为什么说 Python 内置函数并不是万能的？
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2020-10-20 16:11
作者：豌豆花下猫
来源：Python猫
在Python猫的上一篇文章中，我们对比了两种创建列表的方法，即字面量用法 [] 与内置类型用法 list()，进而分析出它们在运行速度上的差异。
在分析为什么 list() 会更慢的时候，文中说到它需要经过名称查找与函数调用两个步骤，那么，这就引出了一个新的问题：list() 不是内置类型么，为什么它不能直接就调用创建列表的逻辑呢？也就是说，为什么解释器必须经过名称查找，才能“认识”到该做什么呢？
其实原因很简单：内置函数/内置类型的名称并不是关键字，它们只是解释器内置的一种便捷功能，方便开发者开箱即用而已。
PS：内置函数 built-in function 和内置类型 built-in type 很相似，但 list() 实际是一种内置类型而不是内置函数。我曾对这两种易混淆的概念做过辨析，请查看这篇文章。为了方便理解与表述，以下统称为内置函数。
1、内置函数的查找优先级最低
内置函数的名称并不属于关键字，它们是可以被重新赋值的。
比如下面这个例子：
# 正常调用内置函数
list(range(3)) # 结果：[0, 1, 2]
# 定义任意函数，然后赋值给 list
def test(n):
print("Hello World!")
list = test
list(range(3)) # 结果：Hello World！
在这个例子中，我们将自定义的 test 赋值给了 list，程序并没有报错。这个例子甚至还可以改成直接定义新的同名函数，即"def list(): …"。
这说明了 list 并不是 Python 限定的关键字/保留字。
查看官方文档，可以发现 Python3.9 有35个关键字，明细如下：
如果我们将上例的 test 赋值给任意一个关键字，例如"pass=test"，就会报错：SyntaxError: invalid syntax。
由此，我们可以从这个角度看出内置函数并不是万能的：它们的名称并不像关键字那般稳固不变，虽然它们处在系统内置作用域里，但是却可以被用户局部作用域的对象所轻松拦截掉！
因为解释器查找名称的顺序是“局部作用域->全局作用域->内置作用域”，因此内置函数其实是处在最低优先级。
对于新手来说，这有一定的可能会发生意想不到的情况（内置函数有 69 个，要全记住是有难度的）。
那么，为什么 Python 不把所有内置函数的名称都设为不可复写的关键字呢？
一方面原因是它想控制关键字的数量，另一方面可能是想留给用户更多的自由。内置函数只是解释器的推荐实现而已，开发者可以根据需要，实现出与内置函数同名的函数。
不过，这样的场景极少，而且开发者一般会定义成不同名的函数，以 Python 标准库为例，ast模块有 literal_eval() 函数（对标 eval() 内置函数）、pprint 模块有 pprint() 函数（对标 print() 内置函数）、以及itertools模块有 zip_longest() 函数（对标 zip() 内置函数）……
2、内置函数可能不是最快的
由于内置函数的名称并非保留的关键字，以及它处于名称查找的末位顺序，所以内置函数有可能不是最快的。
上篇文章展示了 [] 比 list() 快 2~3 倍的事实，其实这还可以推广到 str()、tuple()、set()、dict() 等等内置类型中，都是字面量用法稍稍快于内置类型用法。
对于这些内置类型，当我们调用 xxx() 时，可以简单理解成正在做类的实例化。在面向对象语言中，类先实例化再使用，这是再正常不过的。
但是，这样的做法有时也显得繁琐。为了方便使用，Python 给一些常用的内置类型提供了字面量表示法，也就是""、[]、()、{} 等等，表示字符串、列表、元组和字典等数据类型。
一般而言，所有编程语言都必须有一些字面量表示，但基本都局限在数字类型、字符串、布尔类型以及 null 之类的基础类型。
Python 中还增加了几种数据结构类型的字面量，所以是更为方便的，同时这也解释了为什么内置函数可能不是最快的。
一般而言，同样的完备功能，内置函数总是比我们自定义的函数要快，因为解释器可以做一些底层的优化，例如 len() 内置函数肯定比用户定义的 x.len() 函数快。
有些人据此形成了“内置函数总是更快”的认识误区。
解释器内置函数相对于用户定义函数，前者接近于走后门；而字面量表示法相对于内置函数，前者是在走更快的后门。
也就是说，在有字面量表示法的情况下，某些内置函数/内置类型并不是最快的！
小结
诚然，Python 本身并不是万能的，那它的任何语法构成部分（内置函数/类型），就更不是万能的了。但是，一般我们会认为内置函数/类型总归是“高人一等”的，是受到诸多特殊优待的，显得像是“万能的”。
本文从“list() 竟然会败给 []”破题，从两个角度揭示了内置函数其实存在着某种不足：内置函数的名称并不是关键字，而内置作用域位于名称查找的最低优先级，因此在调用时，某些内置函数/类型的执行速度就明显慢于它们对应的字面量表示法。
本文对上一个“Python为什么”话题做了延展讨论，一方面充实了前面的内容，另一方面，也有助于大家理解 Python 的几个基础概念及其实现。
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