख्याकार के माध्यम से पायथन कोड निष्पादित किया जाता है), तो इस भाषा में कोड निम्न-स्तरीय मशीन कोड में बदल जाता है जिसमें निम्न-स्तर के कंप्यूटर घटकों के लिए निर्देश होते हैं, अर्थात हार्डवेयर के लिए।

कुछ प्रोग्रामिंग लैंग्वेज में लिखे गए कोड को कोड में ट्रांसलेट करने के कई तरीके हैं जिन्हें मशीनें समझ सकती हैं। आप या तो प्रोग्राम कोड के साथ एक फ़ाइल बना सकते हैं और इसे कंपाइलर का उपयोग करके मशीन कोड में परिवर्तित कर सकते हैं (यह इस प्रकार C ++, Go, Rust और कुछ अन्य भाषाएं काम करती हैं), या सीधे दुभाषिया का उपयोग करके कोड चलाएं, जो कोड को मशीन कमांड में परिवर्तित करने के लिए जिम्मेदार होगा। यही है, व्याख्याकारों की मदद से, पायथन में प्रोग्राम लॉन्च किए जाते हैं, साथ ही साथ अन्य "स्क्रिप्टिंग" भाषाओं में, जैसे कि पीएचपी और रूबी।


व्याख्या की गई भाषा कोड प्रसंस्करण योजना

हार्डवेयर कैसे जानता है कि प्रोग्राम में काम करने वाले डेटा का प्रतिनिधित्व करने वाले शून्य और स्टोर को कैसे स्टोर किया जाए? हमारे कार्यक्रम को कंप्यूटर को सूचित करना चाहिए कि इस डेटा के लिए मेमोरी कैसे आवंटित करें। और यह डेटा क्या है? यह इस बात पर निर्भर करता है कि एक विशेष भाषा किस प्रकार के डेटा का समर्थन करती है।

डेटा प्रकार सभी भाषाओं में उपलब्ध हैं। आमतौर पर, डेटा प्रकार पहले विषयों में से एक है जो शुरुआती एक निश्चित भाषा में प्रोग्रामिंग सीखना सीखते हैं।

एक ही पायथन पर उत्कृष्ट ट्यूटोरियल हैं, उदाहरण के लिए - यह वह जगह है जहां आप डेटा प्रकारों के बारे में विस्तृत जानकारी पा सकते हैं। सरल शब्दों में, डेटा प्रकार मेमोरी में संग्रहीत डेटा का प्रतिनिधित्व करने के विभिन्न तरीके हैं।

मौजूदा डेटा प्रकारों में, उदाहरण के लिए, तार और पूर्णांक नोट किए जा सकते हैं। डेवलपर को उपलब्ध डेटा प्रकारों का सेट उनके द्वारा उपयोग की जाने वाली प्रोग्रामिंग भाषा पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, मूल पायथन डेटा प्रकारों की एक सूची है:

 int, float, complex str bytes tuple frozenset bool array bytearray list set dict 

डेटा प्रकार अन्य डेटा प्रकारों से मिलकर होते हैं। उदाहरण के लिए, पायथन में एक सूची पूर्णांक या तार, साथ ही साथ दोनों को संग्रहीत कर सकती है।

यह पता लगाने के लिए कि कुछ डेटा को स्टोर करने के लिए आपको कितनी मेमोरी आवंटित करने की आवश्यकता है, कंप्यूटर को यह जानने की आवश्यकता है कि मेमोरी में किस प्रकार का डेटा प्रोग्राम होने वाला है। पायथन में एक अंतर्निहित getsizeof फ़ंक्शन है जो हमें विभिन्न डेटा प्रकारों के मूल्यों को संग्रहीत करने के लिए आवश्यक बाइट्स में व्यक्त की गई स्मृति की मात्रा के बारे में getsizeof ।

यहां StackOverflow का एक शानदार जवाब है जहां आप विभिन्न प्रकार के चर में संग्रहीत किए जा सकने वाले "न्यूनतम" मानों के आकार का पता लगाने के तरीके के बारे में जानकारी पा सकते हैं।

 import sys import decimal import operator d = {"int": 0,    "float": 0.0,    "dict": dict(),    "set": set(),    "tuple": tuple(),    "list": list(),    "str": "a",    "unicode": u"a",    "decimal": decimal.Decimal(0),    "object": object(), } #   ,        d_size = {} for k, v in sorted(d.items()):    d_size[k]=sys.getsizeof(v) sorted_x = sorted(d_size.items(), key=lambda kv: kv[1]) sorted_x [('object', 16), ('float', 24), ('int', 24), ('tuple', 48), ('str', 50), ('unicode', 50), ('list', 64), ('decimal', 104), ('set', 224), ('dict', 240)] 

परिणामस्वरूप, विभिन्न प्रकारों के मूल्यों के नमूनों वाले शब्दकोश को छाँटकर, हम यह पता लगा सकते हैं कि अधिकतम आकार एक खाली शब्द है ( dict ) और उसके बाद एक सेट ( set )। उनके साथ तुलना में, एक पूर्णांक ( int प्रकार) को संग्रहीत करने के लिए बहुत कम स्थान की आवश्यकता होती है।

