Python 比较运算符展开的隐藏坑

Python 比较运算符有个很有简便的用法，即：1 < x < 10，表示判断 x 是否满足在 (1, 10)之间，通常被人称为 链式比较。最近发现了一个隐藏的坑点，相当有意思。

注意：在本文开始之前需要说明的是，以下内容均在 3.x 测试，2.x 不一定适用。

一个例子 🌰

问，按照你以前对 Python 的了解，以下语句中，哪些是 True，哪些是 False？（答案放在本文最下面，放心大胆往下看）

1 in (1, 2) == True
None is None in (True, False)
None is False in (True, False, None)
None is True in (True, False, None)

比较运算符的展开

文章一开始提到，1 < x < 10，表示判断 x 是否满足在 (1, 10)之间。那么 Python 到底是怎么处理这个展开的呢？我们可以用 dis 一探究竟：

In [1]: from dis import dis

In [2]: x = 5

In [3]: dis('1 < x < 10')
  1           0 LOAD_CONST               0 (1)
              2 LOAD_NAME                0 (x)
              4 DUP_TOP
              6 ROT_THREE
              8 COMPARE_OP               0 (<)
             10 JUMP_IF_FALSE_OR_POP    18
             12 LOAD_CONST               1 (10)
             14 COMPARE_OP               0 (<)
             16 RETURN_VALUE
        >>   18 ROT_TWO
             20 POP_TOP
             22 RETURN_VALUE

Python 代码首先会被“编译“为字节码，然后再由 Python 虚拟机来执行字节码（Python 的字节码是一种类似汇编指令的中间语言，一个 Python 语句会对应若干字节码指令）。dis 这个内置模块是 Python 字节码“反汇编器“，可以帮助我们理解 Python 的代码是怎么执行的。

那么怎么看这个指令呢？比如上面这段结果，以第一行为例：

第一列的数字1：表示其对应的源代码的行数
第二列的0：表示字节码的索引，指令LOAD_CONST在0位置
第三列：可读性较高的指令名称，告诉我们这个指令是啥意思
第四列：表示指令参数所在的位置，我的理解是在堆栈里的位置。
第五列：是参数值。
上面的结果中，还有个 >>：表示跳转的目标，会配合类似 JUMP 的指令使用。比如 index 为 10 的指令，JUMP_IF_FALSE_OR_POP，后面跟着参数是 18，表明了跳转到索引为 18 的指令，即 ROT_TWO

若有疑问或者想查阅所有的指令，可以查看官方文档：传送门🚪

那么现在终于可以一探究竟了：

0 LOAD_CONST：将 1 压入栈顶。此时堆栈为：顶[ 1 ]底
2 LOAD_NAME：将 x 压入栈顶。此时堆栈为：顶[ x, 1 ]底
4 DUP_TOP：复制堆栈顶部的引用。此时堆栈为：顶[ x, x, 1 ]底
6 ROT_THREE：将第二个和第三个堆栈项向上提升一个位置，原来的顶项移动到位置三。此时堆栈为：顶[ x, 1, x ]底
8 COMPARE_OP：执行布尔运算操作，这里就是 <，执行完之后会把结果压回堆栈，而 1 < x即1<5为True。此时堆栈为：顶[ True, x ]底
10 JUMP_IF_FALSE_OR_POP：如果堆栈顶部为 False 就跳，否则就把堆栈顶部弹出，这里明显是要弹出。此时堆栈为：顶[ x ]底。
12 LOAD_CONST：压入 10。此时堆栈为：顶[ 10, x ]底。
14 COMPARE_OP：执行比较 x < 10。此时堆栈为：顶[ True ]底。
16 RETURN_VALUE：返回 True，结束

可以看出，形如 1 < x < 10 的语句，Python 会利用 DUP_TOP 和 ROT_THREE 展开为 1 < x and x < 10。为什么是 and 呢？从上面的 JUMP_IF_FALSE_OR_POP 可以看出，这是短路运算，如果前面的是 False 就直接返回 False 了，所以是 and 不是 or。

我们也可以看一下 1 < x and x < 10 的字节码来验证我们的想法：

In [1]: dis('1 < x and x < 10')
  1           0 LOAD_CONST               0 (1)
              2 LOAD_NAME                0 (x)
              4 COMPARE_OP               0 (<)
              6 JUMP_IF_FALSE_OR_POP    14
              8 LOAD_NAME                0 (x)
             10 LOAD_CONST               1 (10)
             12 COMPARE_OP               0 (<)
        >>   14 RETURN_VALUE

是不是很像？

坑点在哪里

在查找 COMPARE_OP的时候，官方文档有一句话：

cmp_op[opname] 在哪呢？

In [1]: import dis

In [2]: dis.cmp_op
Out[2]:
('<',
 '<=',
 '==',
 '!=',
 '>',
 '>=',
 'in',
 'not in',
 'is',
 'is not',
 'exception match',
 'BAD')

可以看到，我们常用的链式比较符都在里面，但是还有一些稍微有点特殊的：
(not) in、is (not)

这也就引出了前面那几个语句执行方式，实际上也是会被展开的，以 1 in (1, 2) == True 为例：

In [94]: dis('1 in (1, 2) == True')
  1           0 LOAD_CONST               0 (1)
              2 LOAD_CONST               1 ((1, 2))
              4 DUP_TOP
              6 ROT_THREE
              8 COMPARE_OP               6 (in)
             10 JUMP_IF_FALSE_OR_POP    18
             12 LOAD_CONST               2 (True)
             14 COMPARE_OP               2 (==)
             16 RETURN_VALUE
        >>   18 ROT_TWO
             20 POP_TOP
             22 RETURN_VALUE