Python面试题目
题目001: 在Python中如何实现单例模式。
单例模式是指让一个类只能创建出唯一的实例，这个题目在面试中出现的频率极高
方式一:
from functools import wraps
def singleton(cls):
"""
单例类装饰器
"""
@wraps(cls)
def wrapper(*args, **kwargs):
if cls not in instances:
instances[cls] = cls(*args, **kwargs)
return instances[cls]
return wrapper
@singleton
class President:
pass
装饰器是Python中非常有特色的语法，用一个函数去装饰另一个函数或类，为其添加额外的能力。通常通过装饰来实现的功能都属横切关注功能，也就是跟正常的业务逻辑没有必然联系，可以动态添加或移除的功能。装饰器可以为代码提供缓存、代理、上下文环境等服务，它是对设计模式中代理模式的践行。
方法二: 使用元类实现单例模式
class SingletonMeta(type):
"""自定义单例元类"""
def __init__(cls, *args, **kwargs):
cls.__instance = None
super().__init__(*args, **kwargs)
def __call__(cls, *args, **kwargs):
if cls.__instance is None:
cls.__instance = super().__call__(*args, **kwargs)
return cls.__instance
class President(metaclass=SingletonMeta):
pass
Python是面向对象的编程语言，在面向对象的世界中，一切皆为对象。对象是通过类来创建的，而类本身也是对象，类这样的对象是通过元类来创建的。
关于单例模式，在面试中还有可能被问到它的应用场景。
通常一个对象的状态是被其他对象共享的，就可以将其设计为单例，例如项目中使用的数据库连接池对象和配置对象通常都是单例，
这样才能保证所有地方获取到的数据库连接和配置信息是完全一致的；
而且由于对象只有唯一的实例，因此从根本上避免了重复创建对象造
成的时间和空间上的开销，也避免了对资源的多重占用。
题目002：不使用中间变量，交换两个变量a和b的值。
在其他编程语言中可以使用异或运算的方式来实现交换两个变量的值，但是Python中有更为简单明了的做法。
方法一:
a = a ^ b
b = a ^ b
a = a ^ b
方法二:
a, b = b, a
Python字节码指令中有ROT_TWO指令来支持这个操作，类似的还有ROT_THREE，对于3个以上的元素，如a, b, c, d = b, c, d, a，才会用到创建元组和元组解包。想知道你的代码对应的字节码指令，可以使用Python标准库中dis模块的dis函数来反汇编你的Python代码。
题目003：写一个删除列表中重复元素的函数，要求去重后元素相对位置保持不变。
def dedup(items):
no_dup_items = []
seen = set()
for item in items:
if item not in seen:
no_dup_items.append(item)
seen.add(item)
return no_dup_items
如果愿意也可以把上面的函数改造成一个生成器，代码如下所示。
def dedup(items):
seen = set()
for item in items:
if item not in seen:
yield item
seen.add(item)
由于Python中的集合底层使用哈希存储，
所以集合的in和not in成员运算在性能上远远优于列表，
所以上面的代码我们使用了集合来保存已经出现过的元素。
集合中的元素必须是hashable对象，因此上面的代码在列表元素不是hashable对象时会失效，要解决这个问题可以给函数增加一个参数，该参数可以设计为返回哈希码或hashable对象的函数。
假设你使用的是官方的CPython，说出下面代码的运行结果。
a, b, c, d = 1, 1, 1000, 1000
print(a is b, c is d)
def foo():
e = 1000
f = 1000
print(e is f, e is d)
g = 1
print(g is a)
foo()
运行结果：
True False
True False
True
上面代码中a is b的结果是True但c is d的结果是False，这一点的确让人费解。CPython解释器出于性能优化的考虑，把频繁使用的整数对象用一个叫small_ints的对象池缓存起来造成的。small_ints缓存的整数值被设定为[-5, 256]这个区间，也就是说，在任何引用这些整数的地方，都不需要重新创建int对象，而是直接引用缓存池中的对象。如果整数不在该范围内，那么即便两个整数的值相同，它们也是不同的对象。
