CPython开发实战：实现None感知运算符?.和??

前几天在群里吹牛的时候，有位群友突然提到了PEP505，并表现的非常激动。这份PEP也引起的群友广泛关注，并表示支持这份草案。

PEP505是关于Python的None感知运算符（None-aware operator）的。

这种运算符在其它语言中，尤其是动态语言中，非常常见。它的用法是判断一个对象是否为空，如果是空则无视，否则将继续执行。拿Dart举例：

dart 复制代码

void getUserAge(String username) async {
  final request = UserRequest(username);
  final response = await request.get();
  User user = new User.fromResponse(response);

  // delightfully shorter null check
  this.userAge = user?.age ?? 18; 
  // etc.
}

这个例子中如果user为null则返回18，否则返回user的age字段。这样做可以保证userAge永远不会为null。

这份PEP还细分了三种None感知运算符：None合并运算符（??）、None感知属性获取运算符（?.）和None感知索引运算符（?[]）。

None合并运算符（??） ：这是一个二元运算符，如果前值为None则返回后值，否则返回前值。比如：

css 复制代码

a = b ?? c

如果b为None则a被赋值为c，否则为b。

None感知属性获取运算符（?.） ：用在对象的后面，如果该对象不为None，则获取它的属性。PEP内没有解释对象为None的情况，我的理解是必须配合None合并运算符使用。比如：

css 复制代码

a = b?.c ?? d

如果b为None，则a赋值为d，否则为b的c成员。当然b的c成员也可能为None，甚至触发AttributeError异常。

None感知索引运算符（?[]） ：用在可下标对象的后面，如果该对象不为None，则获取它的下标。PEP内同样也没有解释对象为None的情况，我的理解是也必须配合None合并运算符使用。比如：

css 复制代码

a = b?[4] ?? c

如果b为None，则a赋值为c，否则为b[4]。同样这里也有可能触发IndexError异常。

然后，这份PEP列出了语法规则，并详细的解释了三种运算符。最后给出了几个例子，表明接受这份PEP的必要性。

看完这份PEP，我决定简单的实现一下。功能不会像PEP内那么复杂，也不会涉及CPython的后端。

准备工作在之前的一系列文章中阐明了，可以参考该系列文章。后续步骤的原理部分同样也可以在这系列文章中找到答案。

1. 在Grammar/Tokens文件中添加以下代码

arduino 复制代码

QUESTDOT                '?.'
DUALQUEST               '??'

本次实战只实现None合并运算符和None感知属性获取运算符，所以需要添加两个符号。

2. 在Grammar/python.gram文件中在primary语法规则下添加以下代码

css 复制代码

    | a=primary '?.' b=NAME '??' c=primary { _PyAST_IfExp(a, _PyAST_Attribute(a, b->v.Name.id, Load, EXTRA), c, EXTRA) }

现在的primary语法规则是这样的：

css 复制代码

primary[expr_ty]:
    | a=primary '.' b=NAME { _PyAST_Attribute(a, b->v.Name.id, Load, EXTRA) }
    | a=primary '?.' b=NAME '??' c=primary { _PyAST_IfExp(a, _PyAST_Attribute(a, b->v.Name.id, Load, EXTRA), c, EXTRA) }
    | a=primary b=genexp { _PyAST_Call(a, CHECK(asdl_expr_seq*, (asdl_expr_seq*)_PyPegen_singleton_seq(p, b)), NULL, EXTRA) }
    | a=primary '(' b=[arguments] ')' {
        _PyAST_Call(a,
                 (b) ? ((expr_ty) b)->v.Call.args : NULL,
                 (b) ? ((expr_ty) b)->v.Call.keywords : NULL,
                 EXTRA) }
    | a=primary '[' b=slices ']' { _PyAST_Subscript(a, b, Load, EXTRA) }
    | atom

在Python中，primary元素是指最小不可分割的表达式，它具体表现为对象的属性（obj.something.something）、对象的下标（obj[something]）、对象的调用（obj(something)）或者仅仅是该对象（obj）。因此，None感知运算符在这里添加位最优。

None感知运算符本质上是Python的语法糖。为了方便，本次实战不会重新定义AST结构，而是复用Python的If表达式的AST。

实际上，None感知运算符可以通过If表达式转变，比如：

css 复制代码

a ?. b ?? c

可以完全用If表达式描述：

css 复制代码

a.b if a else c

因此，语法规则的实现部分直接调用IfExp的函数_PyAST_IfExp。该函数接受四个参数，第一个为test部分，即a；第二个为body部分，即a.b；第三个为else部分，即c；第四个为extra，代表代码上下文变量，包括代码行号，列号等。

3.在命令行中运行PCBuild/build.bat生成Python程序

该命令将会根据语法规则生成相应的语法分析器，并编译生成Python程序。生成的Python程序在PCbuild目录内。

接下来简单的测试一下：

可以看到a为有bar方法的对象Foo，b为None。如果执行a?.bar??'default value'则会返回a.bar，而如果执行 b?.bar??'default value'则会返回default value。结果是符合预期的。

现在回到PEP505。这份PEP其实已经deferred了！

原因没有直接说，但是在这版discuss上有core dev透露了部分信息。

问号（?）是仅剩最后几个ASCII符号了，是否值得用有待商榷。

这个理由没有直接回答defer的原因，反而转移到另一个话题，就是None在Python中是否足够特殊，以至于需要单独的运算符处理。不同的人持不同观点，这个很难有定论。

但是话又说回来，Python已经有Optional这个typing的先例了。某种意义上来讲，core dev承认None的特殊性。

这篇PEP，包括PEP532，设计过于复杂。Python的发展应该基于已有的语言规则，而不是重新定义一套规则。

PEP532是关于判断空值的魔术方法的提议，可以配合PEP505使用，但这种方式确实复杂。我只是利用了Python的If表达式简单的实现了这个功能，如果要完整实现PEP532和PEP505肯定不只是前端改造，还会涉及AST结构，字节码，PyTypeObject结构的修改。这种修改可能会影响运行性能，引入BUG，造成易用性等问题。作为一向保守的core dev肯定不会接受那么大的改动的。