Кортежи в Python: зачем нужны неизменяемые последовательности

Начальный20 min5 упр.60 XP

Этот урок переведён с английского оригинала.Read in English Leer en español Сообщить об ошибке в переводе

Перед началом

Списки в Python: создание, доступ, изменение и перебор

0/5 упр.

Вспомните GPS-координаты. Точка (40.7128, -74.0060) обозначает Нью-Йорк. Если случайно изменить одно из этих чисел, точка окажется совсем в другом месте. Некоторые данные не должны меняться после того, как вы их создали.

С датами то же самое. 1 января 2025 года остаётся неизменным фактом. Вам вряд ли захочется, чтобы код случайно превратил эту дату в 37 февраля. Когда данные должны оставаться неизменными, Python предлагает кортежи.

Кортеж выглядит почти так же, как список, но с одним важнейшим отличием: созданный кортеж нельзя изменить. Нельзя добавить элемент, удалить его или заменить. В этом уроке вы узнаете, почему это ограничение на самом деле оказывается суперсилой.

Как создать кортеж в Python

Кортеж создают, перечисляя элементы через запятую внутри круглых скобок (). Можно создать кортеж и без скобок: кортежем его делают именно запятые.

Создание кортежей

# Tuple with parentheses

coordinates = (40.7128, -74.0060)

print(coordinates)

# Tuple without parentheses (commas do the work)

colors = 'red', 'green', 'blue'

print(colors)

# Single-item tuple NEEDS a trailing comma

single = (42,)

print(single) # (42,)

print(type(single)) # <class 'tuple'>

Вывод

(40.7128, -74.006)
('red', 'green', 'blue')
(42,)
<class 'tuple'>

Кортеж из одного элемента и выражение в скобках

# This is NOT a tuple

not_a_tuple = (42)

print(type(not_a_tuple)) # <class 'int'>

# This IS a tuple

is_a_tuple = (42,)

print(type(is_a_tuple)) # <class 'tuple'>

# Empty tuple

empty = ()

print(empty) # ()

print(len(empty)) # 0

Вывод

<class 'int'>
<class 'tuple'>
()
0

Другие последовательности тоже можно превратить в кортеж с помощью конструктора tuple(). Это удобно, когда у вас есть список и его нужно «заморозить», чтобы никто не мог его изменить.

Конструктор tuple()

# Convert a list to a tuple

fruit_list = ['apple', 'banana', 'cherry']

fruit_tuple = tuple(fruit_list)

print(fruit_tuple) # ('apple', 'banana', 'cherry')

# Convert a string to a tuple of characters

letters = tuple('hello')

print(letters) # ('h', 'e', 'l', 'l', 'o')

Вывод

('apple', 'banana', 'cherry')
('h', 'e', 'l', 'l', 'o')

Доступ к элементам кортежа и срезы

Доступ к элементам кортежа устроен точно так же, как у списков. Индекс указывается в квадратных скобках. Положительные индексы отсчитываются с начала, отрицательные с конца.

Индексы в кортежах

months = ('Jan', 'Feb', 'Mar', 'Apr', 'May', 'Jun')

# Positive indexing

print(months[0]) # Jan

print(months[3]) # Apr

# Negative indexing

print(months[-1]) # Jun

print(months[-2]) # May

# Length

print(len(months)) # 6

Вывод

Jan
Apr
Jun
May
6

Срезы работают так же. Часть кортежа можно получить с помощью tuple[start:end]. Результатом будет новый кортеж.

Срезы кортежей

months = ('Jan', 'Feb', 'Mar', 'Apr', 'May', 'Jun')

# Slice from index 1 to 4 (not including 4)

print(months[1:4]) # ('Feb', 'Mar', 'Apr')

# First three

print(months[:3]) # ('Jan', 'Feb', 'Mar')

# Last two

print(months[-2:]) # ('May', 'Jun')

# Every other month

print(months[::2]) # ('Jan', 'Mar', 'May')

Вывод

('Feb', 'Mar', 'Apr')
('Jan', 'Feb', 'Mar')
('May', 'Jun')
('Jan', 'Mar', 'May')

А вот здесь кортежи отличаются от списков. Если попытаться изменить элемент, Python выбросит TypeError. Кортежи неизменяемые: после создания их нельзя изменить.