CPython底层为了进一步提升性能还做了另一个设定，对于同一个代码块中值不在small_ints缓存范围内的整数，如果同一个代码块中已经存在一个值与其相同的整数对象，那么就直接引用该对象，否则创建新的int对象。
题目005：Lambda函数是什么，举例说明的它的应用场景。
因为Lambda函数通常用在高阶函数中，主要的作用是通过向函数传入函数或让函数返回函数最终实现代码的解耦合。
Lambda函数其实最为主要的用途是把一个函数传入另一个高阶函数（如Python内置的filter、map等）中来为函数做解耦合，增强函数的灵活性和通用性。
题目006：说说Python中的浅拷贝和深拷贝。
浅拷贝通常只复制对象本身，
而深拷贝不仅会复制对象，还会递归的复制对象所关联的对象。
Python是如何实现内存管理的？
Python提供了自动化的内存管理，也就是说内存空间的分配与释放都是由Python解释器在运行时自动进行的，自动管理内存功能极大的减轻程序员的工作负担，也能够帮助程序员在一定程度上解决内存泄露的问题。以CPython解释器为例，它的内存管理有三个关键点：引用计数、标记清理、分代收集。
Python标准库os模块的walk函数提供了遍历一个文件夹的功能，它返回一个生成器。
引用计数：对于CPython解释器来说，Python中的每一个对象其实就是PyObject结构体，它的内部有一个名为ob_refcnt 的引用计数器成员变量。程序在运行的过程中ob_refcnt的值会被更新并藉此来反映引用有多少个变量引用到该对象。当对象的引用计数值为0时，它的内存就会被释放掉。
标记清理：CPython使用了“标记-清理”（Mark and Sweep）算法解决容器类型可能产生的循环引用问题。该算法在垃圾回收时分为两个阶段：标记阶段，遍历所有的对象，如果对象是可达的（被其他对象引用），那么就标记该对象为可达；清除阶段，再次遍历对象，如果发现某个对象没有标记为可达，则就将其回收。CPython底层维护了两个双端链表，一个链表存放着需要被扫描的容器对象（姑且称之为链表A），另一个链表存放着临时不可达对象（姑且称之为链表B）。为了实现“标记-清理”算法，链表中的每个节点除了有记录当前引用计数的ref_count变量
外，还有一个gc_ref变量，这个gc_ref是ref_count的一个副本，所以初始值为ref_count的大小。执行垃圾回收时，首先遍历链表A中的节点，并且将当前对象所引用的所有对象的gc_ref减1，这一步主要作用是解除循环引用对引用计数的影响。再次遍历链表A中的节点，如果节点的gc_ref值为0，那么这个对象就被标记为“暂时不可达”（GC_TENTATIVELY_UNREACHABLE）并被移动到链表B中；如果节点的gc_ref不为0，那么这个对象就会被标记为“可达“（GC_REACHABLE），对于”可达“对象，还要递归的将该节点可以到达的节点标记为”可达“；链表B中被标记为”可达“的节点要重新放回到链表A中。在两次遍历之后，链表B中的节点就是需要释放内存的节点。
**分代回收：**在循环引用对象的回收中，整个应用程序会被暂停，为了减少应用程序暂停的时间，Python 通过分代回收（空间换时间）的方法提高垃圾回收效率。分代回收的基本思想是：对象存在的时间越长，是垃圾的可能性就越小，应该尽量不对这样的对象进行垃圾回收。CPython将对象分为三种世代分别记为0、1、2，每一个新生对象都在第0代中，如果该对象在一轮垃圾回收扫描中存活下来，那么它将被移到第1代中，存在于第1代的对象将较少的被垃圾回收扫描到；如果在对第1代进行垃圾回收扫描时，这个对象又存活下来，那么它将被移至第2代中，在那里它被垃圾回收扫描的次数将会更少。分代回收扫描的门限值可以通过gc模块的get_threshold函数来获得，该函数返回一个三元组，分别表示多少次内存分配操作后会执行0代垃圾回收，多少次0代垃圾回收后会执行1代垃圾回收，多少次1代垃圾回收后会执行2代垃圾回收。需要说明的是，如果执行一次2代垃圾回收，那么比它年轻的代都要执行垃圾回收。如果想修改这几个门限值，可以通过gc模块的set_threshold函数来做到。
题目008：说一下你对Python中迭代器和生成器的理解。
迭代器是实现了迭代器协议的对象。跟其他编程语言不通，Python中没有用于定义协议或表示约定的关键字，像interface、protocol这些单词并不在Python语言的关键字列表中。Python语言通过魔法方法来表示约定，也就是我们所说的协议，而__next__和__iter__这两个魔法方法就代表了迭代器协议。可以通过for-in循环从迭代器对象中取出值，也可以使用next函数取出迭代器对象中的下一个值。生成器是迭代器的语法升级版本，可以用更为简单的代码来实现一个迭代器。
