為什麼 Python 中的串列被稱為「串列」（List）而不是「陣列」（Array）

更新日期： 2024 年 11 月 16 日

在 Python 中，序列型資料結構中的「串列」（List）與 JavaScript 的「陣列」（Array）有類似功能，但名稱和設計理念卻截然不同。

Python 的設計者，有意將串列與嚴格定義的陣列區分開來，並保留陣列作為另一種數據結構。

本文將探討這一命名背後的原因，並解釋陣列和串列在設計上的差異。

為什麼 Python 中稱為串列而非陣列

Python 設計者選擇使用「串列」這一名稱，是為了避免與嚴格定義的「陣列」混淆。

以下是兩者名稱不同的主要原因：

嚴格類型限制的考量

在傳統的程式語言（如 C 或 Java）中，陣列（Array）是一種必須包含「相同數據類型」元素的數據結構。

例如，整數陣列中只能包含整數，浮點數陣列中只能包含浮點數。

範例：不允許混合型態的陣列

int arr[3] = {1, 2, 3};  // 合法
int arr[3] = {1, 2, "hello"};  // 非法

這樣的限制來自於陣列的記憶體布局。

陣列內部是連續的記憶體區塊，每個元素的大小由數據類型（如整數、浮點數）決定。

如果數據類型不同，記憶體的偏移值無法確定，會導致計算錯誤。

在 Python 中，串列允許包含任意類型的元素，例如：

a = [1, 2, 3, "你好", "s"]

這種設計讓串列更靈活，但也失去了陣列的記憶體緊湊性和訪問效率。

因此，Python 設計者選擇「串列」這一名稱，表明它與傳統陣列不同。

記憶體偏移的影響

陣列的記憶體布局，依賴於每個元素的固定寬度。

當我們通過索引訪問陣列元素時，底層實際上是計算記憶體地址：

a[n] = 起始地址 + 偏移值 * n

• 起始地址：陣列的第一個元素的記憶體地址。
• 偏移值：由陣列中單個元素的記憶體寬度（例如整數的 4 字節）決定。
• n：索引值。

如果陣列中包含不同類型的元素，偏移值會不一致，記憶體計算將無法正確進行。

因此，傳統陣列需要統一的數據類型。

Python 的串列則不同，它使用指針指向每個元素，而非依賴固定的偏移值，因此能存放不同類型的數據，但訪問效率略低於陣列。

Python 已有陣列數據結構

Python 中除了串列外，還有專門的「陣列」（array 模組）。

陣列在設計上更接近傳統語言中的陣列：它只允許存儲相同類型的數據，並提供更高效的記憶體管理。

範例：使用 array 模組

import array

arr = array.array('i', [1, 2, 3])  # 'i' 表示整數
print(arr)  # 輸出 array('i', [1, 2, 3])

array 模組補足了串列在性能和類型一致性上的不足，因此 Python 不需要將串列命名為陣列。

結語

Python 中的「串列」與傳統語言中的「陣列」在設計理念上有顯著不同。

Python 串列的靈活性使其可以存儲多種數據類型，但也因此不具備傳統陣列的高效記憶體結構。

Python 設計者通過這一命名，清楚地區分了兩者的功能和特性。

此外，Python 還提供了專用的 array 模組，滿足需要高效陣列操作的場景。

理解這些設計差異，能幫助我們在程式開發中選擇更合適的數據結構。