उपरोक्त उदाहरण से हमें यह पता चलता है कि कार्यक्रमों में उपयोग किए जाने वाले विभिन्न मूल्यों को संग्रहीत करने के लिए कितनी स्मृति की आवश्यकता है।

यह हमें क्यों परेशान करना चाहिए? तथ्य यह है कि कुछ प्रकार कुछ समस्याओं को हल करने के लिए दूसरों की तुलना में बेहतर हैं, जिससे आप इन समस्याओं को अधिक प्रभावी ढंग से हल कर सकते हैं। कुछ स्थितियों में, प्रकारों को सावधानीपूर्वक जांचना चाहिए। उदाहरण के लिए, कभी-कभी जांच की जाती है कि प्रोग्राम में उपयोग किए जाने वाले डेटा प्रकार प्रोग्राम को डिज़ाइन करते समय बनाई गई कुछ मान्यताओं पर काउंटर नहीं चलाते हैं।

लेकिन ये प्रकार क्या हैं? हमें उनकी आवश्यकता क्यों है? यह वह जगह है जहाँ "प्रकार प्रणाली" की अवधारणा खेल में आती है।

टाइप सिस्टम का परिचय

कुछ समय पहले , एक दूर की आकाशगंगा में, गणितीय गणना करने वाले लोगों ने मैन्युअल रूप से महसूस किया कि यदि वे संख्याओं या समीकरणों के तत्वों के साथ "प्रकार" की तुलना करते हैं, तो वे इन तत्वों के बारे में गणितीय प्रमाण प्राप्त करते समय दिखाई देने वाली तार्किक त्रुटियों को कम कर सकते हैं।

चूंकि बहुत शुरुआत में कंप्यूटर विज्ञान को कम किया गया था, संक्षेप में, मैन्युअल गणनाओं के बड़े संस्करणों के निष्पादन के लिए, उन पुराने सिद्धांतों में से कुछ को इन गणनाओं में स्थानांतरित किया गया था। टाइप सिस्टम एक ऐसा उपकरण बन गया है जो विभिन्न प्रकारों या तत्वों को उपयुक्त प्रकार निर्दिष्ट करके कार्यक्रमों में त्रुटियों की संख्या को कम करने के लिए उपयोग किया जाता है।

यहाँ कुछ उदाहरण हैं:

• यदि हम बैंक के लिए सॉफ्टवेयर लिखते हैं, तो हम कोड के टुकड़े में उन पंक्तियों का उपयोग नहीं कर सकते जो किसी और के खाते में शेष राशि की गणना करती हैं।
• यदि हम किसी सर्वेक्षण के डेटा के साथ काम कर रहे हैं और यह समझना चाहते हैं कि किसी ने सकारात्मक या नकारात्मक रूप से किसी प्रश्न का उत्तर दिया है, तो उत्तर "हाँ" और "नहीं" सबसे स्वाभाविक रूप से एक तार्किक प्रकार का उपयोग करके एन्कोड किया जाएगा।
• बड़े खोज इंजन को विकसित करते समय, हमें उन वर्णों की संख्या को सीमित करना होगा जो इस प्रणाली के उपयोगकर्ता खोज क्वेरी क्षेत्र में दर्ज कर सकते हैं। इसका मतलब है कि हमें कुछ मापदंडों के अनुपालन के लिए कुछ स्ट्रिंग डेटा की जांच करने की आवश्यकता है।

आज प्रोग्रामिंग में, दो मुख्य प्रकार के सिस्टम हैं। यहां स्टीव क्लैबनिक इस बारे में लिखते हैं: "एक स्थिर प्रकार की प्रणाली वह तंत्र है जिसके द्वारा कंपाइलर स्रोत कोड की जांच करता है और टुकड़ों को प्रोग्राम करने के लिए लेबल (" प्रकार ") निर्दिष्ट करता है, और फिर प्रोग्राम के व्यवहार के बारे में निष्कर्ष निकालने के लिए उनका उपयोग करता है। एक डायनामिक टाइप सिस्टम वह मैकेनिज्म है जिसके द्वारा कंपाइलर कोड को जेनरेट करता है कि वह किस प्रकार के डेटा (जो कि संयोग से "प्रकार" कहलाता है) को प्रोग्राम द्वारा उपयोग किया जाता है।

इसका क्या मतलब है? इसका मतलब है कि संकलित भाषाओं के साथ काम करते समय, आपको आमतौर पर इकाई प्रकारों को अग्रिम रूप से असाइन करने की आवश्यकता होती है। इसके लिए धन्यवाद, संकलक कोड के संकलन के दौरान उन्हें जांचने में सक्षम होगा और यह पता लगाएगा कि क्या प्रदान किए गए स्रोत कोड से एक सार्थक कार्यक्रम बनाना संभव होगा।

