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这么多年了，我终于决定要探一探这个 “escape” 到底是啥意思。看了一圈下来，这些概念虽然说不上是乱成一锅粥，但的确够喝一壶的了。

Escape / Escape Character

我们先看下 escape 的意思。根据 两仪识：为啥叫 escape character 呢？这里的 escape 如何理解比较好？:

你看键盘上的 Esc 键也是 Escape

这个键是 1960 年 IBM 码农 Bob Bemer 设计出来的，目的是在不同机器码之间切换
后来逐渐变成了跳出当前环境（比如录入数据）开始输入控制命令的开关
所以这些控制命令被称为 escape sequence

再后来控制命令越来越多，不一定是 Esc 键开始了，用 \ 之类的
于是用来表示 escape sequence 开始的那个字符就叫做 escape character
而现在使用的转义字符也都是从当年特定的控制操作来的，所以名称一直沿用

用 vim 举例子最好不过。参照 Vim Editor Modes Explained:

  • 启动 vim 默认是 normal mode
    • 此时按 h, j, k, l 可以移动 cursor，另有其他的一些定位的功能
  • 在 normal mode 下按 i 进入 insert mode
    • 此外按 a 是 append mode
  • 在 insert mode 下按 Esc 退出 insert mode，返回 normal mode
  • 在 normal mode 下按 : 进入 command mode

那这里 “按 Esc” 就是 escape from the current mode 的意思。

因为 vim 只接收字符，我们可以把 vim 想象成一个 tokenizer，比如 vim 可能接收一串 iHello,world!<Esc>:wq，它能很清楚地解析出中间那串 Hello,world!:

normal mode insert mode normal mode command mode
i Hello, world! <Esc> :wq

这个过程和 python string 的 tokenize 的过程是类似的。严谨一点，我们上 python string literal 的 lexical definitions:

stringliteral   ::=  [stringprefix](shortstring | longstring)
stringprefix    ::=  "r" | "u" | "R" | "U" | "f" | "F"
                     | "fr" | "Fr" | "fR" | "FR" | "rf" | "rF" | "Rf" | "RF"
shortstring     ::=  "'" shortstringitem* "'" | '"' shortstringitem* '"'
longstring      ::=  "'''" longstringitem* "'''" | '"""' longstringitem* '"""'
shortstringitem ::=  shortstringchar | stringescapeseq
longstringitem  ::=  longstringchar | stringescapeseq
shortstringchar ::=  <any source character except "\" or newline or the quote>
longstringchar  ::=  <any source character except "\">
stringescapeseq ::=  "\" <any source character>
  • The source character set is defined by the encoding declaration; it is UTF-8 if no encoding declaration is given in the source file.

为了方便描述，我们简化一下局面：

stringliteral ::=  shortstring
shortstring   ::=  '"' shortstringitem* '"'
  • 即只考虑无前缀的 shortstring
  • 限定只能使用 "

然后我们加上 leftquote 和 rightquote 这两种 term：

leftquote     ::=  '"'
rightquote    ::=  '"'  # when leftquote is present
shortstring   ::=  leftquote shortstringitem* rightquote
stringliteral ::=  shortstring

这么一来 " 就有可能被识别成：

  • leftquote, or
  • rightquote, or
  • shortstringchar (因为 " 也隶属于 source character)

看个例子。假设有一个 string "Hi!"，解析起来就是：

leftquote shortstringchar* rightquote
" Hi! "

得到的是这么一个格式：

\[\begin{aligned} \operatorname{stringliteral} &= \operatorname{shortstring} \newline &= \operatorname{leftquote} + \operatorname{shortstringitem*} + \operatorname{rightquote} \newline &= \operatorname{leftquote} + \operatorname{shortstringchar*} + \operatorname{rightquote} \end{aligned}\]

那如果我们需要在 stirng 内部显示一个 quote，就要避免它被识别成 leftquote 或者 rightquote，换言之，我们要 make this quote escape from leftquote or rightquote term。

我们可以通过在 string 内部给这个 quote 加上 escape character 来实现这个目的。比如 "Say \"Hi\"":

leftquote shortstringchar* stringescapeseq shortstringchar* stringescapeseq rightquote
" Say \" Hi! \" "

得到的是这么一个格式：

\[\begin{aligned} \operatorname{stringliteral} &= \operatorname{shortstring} \newline &= \operatorname{leftquote} + \operatorname{shortstringitem*} + \operatorname{rightquote} \newline &= \operatorname{leftquote} + \operatorname{shortstringchar*} + \operatorname{stringescapeseq} + \operatorname{shortstringchar*} + \operatorname{stringescapeseq} +\operatorname{rightquote} \end{aligned}\]

同理，如果我们定义：

escapecharacter ::= '\'

那么 \\ 就是 make \ escape from escapecharacter term.