Кортежи неизменяемы

colors = ('red', 'green', 'blue')

# This works fine - reading

print(colors[0]) # red

# This will CRASH - writing

# colors[0] = 'yellow' # TypeError: 'tuple' object does not support item assignment

# Uncomment the line above and run it to see the error!

Вывод

red

Упаковка и распаковка кортежей

Упаковка происходит, когда вы создаёте кортеж, присваивая одной переменной несколько значений. Распаковка работает наоборот: значения извлекаются из кортежа в отдельные переменные. Распаковка относится к самым полезным возможностям Python.

Упаковка и распаковка

# Packing - multiple values into one tuple

person = 'Alice', 25, 'Engineer'

print(person) # ('Alice', 25, 'Engineer')

# Unpacking - one tuple into multiple variables

name, age, job = person

print(name) # Alice

print(age) # 25

print(job) # Engineer

Вывод

('Alice', 25, 'Engineer')
Alice
25
Engineer

Количество переменных слева должно совпадать с количеством элементов кортежа. Если они не совпадают, Python выбрасывает ValueError.

Классический пример распаковки: обмен значений двух переменных без временной переменной. В большинстве других языков для этого нужны три строки, а Python справляется в одну.

Обмен значений через распаковку кортежа

a = 10

b = 20

print(f'Before: a={a}, b={b}')

# Swap using tuple unpacking

a, b = b, a

print(f'After: a={a}, b={b}')

Вывод

Before: a=10, b=20
After:  a=20, b=10

При распаковке можно поставить звёздочку *, чтобы собрать оставшиеся элементы. Это называется расширенной распаковкой, и в результате вы получаете список из оставшихся элементов.

Расширенная распаковка с оператором «звёздочка»

scores = (95, 87, 72, 68, 91)

# Grab the first, last, and everything in between

first, *middle, last = scores

print(first) # 95

print(middle) # [87, 72, 68]

print(last) # 91

Вывод

95
[87, 72, 68]
91

Распаковка кортежей в цикле for

students = [

('Alice', 95),

('Bob', 87),

('Charlie', 72),

]

for name, score in students:

print(f'{name} scored {score}')

Вывод

Alice scored 95
Bob scored 87
Charlie scored 72

Кортежи и списки: когда что использовать

Если кортежи всего лишь списки, которые нельзя менять, зачем они вообще нужны? Есть три веские причины: безопасность, производительность и ясность.

Безопасность: когда данные не должны меняться, кортеж защищает их от случайных изменений. GPS-координаты, цвета RGB, записи из базы данных относятся к неизменным фактам. Кортеж ясно показывает ваше намерение.

Производительность: кортежи немного быстрее списков и занимают меньше памяти. Для маленьких коллекций это почти незаметно, но на миллионах записей разница накапливается.

Ключи словаря: кортежи можно использовать как ключи словаря, потому что они неизменяемы. Списки так использовать нельзя. Это станет важно, когда вы начнёте изучать словари.

Используйте список, когда...

# Data that changes over time
shopping = ['milk', 'eggs']
shopping.append('bread')

# Collections you sort or filter
scores = [85, 92, 78]
scores.sort()

Используйте кортеж, когда...

# Fixed data that shouldn't change
coords = (40.7128, -74.0060)
rgb_red = (255, 0, 0)

# Returning multiple values
def get_name_age():
    return 'Alice', 25

Под капотом: почему кортежи быстрее списков

Поскольку кортежи неизменяемы, Python может незаметно применять к ним оптимизации. Размер кортежа фиксируется при создании, поэтому Python не нужно выделять лишнюю память на возможный рост, как он делает это для списков.

Сравниваем расход памяти

import sys

# Compare memory usage

my_list = [1, 2, 3, 4, 5]

my_tuple = (1, 2, 3, 4, 5)

print(f'List size: {sys.getsizeof(my_list)} bytes')

print(f'Tuple size: {sys.getsizeof(my_tuple)} bytes')

Вывод

List size:  52 bytes
Tuple size: 40 bytes

Кортежи поддерживают и все операции, которые не изменяют последовательность. count() считает, сколько раз встречается значение, index() находит позицию значения, in проверяет, есть ли элемент в кортеже, а + склеивает кортежи.