题目009：正则表达式的match方法和search方法有什么区别？
match方法是从字符串的起始位置进行正则表达式匹配，返回Match对象或None。
search方法会扫描整个字符串来找寻匹配的模式，同样也是返回Match对象或None。
题目010：Python中为什么没有函数重载？
首先Python是解释型语言，函数重载现象通常出现在编译型语言中。其次Python是动态类型语言，函数的参数没有类型约束，也就无法根据参数类型来区分重载。再者Python中函数的参数可以有默认值，可以使用可变参数和关键字参数，因此即便没有函数重载，也要可以让一个函数根据调用者传入的参数产生不同的行为。
题目011：用Python代码实现Python内置函数max。
def my_max(*args, key=None, default=None):
"""
获取可迭代对象中最大的元素或两个及以上实参中最大的元素
:param args: 一个可迭代对象或多个元素
:param key: 提取用于元素比较的特征值的函数，默认为None
:param default: 如果可迭代对象为空则返回该默认值，如果没有给默认值则引发ValueError异常
:return: 返回可迭代对象或多个元素中的最大元素
"""
if len(args) == 1 and len(args[0]) == 0:
if default:
return default
else:
raise ValueError('max() arg is an empty sequence')
items = args[0] if len(args) == 1 else args
max_elem, max_value = items[0], items[0]
if key:
max_value = key(max_value)
for item in items:
value = item
if key:
value = key(item)
if value > max_value:
max_elem, max_value = item, value
return max_elem
题目012 使用Python代码实现遍历一个文件夹的操作。
Python标准库os模块的walk函数提供了遍历一个文件夹的功能，它返回一个生成器。
import os
g = os.walk('/Users/Hao/Downloads/')
for path, dir_list, file_list in g:
for dir_name in dir_list:
print(os.path.join(path, dir_name))
for file_name in file_list:
print(os.path.join(path, file_name))
os.path模块提供了很多进行路径操作的工具函数，在项目开发中也是经常会用到的。如果题目明确要求不能使用os.walk函数，那么可以使用os.listdir函数来获取指定目录下的文件和文件夹，然后再通过循环遍历用os.isdir函数判断哪些是文件夹，对于文件夹可以通过递归调用进行遍历，这样也可以实现遍历一个文件夹的操作。
题目013：__init__和__new__方法有什么区别？
Python中调用构造器创建对象属于两阶段构造过程，首先执行__new__方法获得保存对象所需的内存空间，再通过__init__执行对内存空间数据的填充（对象属性的初始化）。
__new__方法的返回值是创建好的Python对象（的引用），而__init__方法的第一个参数就是这个对象（的引用），所以在__init__中可以完成对对象的初始化操作。__new__是类方法，它的第一个参数是类，__init__是对象方法，它的第一个参数是对象。
题目014:平常工作中用什么工具进行静态代码分析。
工作中静态代码分析主要用到的是Pylint和Flake8。Pylint可以检查出代码错误、坏味道、不规范的代码等问题，较新的版本中还提供了代码复杂度统计数据，可以生成检查报告。Flake8封装了Pyflakes（检查代码逻辑错误）、McCabe（检查代码复杂性）和Pycodestyle（检查代码是否符合PEP-8规范）工具，它可以执行这三个工具提供的检查。
题目015：函数参数*arg和**kwargs分别代表什么？
Python中，函数的参数分为位置参数、可变参数、关键字参数、命名关键字参数。args代表可变参数，可以接收0个或任意多个参数，当不确定调用者会传入多少个位置参数时，就可以使用可变参数，它会将传入的参数打包成一个元组。**kwargs代表关键字参数，可以接收用参数名=参数值的方式传入的参数，传入的参数的会打包成一个字典。定义函数时如果同时使用args和**kwargs，那么函数可以接收任意参数。