还有一类 escape sequence 是要 esacape from shortstringchar term，比如 \n, \r, \t.

这些行为联合起来，escape character \ 的作用会被统一解释成：invokes an alternative interpretation on the following characters，但从 compiler 的角度来看，应该解释成：make the following character escape from being recognized as certain term:

  • \', \": escape from being recognized as starting/ending quotes of strings
  • \\: escape from being recognized as the escape character (有点绕 :joy:)
  • \n, \r, \t: escape from being recognized as source characters

最后说下 “escape the character $c$” 这种句式。老实说，我觉得这句话语法上是讲不通的，因为 escape 这个词没有这种用法。我只能理解成老外把它引申成了：

  • to put an escape character before $c$
  • thus making $c$ escape from being recognized as…

Control Character

Control character 是一个相关的概念。根据 Wikipedia: Control character:

In computing and telecommunication, a control character or non-printing character (NPC) is a code point (a number) in a character set, that does not represent a written symbol. They are used as in-band signaling to cause effects other than the addition of a symbol to the text. All other characters are mainly printing, printable, or graphic characters, except perhaps for the “space” character (see ASCII printable characters).

那我最熟悉的就是 C 里的 \0 了。注意这里 \0 本质是一个 octal escape sequence，表示八进制的 0。

Wikipedia: Escape character 又说：

Generally, an escape character is not a particular case of (device) control characters, nor vice versa.
…
In many programming languages, an escape character also forms some escape sequences which are referred to as control characters. For example, line break has an escape sequence of \n.

总结一下：

  • escape character 和 control character 最大的区别是：前者是 printable，后者是 non-printable
  • 但是 escape sequence 可以是 non-printable 的，比如 \n
  • 某些 escape sequence 可以看做是一个 control character，比如 \n

Raw Strings in Python

python 的 interpreter 有足够聪明，如果它遇到一个 stringescapeseq，它会判断说这个到底是不是一个合法的 escape sequence，如果不是的话，它会自动 escape \，比如下面的 \c：

>>> "\a"
'\x07'
>>> "\b"
'\x08'
>>> "\c"
'\\c'
  • 是不是很惊喜 \a 和 \b 都是 escape sequence？
    • 假如有个 Windows 的 path C:\Program Files\apps，你得写成 "C:\Program Files\\apps" (已知 \P 不是 escape sequence)
    • 或者秉持 defensive programming 的原则，我们应该写成 "C:\\Program Files\\apps"
  • 至于哪些 stringescapeseq 是 escape sequence，这是 programming language 自己决定的，你也可以认为是 compiler/interpreter-specific 的

用 raw string 的好处就是：它天生 escape 了 \。raw string 的 prefix 是 r，所以 r 后面接的 shortstring|longstring 有一种 “所见即所想” 的效果，比如：

>>> r"\a"
'\\a'
>>> r"\b"
'\\b'
>>> r"\c"
'\\c'
>>> r"C:\Program Files\apps"
'C:\\Program Files\\apps'

主要还是用起来方便，免得你自己动手去 escape.

题外话：Bytes Literals in Python

bytesliteral   ::=  bytesprefix(shortbytes | longbytes)
bytesprefix    ::=  "b" | "B" | "br" | "Br" | "bR" | "BR" | "rb" | "rB" | "Rb" | "RB"
shortbytes     ::=  "'" shortbytesitem* "'" | '"' shortbytesitem* '"'
longbytes      ::=  "'''" longbytesitem* "'''" | '"""' longbytesitem* '"""'
shortbytesitem ::=  shortbyteschar | bytesescapeseq
longbytesitem  ::=  longbyteschar | bytesescapeseq
shortbyteschar ::=  <any ASCII character except "\" or newline or the quote>
longbyteschar  ::=  <any ASCII character except "\">
bytesescapeseq ::=  "\" <any ASCII character>
  • bytesliteral 的构成和 stringliteral 类似，但是一定要有 1 个 bytesprefix

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