Python 为什么要在 18 年前引入布尔类型？且与 C、C++ 和 Java 都不同？

Z时代
2024-01-10
分类：综合

python

花下猫语：在上一篇《Python 为什么能支持任意的真值判断？》文章中，我们分析了 Python 在真值判断时的底层实现，可以看出 Python 在对待布尔值时，采用了比较宽泛的态度。官方对此是怎么考虑的呢？
下面的文章是我刚翻译的 PEP-285，作者是 Python 之父 Guido van Rossum。这个 PEP 意义非常重大，Python 的 bool 类型就是从它开始引入的，而我在上篇文章中分析到的很多问题，都能在这篇十几年前的文档中找到解释！另外它还回应了比较典型的一些争议，值得大家了解下。

PEP原文： https://www.python.org/dev/peps/pep-0285/

PEP标题： PEP 285 -- Adding a bool type

PEP作者： Guido van Rossum

创建日期： 2002-03-08

合入版本： 2.3

译者：豌豆花下猫@Python猫公众号

PEP翻译计划：https://github.com/chinesehuazhou/peps-cn

概要

本 PEP 提议引入一个新的内置类型bool，它将包含两个常量False和True。这个 bool 类型是 int 类型的直接子类型（在 C 中），并且在除了 repr() 和 str() 之外的大多数方面，它的值False和True 都将表现得像是 0 和 1（例如，False == 0 和 True == 1 都为真）。

所有在概念上需返回布尔结果的内置操作，都将更改为返回 False 或 True，而不再是 0 或 1，例如，比较操作、“not”运算和 isinstance() 之类的断言方法。

评审

我已经收集了太多太多的反馈意见，因此我宣布：评审阶段（review period）正式结束。我今天吃的是中国菜，我的签语饼上写着：“Strong and bitter words indicate a weak cause.” 它使我想起了一些反对本 PEP 的帖子... ????

（译注：1、签语饼即 fortune cookies，这是一种美国文化特色。美国的中餐馆在结账的时候流行给客人一些写了签语的饼干，一般都是祝福语。2、那句签语出自维克多·雨果，意为：理亏者言辞激烈）

无论如何，这些是我的 BDFL 声明。（执行摘要（Executive summary）：我不会更改任何内容；所有其它提议都会被拒绝。）

1、本 PEP 应该被接受吗？

=>是的。

有很多反对本 PEP 的观点。其中多数是出于误解。我已尝试在下面的 PEP 正文中澄清一些最常见的误解。对我而言唯一值得考虑的问题是新手们倾向于写“ if x == True”，但“if x”就足够了。下面也有更多关于它的信息。我认为这不足以拒绝本 PEP。

2、str(True) 应该返回“True”还是“1”？“1”可能会减少向后兼容性问题，但看起来很奇怪。（repr(True) 将始终返回“True”。）

=>“True”。

几乎所有评审人都同意这一点。

3、常量应该被命名为“True”和“False”（类似于 None）还是“true”和“false”（像 C++、Java 和 C99 那样）？

=>True 和 False。

大多数评审人都认为 Python 内的一致性要比跟其它语言的一致性更为重要。

4、是否应该通过适当的告警来消除对布尔值的非布尔运算，以便例如 True + 1 最终（在 Python 3000 中）变为非法的？

=>不该

有一小部分观点响亮的人，希望看到“教科书式”的布尔类型，即完全不支持算术运算，但大多数评审人都同意我，认为布尔类型应该支持算术运算。

**5、operator.truth(x) 应该返回 int 还是 bool？ **

=>bool。

Tim Peters 认为应该返回一个整数，但是几乎所有其他评审人都认为应该返回一个布尔值。我的理由：operator.truth() 意味着强制其参数使用布尔类型上下文（它调用 C API PyObject_IsTrue()）。无论结果是 int 还是 bool，都是次要的；如果有 bool，则没有理由不使用它。（在本 PEP 下，operator.truth() 成为了 bool() 的别名；这也可以。）

6、bool 应该继承自 int 吗？

=>是的。

在理想的情况下，bool 最好是实现为一种单独的整数类型，且支持执行混合的算术操作。但是，从 int 继承出 bool 将极大地简化实现（部分原因是，所有调用PyInt_Check() 的 C 代码都可兼容——它对于 int 的子类会返回 true）。

另外，我认为这符合可替换性（substitutability）概念：代码中需要 int 时，可以喂入 bool，它等同于 0 或 1。代码中需要 bool 时，若赋予 int，则可能不符合预期；例如，3&4 计算为 0，但是当 3 和 4 被视为真值时，却都为真。

7、是否应该改变“bool”的叫法？

=>不。

一些评审人主张使用 boolean 而不是 bool，因为这样更容易理解（新手可能听说过布尔代数（Boolean algebra），但可能对 bool 无感），或者因为他们讨厌缩写。

我的观点：Python 明智地运用缩写（例如'def'、'int'、'dict'），我不认为这会造成理解的负担。对于新手来说，无论它被叫作 waffle 还是 bool 都没关系；这只是一个新词，他们很快就能掌握它的含义。

