Python 黑魔法之 Encoding & Decoding

写在前面

  • 本文为科普文
  • 本文中的例子在 Ubuntu 14.04 / Python 2.7.11 下运行成功,Python 3+ 的接口有些许不同,需要读者自行转换

引子

先看一段代码:

example.py

这是什么?!是 Python 吗?可以运行吗?——想必你会问。

我可以明确告诉你:这不是 Python,但它可以用 Python 解释器运行。当然,如果你愿意,可以叫它 “Yython” (易语言 + Python)。

怎么做到的?也许你已经注意到第一行的奇怪注释——没错,秘密全在这里。

这种黑魔法,还要从 PEP 263 说起。

古老的 PEP 263

我相信 99% 的中国 Python 开发者都曾经为一个问题而头疼——字符编码。那是每个初学者的梦靥。

还记得那天吗?当你试图用代码向它示好:

它却给你当头一棒:

【一脸懵逼】

于是,你上网查找解决方案。很快,你便有了答案:

其中第一行的注释用于指定解析该文件的编码。

这个特新来自 2001 年的 PEP 263 — Defining Python Source Code Encodings,它的出现是为了解决一个反响广泛的问题:

In Python 2.1, Unicode literals can only be written using the Latin-1 based encoding “unicode-escape”. This makes the programming environment rather unfriendly to Python users who live and work in non-Latin-1 locales such as many of the Asian countries. Programmers can write their 8-bit strings using the favorite encoding, but are bound to the “unicode-escape” encoding for Unicode literals.

Python 默认用 ASCII 编码解析文件,给 15 年前的非英文世界开发者造成了不小的困扰——看来 Guido 老爹有些个人主义,设计时只考虑到了英文世界。

提案者设想:使用一种特殊的文件首注释,用于指定代码的编码。这个注释的正则原型是这样的:

也就是说 # -*- coding=utf-8 -*- 并不是唯一的写法,只是 Emacs 推荐写法而已。诸如 # coding=utf-8# encoding: utf-8 都是合法的——因此你不必惊讶于他人编码声明与你不同。

正则的捕获组 ([-_.a-zA-Z0-9]+) 将会被用作查找编码的名称,查找到的编码信息会被用于解码文件。也就是说,import example 背后其实相当于有如下转换过程:

问题其实又回到我们常用的 str.encodestr.decode 上来了。

可 Python 怎么这么强大?!几乎所有编码它都认得!这是怎么做到的?是标准库?还是内置于解释器中?

一切,都是 codecs 模块在起作用。

codecs

codecs 算是较为冷门的一个模块,更为常用的是 strencode/decode 的方法——但它们本质都是对 codecs 的调用。

打开 /path/to/your/python/lib/encodings/ 目录,你会发现有许多以编码名称命名的 .py 文件,如 utf_8.pylatin_1.py。这些都是系统预定义的编码系统,实现了应对各种编码的逻辑——也就是说:编码系统其实也是普通的模块。

除了内置的编码,用户也可以 自行定义编码系统codecs 暴露了一个 register 函数,用于注册自定义编码。register 签名如下:

codecs.register(search_function)
Register a codec search function. Search functions are expected to take one argument, the encoding name in all lower case letters, and return a CodecInfo object having the following attributes:

  • name: The name of the encoding;
  • encode: The stateless encoding function;
  • decode: The stateless decoding function;
  • incrementalencoder: An incremental encoder class or factory function;
  • incrementaldecoder: An incremental decoder class or factory function;
  • streamwriter: A stream writer class or factory function;
  • streamreader: A stream reader class or factory function.

encodedecode 是无状态的编码/解码的函数,简单说就是:前一个被编解码的字符串与后一个没有关联。如果你想用 codecs 系统进行语法树解析,解析逻辑最好不要写在这里,因为代码的连续性无法被保证;incremental* 则是有状态的解析类,能弥补 encodedecode 的不足;stream* 是流相关的解析类,行为通常与 encode/decode 相同。

关于这六个对象的具体写法,可以参考 /path/to/your/python/lib/encodings/rot_13.py,该文件实现了一个简单的密码系统。

那么,是时候揭开真相了。

所谓的 “Yython”

黑魔法其实并不神秘,照猫画虎定义好相应的接口即可。作为例子,这里只处理用到的关键字:

yi.py

在命令行里注册一下,就可以看到激动人心的结果了:

结语

有时,对习以为常的东西深入了解一下,说不定会有惊人的发现。

References

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