Python：为什么 "无 "不是 "无"？
以及如何在没有它的情况下生活
这次我们来谈谈Python中（不）著名的None，它的各种形状和使用模式。让我们试着找到如何在没有它的情况下生存的方法。
在我的职业生涯中，我在函数式编程的世界里呆了好几年。你知道，这种严格的类型化的东西。后来，当我回到Python时，我注意到他们在此期间引入了类型注解，这有多酷啊？在某个时间点上，我开始深入研究，以了解我是否也能在Python中应用一些FP的概念。
从字面上看，我从 "无 "开始，发现 "无"。这就是这个故事的全部内容;-)
所以，这是我最喜欢的Python函数。
def magic_function(): # mysterious things happening here print("Pure magic!")
乍一看，它像是一个没有输入的函数，没有返回，因为它没有一个返回语句。现在我们来试试一些奇怪的东西。
>>> magic = magic_function()Pure magic!
不出所料，这个函数会打印到stdout，但有趣的是，我们把magic_function()的结果分配给了变量magic。这怎么可能呢？我们怎么能把 "什么都没有"（这就是这个函数应该返回的结果）分配给一个变量呢？为什么我们没有得到一个错误？
>>> magic.__class__<class 'NoneType'>
自然地，了解情况的 Python 专家知道，每一个没有明确返回语句的(!)函数都隐含地返回None(除非它抛出一个异常) - 这就是我们赋值给'magic'的东西。所以，magic变成了一个'class NoneType'类型的变量--magic与None是相同的。
如果一个东西有一个身份，即使它被称为无，它也不可能是无，对吗？反过来说，如果一个函数真的能够返回字面意义上的无（事实上这已经是一个矛盾的说法），那么它怎么可能被分配给一个变量？一个人怎么能把 "无 "赋给一个东西呢？
好吧，None是一个 "真正 "类型的 "真正 "实例。这似乎是 "None不是Nothing "的第一个证据，对吗？
多亏了类型注释，我们可以使我们的函数签名更加吸引人。
def magic_function() -> None: ....
一个使用magic_function()的人现在立刻知道她不能指望这个函数能返回任何有意义的东西。闻起来就像古老的C语言中的 "void "这个东西。
void magic_function(void) { ....}
像这样的结构不应该被称为 "函数"，这就是为什么它们被命名为 "过程"。
不幸的是，这并不是全部的事实，因为在 Python 中None似乎是每个类型的有效值。我们可以通过重写我们的魔术函数，使其只在每月的第一天返回一些魔术，来轻松证明这一点。
from datetime import datetimefrom typing import Optional
这里我们定义该函数可以选择返回字符串。但它也允许返回None。作为一个简单的题外话，在引入typing.Optional之前，你必须要写。
from typing import Union
从3.10版本开始，你甚至可以写得更简明。
def maybe_magic_function() -> str | None: ....
所有这三种变体都是等价的，每一种变体都会让静态类型检查器如 mypy等静态类型检查器感到非常高兴。就个人而言，我反而倾向于对这种特殊性有意见。让我解释一下原因。
None作为返回值通常用来表示不同的东西。
- 函数返回None或一个具体的值---由**Optional[Any]**表示
- 函数返回None表示失败--用**Optional[Any]**表示
- 函数返回None表示没有返回值--用None表示
在任何这些情况下，返回None只不过是一种惯例。我们不可能从None中得出任何明确的意图。正因为如此，你经常会发现无数的**"如果某个东西是None "的**级联（又称 "末日金字塔"）。想想看，在你的职业生涯中，有多少行代码是为了检查这些None-conventions而写的（也请看十亿美元的错误）。
而且，None还有一个微妙之处。我们已经发现，None是一个有身份甚至有类型的对象（NoneType类）。现在，在注释变量和函数的时候，我们使用的是类型，对吗？
比如。
def magic(i: int) -> Union[str, None]: ...
str "是一个类型，"int "是一个类型，但是None是一个 "NoneType类 "的对象。我们是不是把类型和对象混在一起了？
有趣的是，我们不允许写。
>>> def maybe_magic_function(i: int) -> Union[str, NoneType]: ...Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 1, in <module>NameError: name 'NoneType' is not defined
我们不能使用 NoneType，因为 Python 说："名称'NoneType'没有定义"。如果NoneType是未定义的，但是调用 type(None) 的结果是 <class 'NoneType'>，那么它告诉我们关于None 的什么呢？这是否意味着None是一个未定义类型的对象？如果一个东西的类型是未定义的，它怎么能成为一个对象呢？永无止境的问题...
你看，围绕 "无"有很多神话......请随意深入挖掘 :-)
不管怎么说，为了不搞那些特殊的东西，我怎样才能使返回值明确地表示不存在（即Nothing）或失败（不同种类）这样的概念？我们怎样才能从我们的词汇表中禁止None，而采用更明确的东西？
类型来拯救
正如我们所知，Python的类型系统是动态的，并通过鸭子类型的概念来实现（一个对象拥有的方法比具体类型更重要）。但Python中的每个对象都有一个类型，这是由解释器自动推断出来的。随着类型注解和静态类型检查器的引入，添加类型信息给我们带来了处理静态类型语言的（虚拟）印象，至少在IDE中是这样。
那么，我们怎样才能利用所有这些来发挥我们的优势呢？
表示不存在
我们可以使用一个叫做Maybe的专用类型来表示不存在，它有两个子类型。Just封装了一个具体的值，而Nothing表示不存在。
class Maybe(abc.ABC): @abc.abstractmethod def get_or_else(self, fallback): ...