（译注：waffle，我们一般熟知的意思是“华夫饼干”，但它还有个意思是“无意义的、无关紧要的、胡乱的话”）

一位评审人认为可以叫“truth”。我觉得这个叫法没有吸引力，实际上更倾向于保留该术语（在文档中），以指代在 Python 中已经存在的具体的真值概念。例如：“当将一个容器解释为一个 truth 值时，空容器会被视为假，而非空容器则被视为真”。

8、将来是否应该要求布尔运算符（例如“if”、“and”和“not”）使用一个布尔值作为参数，例如令“if []:”变为非法的，要求必须写成“ if bool([]):” ？？？

=>不！！！

有些人认为，这就是一门有教科书式布尔类型的语言应该的做法。因为它被提起了，所以其他人担心我可能会同意这一做法。

我来明确阐述对此的立场：这不是本 PEP 的动机，我也无意进行更改。（另请参见下面的“澄清”部分。）

基本原理

大多数语言最终都会发展出一个布尔类型，甚至 C99（新的改进版 C 标准，尚未广泛采用）也有一个。（译注：C99 标准诞生于 1999 年，本 PEP 写于 2002 年，时过境迁，如今 C99 标准基本上已是落伍的了）

许多程序员都觉得需要一种布尔类型，大多数 Python 文档因缺少布尔类型而含有歉意。我看过很多模块，它们在顶部定义了常量“False = 0”和“True = 1”（或类似的常量），并使用它们。

问题是每个人的做法都不一样。例如，你应该使用“FALSE”、“false”、“False”、“F”还是“f”呢？另外，假值应该为 0 或 None，或是一个其它的布尔类型打印出“true”或“false”呢？在语言中添加一个标准的布尔类型可以解决这些问题。

一些外部库（例如数据库和 RPC 相关的包）需要能够区分布尔值和整数值，尽管通常可以制定出解决方案，但如果语言本身提供了标准的布尔类型，则会更容易。这也适用于 Jython：某些 Java 类具有分别用于 int 和 boolean 参数的重载方法或构造函数。布尔类型可用于选择布尔变量。（显然，某些 COM 接口也是如此。）

标准的布尔类型（bool type）也可以作为强制将值解释为布尔值（Boolean）的方法，该方法可用于标准化布尔值。当一个布尔值需要归一化为两个值之一时，bool(x) 比“not not x”更清晰，也比这种写法更简洁：

if x:
    return 1
else:
    return 0

这是从传授 Python 中得出的一些经验。当向人们在交互式终端中展示比较运算符时，我认为这有点难看：

>>> a = 13
>>> b = 12
>>> a > b
1
>>>

如果是这样的话：

>>> a > b
True
>>>

每次会少花一毫秒的时间思考打印出的 0 或 1。

还有一个问题（它甚至困扰了曾经经验丰富但远离了 Python 一段时间的人）：

>>> cmp(a, b)
1
>>> cmp(a, a)
0
>>>

你可能会倾向于认为 cmp() 也返回一个布尔值，但实际上它可以返回三个不同的值（-1、0、1）。如果整数没有（通常）被用于表示布尔值结果，则这可以更加明显地表达出其它的含义。（译注：即只用 True/False 表示布尔值，则整数表达其它含义时就不会有歧义）

规范

以下 Python 代码详细列举了新类型的大多数属性：

class bool(int):
    def __new__(cls, val=0):
        # This constructor always returns an existing instance
        if val:
            return True
        else:
            return False
    def __repr__(self):
        if self:
            return "True"
        else:
            return "False"
    __str__ = __repr__
    def __and__(self, other):
        if isinstance(other, bool):
            return bool(int(self) & int(other))
        else:
            return int.__and__(self, other)
    __rand__ = __and__
    def __or__(self, other):
        if isinstance(other, bool):
            return bool(int(self) | int(other))
        else:
            return int.__or__(self, other)
    __ror__ = __or__
    def __xor__(self, other):
        if isinstance(other, bool):
            return bool(int(self) ^ int(other))
        else:
            return int.__xor__(self, other)
    __rxor__ = __xor__
# Bootstrap truth values through sheer willpower
False = int.__new__(bool, 0)
True = int.__new__(bool, 1)

False 和 True 将是单例的（singletons），像 None 一样。因为这种类型有两个值，也许应该将它们称为“doubletons”？实际的实现将不允许创建 bool 的其它实例。

True 与 False 会被正确地序列化和打包，例如 pickle.loads(pickle.dumps(True)) 将返回 True，而marshal.loads(marshal.dumps(True)) 也一样。

所有在定义上需返回布尔结果的内置操作，都将更改为返回 False 或 True，而不再是 0 或 1。

具体而言，这会影响比较操作（<、<=、==、!=、>、>=、is、is not、in、not in），一元运算符'not'，内置函数 callable()、hasattr()、isinstance() 和issubclass() ，字典方法 has_key() ，字符串和 unicode 方法 endswith()、isalnum()、isalpha()、isdigit()、islower()、isspace()、istitle()、isupper() 和startswith()，unicode方法 isdecimal() 和 isnumeric()，以及文件对象的“closed”属性。operator 模块中的断言方法也被改为返回布尔值，包括operator.truth()。