题目016: 什么是鸭子类型（duck typing）？
鸭子类型是动态类型语言判断一个对象是不是某种类型时使用的方法，也叫做鸭子判定法。简单的说，鸭子类型是指判断一只鸟是不是鸭子，我们只关心它游泳像不像鸭子、叫起来像不像鸭子、走路像不像鸭子就足够了。换言之，如果对象的行为跟我们的预期是一致的（能够接受某些消息），我们就认定它是某种类型的对象。
在Python语言中，有很多bytes-like对象（如：bytes、bytearray、array.array、memoryview）、file-like对象（如：StringIO、BytesIO、GzipFile、socket）、path-like对象（如：str、bytes），其中file-like对象都能支持read和write操作，可以像文件一样读写，这就是所谓的对象有鸭子的行为就可以判定为鸭子的判定方法。再比如Python中列表的extend方法，它需要的参数并不一定要是列表，只要是可迭代对象就没有问题。
题目017：说一下Python中变量的作用域。
Python中有四种作用域，分别是局部作用域（Local）、嵌套作用域（Embedded）、全局作用域（Global）、内置作用域（Built-in），搜索一个标识符时，会按照LEGB的顺序进行搜索，如果所有的作用域中都没有找到这个标识符，就会引发NameError异常。
题目018：说一下你对闭包的理解。
闭包是支持一等函数的编程语言（Python、JavaScript等）中实现词法绑定的一种技术。当捕捉闭包的时候，它的自由变量（在函数外部定义但在函数内部使用的变量）会在捕捉时被确定，这样即便脱离了捕捉时的上下文，它也能照常运行。简单的说，可以将闭包理解为能够读取其他函数内部变量的函数。正在情况下，函数的局部变量在函数调用结束之后就结束了生命周期，但是闭包使得局部变量的生命周期得到了延展。使用闭包的时候需要注意，闭包会使得函数中创建的对象不会被垃圾回收，可能会导致很大的内存开销，所以闭包一定不能滥用。
题目019：说一下Python中的多线程和多进程的应用场景和优缺点
线程是操作系统分配CPU的基本单位，进程是操作系统分配内存的基本单位。通常我们运行的程序会包含一个或多个进程，而每个进程中又包含一个或多个线程。多线程的优点在于多个线程可以共享进程的内存空间，所以进程间的通信非常容易实现；但是如果使用官方的CPython解释器，多线程受制于GIL（全局解释器锁），并不能利用CPU的多核特性，这是一个很大的问题。使用多进程可以充分利用CPU的多核特性，但是进程间通信相对比较麻烦，需要使用IPC机制（管道、套接字等）。
多线程适合那些会花费大量时间在I/O操作上，但没有太多并行计算需求且不需占用太多内存的I/O密集型应用。多进程适合执行计算密集型任务（如：视频编码解码、数据处理、科学计算等）、可以分解为多个并行子任务并能合并子任务执行结果的任务以及在内存使用方面没有任何限制且不强依赖于I/O操作的任务。
题目020: 如何剖析Python代码的执行性能？
剖析代码性能可以使用Python标准库中的cProfile和pstats模块，cProfile的run函数可以执行代码并收集统计信息，创建出Stats对象并打印简单的剖析报告。Stats是pstats模块中的类，它是一个统计对象。当然，也可以使用三方工具line_profiler和memory_profiler来剖析每一行代码耗费的时间和内存，这两个三方工具都会用非常友好的方式输出剖析结构。如果使用PyCharm，可以利用“Run”菜单的“Profile”菜单项对代码进行性能分析，PyCharm中可以用表格或者调用图（Call Graph）的方式来显示性能剖析的结果。
题目021 解释一下线程池的工作原理。
池化技术就是一种典型空间换时间的策略，我们使用的数据库连接池、线程池等都是池化技术的应用，Python标准库currrent.futures模块的ThreadPoolExecutor就是线程池的实现，如果要弄清楚它的工作原理，可以参考下面的内容。
线程池是一种用于减少线程本身创建和销毁造成的开销的技术，属于典型的空间换时间操作。如果应用程序需要频繁的将任务派发到线程中执行，线程池就是必选项，因为创建和释放线程涉及到大量的系统底层操作，开销较大，如果能够在应用程序工作期间，将创建和释放线程的操作变成预创建和借还操作，将大大减少底层开销。线程池在应用程序启动后，立即创建一定数量的线程，放入空闲队列中。这些线程最开始都处于阻塞状态，不会消耗CPU资源，但会占用少量的内存空间。当任务到来后，从队列中取出一个空闲线程，把任务派发到这个线程中运行，并将该线程标记为已占用。当线程池中所有的线程都被占用后，可以选择自动创建一定数量的新线程，用于处理更多的任务，也可以选择让任务排队等待直到有空闲的线程可用。在任务执行完毕后，线程并不退出结束，而是继续保持在池中等待下一次的任务。当系统比较空闲时，大部分线程长时间处于闲置状态时，线程池可以自动销毁一部分线程，回收系统资源。基于这种预创建技术，线程池将线程创建和销毁本身所带来的开销分摊到了各个具体的任务上，执行次数越多，每个任务所分担到的线程本身开销则越小。