Методы и операции кортежей

numbers = (1, 2, 3, 2, 4, 2)

# count() - how many times a value appears

print(numbers.count(2)) # 3

# index() - position of first occurrence

print(numbers.index(3)) # 2

# in - membership check

print(4 in numbers) # True

# Concatenation creates a NEW tuple

combined = (1, 2) + (3, 4)

print(combined) # (1, 2, 3, 4)

Вывод

3
2
True
(1, 2, 3, 4)

Практические упражнения

Пора попрактиковаться! Эти упражнения посвящены созданию кортежей, распаковке и пониманию неизменяемости.

Упражнение 1: создайте кортеж и получите элементы

Напишите код

Создайте кортеж seasons из четырёх времён года в виде строк: 'Spring', 'Summer', 'Fall', 'Winter'.

Затем выведите первое и последнее время года, каждое на отдельной строке.

Ожидаемый вывод:

Spring
Winter

# Create the seasons tuple

# Print the first season

# Print the last season

Упражнение 2: предскажите вывод (кортеж из одного элемента)

Угадайте вывод

Внимательно прочитайте этот код. Что он выведет? Подумайте, что делает значение кортежем, а что оставляет его обычным числом в скобках.

Впишите вывод в точности.

a = (5)

b = (5,)

print(type(a).__name__)

print(type(b).__name__)

Упражнение 3: распакуйте кортеж

Напишите код

Дан кортеж с данными об ученике. Распакуйте его в три переменные: name, age и grade.

Затем выведите каждую переменную на отдельной строке.

Ожидаемый вывод:

Emma
16
A

student = ('Emma', 16, 'A')

# Unpack the tuple into name, age, grade

# Print each variable

Упражнение 4: исправьте попытку изменить кортеж

Исправьте ошибку

Этот код пытается заменить цвет в кортеже, но кортежи неизменяемы. Исправьте его так, чтобы программа выводила обновлённые цвета, не изменяя исходный кортеж. Вместо этого создайте новый кортеж.

Ожидаемый вывод:

('red', 'yellow', 'blue')

colors = ('red', 'green', 'blue')

colors[1] = 'yellow'

print(colors)

Упражнение 5: перебор и распаковка баллов учеников

Напишите код

Есть список кортежей, в каждом кортеже имя ученика и его балл. Переберите список, распакуйте каждый кортеж и выведите результат каждого ученика в таком формате:

Alice: 92
Bob: 85
Charlie: 78

students = [

('Alice', 92),

('Bob', 85),

('Charlie', 78),

]

# Loop through and print each student's result

Итоги: что вы узнали о кортежах в Python

Повторим всё, что вы теперь знаете о кортежах:

Понятие	Что делает	Пример
Создание кортежа	Хранит неизменный набор элементов	`point = (3, 4)`
Запятая в конце	Создаёт кортеж из одного элемента	`solo = (42,)`
Индексы	Доступ по позиции	`point[0]`, `point[-1]`
Срезы	Получение части	`months[1:4]`
Распаковка	Извлечение в переменные	`x, y = point`
Расширенная распаковка	Собирает оставшиеся элементы через `*`	`first, *rest = items`
`count()`	Считает вхождения	`t.count(2)`
`index()`	Находит позицию	`t.index(3)`
Неизменяемость	Нельзя изменить после создания	Выбрасывает `TypeError`

Кортежи идеально подходят для неизменных наборов данных: координат, цветов, записей и значений, которые возвращают функции. Благодаря неизменяемости код становится надёжнее, а ваши намерения понятнее.

Что дальше?

В следующем уроке, [Словари в Python](/python/python-dictionaries), вы научитесь хранить данные в виде пар «ключ: значение». Вместо доступа к элементам по позиции вы будете обращаться к ним по имени.

Словари относятся к самым мощным структурам данных в Python. Вместе со списками и кортежами они позволяют описать почти любые данные из реальной жизни.

Как создать кортеж в Python

Доступ к элементам кортежа и срезы

Упаковка и распаковка кортежей

Кортежи и списки: когда что использовать

Под капотом: почему кортежи быстрее списков

Практические упражнения

Итоги: что вы узнали о кортежах в Python

Что дальше?

Похожие уроки