由于 bool 继承自 int，因此 True + 1有效且等于 2，依此类推。这对于向后兼容性很重要：因为比较之类的操作当前返回整数值，所以无法确定现有应用程序怎么使用这些值。

预计随着时间的推移，标准库将在适当的时候更新为使用 False 和 True （但在以前允许使用 int 的场合，则不需要使用 bool 参数类型）。此更改不应引起在本 PEP 中未详细说明的其它问题。

C API

“boolobject.h”头文件为布尔类型定义了 C API。它包含在“Python.h”中，因此不需要再 include 它。

现有的名称 Py_False 和 Py_True 引用独一无二的布尔对象 False 和 True （之前，它们分别引用了值为 0 和 1 的静态整数对象，是众多整数之一）。

一个新的 API，即PyObject *PyBool_FromLong(long) ，会接收一个 C 长整型参数，并返回对 Py_False （当参数为零时）或 Py_True （当非零时）的新引用。

要检查对象是否为布尔对象，可以使用宏 PyBool_Check()。

布尔实例的类型是 PyBoolObject *。

布尔类型对象可作为 PyBool_Type 使用。

澄清

本 PEP 没有改变一个事实，即几乎所有类型的对象都可以用作真假值。例如，在 if 语句中使用时，一个空列表为 false，一个非空列表为 true；这不会改变，而且也不打算改变。

唯一改变的是在返回或赋值时，用于表示真假值的首选值。以前，这些首选的真假值是 1 和 0；本 PEP 将首选值更改为 True 和 False，并修改内置操作以返回这些首选值。

兼容性

因为要向后兼容，所以布尔类型拥有一些不严格的属性。例如，允许使用布尔参数进行算术运算，即将 False 视为 0，将 True 视为 1。而且，可以将 bool 用作序列对象的索引。

我不认为这是一个问题，也不希望朝这个方向发展语言。我认为，对“布尔性（Booleanness）”的更严格的解释不会使语言更清晰。

兼容性要求的另一个结果是表达式“True and 6”的值为 6，类似地，表达式“ False or None”的值为 None。

“and”和“or”运算符被设计来返回第一个决定了结果的参数，这点不会改变；特别地，它们不强制要求结果为布尔类型。当然，如果两个参数都是布尔值，那么结果肯定是一个布尔值。通过写“bool(x and y)”，也可以很容易地将其强制转成布尔类型。

解决了的问题

（另请参见上面的“评审”部分。）

由于 bool 值的 repr() 或 str() 与 int 值不同，因此某些代码（例如，基于doctest 的单元测试，以及可能依赖于 “%s”%truth 的数据库代码）可能会出错。解决这个问题很容易（无需显式引用 bool 类型），并且预计这只会影响非常少量的可以轻松修复的代码。

其它语言（C99、C ++、Java）均以小写形式命名常量“false”和“true”。对于Python，我更喜欢遵照现有内置常量的惯例，这些内置常量全部使用驼峰式命名：None 、Ellipsis、NotImplemented （以及所有的内置异常）。Python 内置的命名空间全部用小写字母表示函数和类型。

前面提到过，为了满足用户的期望，对于在布尔上下文中被认为是真的每个 x，x == True 表达式都应该为真，同样，如果 x 被认为是假，则x == False 也应该为真。那些刚了解布尔变量的新手可能会写：
```
if x == True: ...
```
而不是正确的形式：
```
if x: ...
```
许多人乍一看会对后一种形式感到不舒服，这在心理和语言上似乎有很强的理由，但是我认为解决办法应该是教育而不是削弱语言。
毕竟，== 通常被视为传递符号，这意味着根据 a == b 和 b == c，可以推论出 a == c。但是，如果在一个数是真值的情况下，它与 True 进行比较的结果是相等的，则像 6 == True == 7 这样的暴行将成立，从而可以推断出错误的 6 == 7。那是不可接受的。（此外，它会破坏向后兼容性。但是，即使它不破坏，出于前面的原因，我仍然反对。）
还应该提醒新手，没有理由写：
```
if bool(x): ...
```
因为布尔值隐含在“if”中。在这里，显式并不比隐式好，因为添加的词法会损害可重用性，并且限制了解释器的解释行为。（译注：”The Zen of Python“中认为”显式比隐式好“，但在这里，Guido 认为隐式更好，所以他在原文档中加粗了”not“）
但是，有时候有理由写成：
```
b = bool(x)
```
当不需要保留对任意 x 对象的引用时，或者由于某些其它原因需要规范化时，这很有用。有时候这样写也很合适：
```
i = int(bool(x))
```
它将布尔值转换为整数的 0 或 1。传达了将该值用作 int 的意图。