我把这个类型称为 "也许"并不是一个巧合。诚然，这可能是众所周知的 Maybe monad 的最天真和不完整的实现 :-)。现在不要在意 "单体 "这个词，我们在这里要学习的是代表不存在的概念 :-)
通过用Maybe注释我们的 magic_function() 作为结果类型，就没有了不确定性的空间。结果类型要么是一个Just，要么是一个Nothing，句号。
使用结构模式匹配 (Python ≥ 3.10)，你可以很容易地从一个Just中解开封装的值，并相应地处理Nothing 的情况。
match magic_function(): case Just(value=magic): print(f"{magic=}") case Nothing(): print("no magic")
或者，使用 Python < 3.10 中的get_or_else() 方法。
result = magic_function()print(result.get_or_else("no magic")
关于 Maybe monad 还有很多东西要讲，但这已经远远超出了本文的范围。对于好奇的人，让我参考returns 包，它有一个成熟的、完全类型注释的实现。
表示 "未定义"
下一个有趣的情况是数学意义上的函数，这些函数在其输入集方面只有部分定义。我们都知道这样的函数，比如除以0，负数的平方根，等等。
想想一个计算特定日期的日名的函数。
from datetime import datetime
在编程语言中，我们通常会在异常中结束，因为不可能以一种有意义的方式表示 "未定义"，至少在 Python 中是没有的。
我们在这里也可以使用 Maybe。要么一个计算返回一个具体的值，否则我们可以认为它是未定义的。作为一个有益的副作用，我们摆脱了那些讨厌的运行时异常。
def dayname(year, month, day) -> Maybe: try: return Just(datetime(year, month, day).strftime("%A")) except ValueError: return Nothing()
我们甚至可以给自己写一个方便的装饰器，这样我们就不必用错误处理代码来污染我们的函数了。
def maybe_undefined(func) -> Callable[..., Maybe]: @functools.wraps(func) def wrapper(*args, **kwargs) -> Maybe: try: return Just(func(*args, **kwargs)) except Exception: return Nothing() return wrapper
有了它，我们就可以很好地装饰函数，当我们事先已经知道它们对于某些输入值将是未定义的。
@maybe_undefineddef dayname(year, month, day): return datetime(year, month, day).strftime("%A")
表示失败
我们再次使用一个小类的层次结构来表示成功和失败，我们称它为结果。
class Result(abc.ABC): @abc.abstractmethod def get(self): ... @abc.abstractmethod def get_or_else(self, fallback): ...
Result现在封装了一个失败情况下的异常。这感觉如何呢？如果计算成功，你会得到一个Success对象，否则就是Failure。这一次，Failure对象也包含补充信息，它本身就是一个异常对象。
这意味着解压一个Failure仍然会导致一个异常。
>>> dayname(2021, 10, 10).get()'Sunday'>>> dayname(2021, 10, 32).get()Traceback (most recent call last): ...ValueError: day is out of range for month
我们可以通过使用get_or_else()来避免这个问题...
>>> dayname(2021, 10, 32).get_or_else('Invalid date entered')'Invalid date entered'>>> dayname(2021, 10, 10).get_or_else('Invalid date entered')'Sunday'
或者再次进行模式匹配...
match dayname(2021, 10, 32): case Success(value=day): print(f"{day=}") case Failure(error=failure): print(f"{failure=}")
还是那句话，看看return包，它对Result有更好的实现。
BTW：还有一种类型叫做Either，它有两个子类型，通常叫做Left和Right。它与Result非常相似，不同的是Right代表计算的快乐路径（如Success），而Left则代表不快乐的路径--这不一定是一个特殊的情况。
现在怎么办？也许，结果，要么？
让我总结一下。
Maybe用来表示一个函数确实返回了一个具体的值或者没有。打个比方，想想数学函数，它对某些输入值是未定义的。(BTW: 在Scala中，Maybe被称为Option，有Some(value) ore None(!) 作为具体的子类型)
Result通常被用来 "物化 "异常，并以一种定义的方式处理它们。异常是有史以来最讨厌的、破坏性的副作用。如果处理不当，它们会给你带来巨大的混乱。所以，去避免它们吧!
Either是用来表示可以有两种可能的输出的操作，其中一种比另一种更 "快乐 "一些。你也可以认为Either是对Result的一种概括。
结论
最后一个问题。在所有介绍的例子中，你是否发现有一个None的出现？你没有!所以，是的，在 Python 中没有None也能活。
使用具体的类型来表示具体的计算结果，我们能够摆脱无，我们甚至能够使异常明确化，这样程序的自然控制流就保持不变。