题目022: 一般线程池都必须具备下面几个组成部分：
- 线程池管理器：用于创建并管理线程池。
- 工作线程和线程队列：线程池中实际执行的线程以及保存这些线程的容器。
- 任务接口：将线程执行的任务抽象出来，形成任务接口，确保线程池与具体的任务无关。
- 任务队列：线程池中保存等待被执行的任务的容器。
题目023: 如何读取大文件，例如内存只有4G，如何读取一个大小为8G的文件？
很显然4G内存要一次性的加载大小为8G的文件是不现实的，遇到这种情况必须要考虑多次读取和分批次处理。在Python中读取文件可以先通过open函数获取文件对象，在读取文件时，可以通过read方法的size参数指定读取的大小，也可以通过seek方法的offset参数指定读取的位置，这样就可以控制单次读取数据的字节数和总字节数。除此之外，可以使用内置函数iter将文件对象处理成迭代器对象，每次只读取少量的数据进行处理，代码大致写法如下所示。
题目024：说一下你对Python中模块和包的理解。
每个Python文件就是一个模块，而保存这些文件的文件夹就是一个包，但是这个作为Python包的文件夹必须要有一个名为__init__.py的文件，否则无法导入这个包。通常一个文件夹下还可以有子文件夹，这也就意味着一个包下还可以有子包，子包中的__init__.py并不是必须的。模块和包解决了Python中命名冲突的问题，不同的包下可以有同名的模块，不同的模块下可以有同名的变量、函数或类。在Python中可以使用import或from … import …来导入包和模块，在导入的时候还可以使用as关键字对包、模块、类、函数、变量等进行别名，从而彻底解决编程中尤其是多人协作团队开发时的命名冲突问题。
题目025: 说一下namedtuple的用法和作用。
Python标准库的collections模块提供了很多有用的数据结构，这些内容并不是每个开发者都清楚，就比如题目问到的namedtuple，在我参加过的面试中，90%的面试者都不能准确的说出它的作用和应用场景。此外，deque也是一个非常有用但又经常被忽视的类，还有Counter、OrderedDict 、defaultdict 、UserDict等类，大家清楚它们的用法吗？
在使用面向对象编程语言的时候，定义类是最常见的一件事情，有的时候，我们会用到只有属性没有方法的类，这种类的对象通常只用于组织数据，并不能接收消息，所以我们把这种类称为数据类或者退化的类，就像C语言中的结构体那样。我们并不建议使用这种退化的类，在Python中可以用namedtuple（命名元组）来替代这种类。
from collections import namedtuple
Card = namedtuple('Card', ('suite', 'face'))
card1 = Card('红桃', 13)
card2 = Card('草花', 5)
print(f'{card1.suite}{card1.face}')
print(f'{card2.suite}{card2.face}')
命名元组与普通元组一样是不可变容器，一旦将数据存储在namedtuple的顶层属性中，数据就不能再修改了，也就意味着对象上的所有属性都遵循“一次写入，多次读取”的原则。和普通元组不同的是，命名元组中的数据有访问名称，可以通过名称而不是索引来获取保存的数据，不仅在操作上更加简单，代码的可读性也会更好。
命名元组的本质就是一个类，所以它还可以作为父类创建子类。除此之外，命名元组内置了一系列的方法，例如，可以通过_asdict方法将命名元组处理成字典，也可以通过_replace方法创建命名元组对象的浅拷贝。
题目026: Python 函数调用的时候参数的传递的方式是值传递还是引用传递？
Python 的参数传递有: 位置参数，默认参数、可变参数、关键字参数。
函数的传值到底是值传递还是引用传递：分为一下两种情况:
不可变参数用值传递
像整数和字符串这样的不可变对象， 是通过拷贝进行传递的，因为你无论如何都不可能在原处改变
不可变对象
可变参数是引用传递的:
比如像列表， 字典这样的对象是通过引用传递和C语言中的用指针传递数组很相似，可变对象能在函数内部改变。
题目027: python的底层网络交互模块有那些
socket、 urllib、 urllib3、 requests、 grad、pycurl
题目028: 简述OSI 七层网络协议
应用层: HTTP FTP NFS
表示层: Telnet 、 SNMP
会话层: SMTP、DNS
传输层: TCP、DUP
网络层: IP、ICMP、ARP
数据链路层: Ethernet、PPP、PDN、SLIP、FDDI
物理层: IEEE 802.1A 、IEEE 802.11