मुझे हाल ही में स्थैतिक और गतिशील टाइपिंग के बीच अंतर का एक विवरण मिला । यह शायद इस विषय पर मैंने पढ़ा सबसे अच्छा पाठ है। यहाँ इसका एक अंश है: “मैं वैधानिक रूप से टाइप की हुई भाषाओं का उपयोग करता था, लेकिन पिछले कुछ वर्षों से मैं मुख्य रूप से पायथन में प्रोग्रामिंग कर रहा हूँ। सबसे पहले, स्थैतिक टाइपिंग का उपयोग करके मुझे थोड़ा परेशान किया। एक भावना थी कि परिवर्तनशील प्रकारों की घोषणा करने की आवश्यकता धीमी हो गई है और मुझे अपने विचारों को व्यक्त करने के लिए मजबूर करती है। अजगर ने मुझे वही करने दिया जो मैं चाहता था, भले ही मैंने गलती से कुछ गलत किया हो। स्थैतिक टाइपिंग वाली भाषाओं का उपयोग करना किसी ऐसे व्यक्ति को एक कार्य देने जैसा है जो हमेशा फिर से पूछता है, उस मामले के छोटे विवरणों को स्पष्ट करते हुए जिसे वह पूरा करने के लिए सौंपा गया है। डायनामिक टाइपिंग तब होती है, जब उस व्यक्ति को, जिसे कार्य दिया जाता है, हमेशा सहमति में सिर हिलाता है। इस मामले में, एक भावना है कि वह आपको समझे। लेकिन कभी-कभी इस बात की पूरी निश्चितता नहीं होती है कि जिसको यह काम दिया गया है, उसे ठीक से पता चल गया है कि उससे क्या उम्मीद की जा रही है। ”

टाइप सिस्टम के बारे में बात करते हुए, मुझे कुछ ऐसा समझ में आया जिसे मैं तुरंत समझ नहीं पाया। अर्थात्, "स्थिर टाइपिंग" और "डायनेमिक टाइपिंग" की अवधारणाएं "संकलित भाषा" और "व्याख्या की गई भाषा" की अवधारणाओं से निकटता से संबंधित हैं, लेकिन शब्द "स्थिर" और "संकलित", साथ ही साथ शब्द "गतिशील" और "संकलित" समानार्थी नहीं हैं। । भाषा को गतिशील रूप से टाइप किया जा सकता है, जैसे पायथन, और उसी समय संकलित। इसी तरह, एक भाषा को सांख्यिकीय रूप से टाइप किया जा सकता है, जैसे जावा, लेकिन जावा REPL का उपयोग करते समय (उदाहरण के लिए, जावा के मामले में भी व्याख्या की जाती है)।

डेटा प्रकारों की तुलना सांख्यिकीय और गतिशील रूप से टाइप की गई भाषाओं में की जाती है

डेटा प्रकारों के बीच सांख्यिकीय और गतिशील रूप से टाइप की गई भाषाओं में क्या अंतर है?

स्थैतिक टाइपिंग का उपयोग करते समय, प्रकार पहले से घोषित किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, यदि आप जावा में काम करते हैं, तो आपके प्रोग्राम कुछ इस तरह दिखेंगे:

 public class CreatingVariables {  public static void main(String[] args) {    int x, y, age, height;    double seconds, rainfall;    x = 10;    y = 400;    age = 39;    height = 63;    seconds = 4.71;    rainfall = 23;    double rate = calculateRainfallRate(seconds, rainfall);   } private static double calculateRainfallRate(double seconds, double rainfall) {  return rainfall/seconds; } 

कार्यक्रम की शुरुआत पर ध्यान दें। कई चर वहां घोषित किए जाते हैं, जिनके आगे इन चर के प्रकारों के संकेत हैं:

 int x, y, age, height; double seconds, rainfall; 

इसके अलावा, कार्यों को घोषित करते समय और अपने तर्कों की घोषणा करते समय दोनों को निर्दिष्ट किया जाता है। इन प्रकार की घोषणाओं के बिना, कार्यक्रम संकलित नहीं किया जा सकता है। जावा प्रोग्राम बनाते समय, शुरुआत से ही, आपको यह योजना बनाने की आवश्यकता है कि इन या उन संस्थाओं के किस प्रकार होंगे। नतीजतन, संकलक, ऐसे कार्यक्रमों के कोड को संसाधित करते समय, यह जान लेगा कि मशीन कोड बनाने की प्रक्रिया में वास्तव में इसे क्या जांचना है।

अजगर एक प्रोग्रामर से परेशानी लेता है। इसी तरह का पायथन कोड इस तरह दिख सकता है:

 y = 400 age = 39 height = 63 seconds = 4.71 rainfall = 23 rate = calculateRainfall(seconds, rainfall) def calculateRainfall(seconds, rainfall):  return rainfall/seconds 

यह सब अजगर के आंतों में कैसे काम करता है? जारी रखने के लिए ...

प्रिय पाठकों! आपने कौन सी प्रोग्रामिंग लैंग्वेज इस्तेमाल की है जो सबसे सुखद प्रभाव छोड़ती है?