Python 函数的参数解析
定义函数的时候,我们把参数的名字和位置确定下来,函数的接口定义就完成了。对于函数的调用者来说,只需要知道如何传递正确的参数,以及函数将返回什么样的值就够了,函数内部的复杂逻辑被封装起来,调用者无需了解。
Python的函数定义非常简单,但灵活度却非常大。除了正常定义的必选参数外,还可以使用默认参数、可变参数和关键字参数,使得函数定义出来的接口,不但能处理复杂的参数,还可以简化调用者的代码。
位置参数
我们先写一个计算x^2的函数:
def power(x): return x * x
对于power(x)函数,参数x就是一个位置参数。
当我们调用power函数时,必须传入有且仅有的一个参数x
>>> power(5) 25 >>> power(15) 225
现在,如果我们要计算x^3怎么办?可以再定义一个power3函数,但是如果要计算x^4、x^5……怎么办?我们不可能定义无限多个函数。
你也许想到了,可以把power(x)修改为power(x, n),用来计算x^n,说干就干:
def power(x, n): s = 1 while n > 0: n = n - 1 s = s * x return s
对于这个修改后的power(x, n)函数,可以计算任意n次方:
>>> power(5, 2) 25 >>> power(5, 3) 125
修改后的power(x, n)函数有两个参数:x和n,这两个参数都是位置参数,调用函数时,传入的两个值按照位置顺序依次赋给参数x和n。
默认参数
新的power(x, n)函数定义没有问题,但是,旧的调用代码失败了,原因是我们增加了一个参数,导致旧的代码因为缺少一个参数而无法正常调用:
>>> power(5) Traceback (most recent call last): File "", line 1, in TypeError: power() missing 1 required positional argument: 'n'
Python的错误信息很明确:调用函数power()缺少了一个位置参数n。
这个时候,默认参数就排上用场了。由于我们经常计算x^2,所以,完全可以把第二个参数n的默认值设定为2:
def power(x, n=2): s = 1 while n > 0: n = n - 1 s = s * x return s
这样,当我们调用power(5)时,相当于调用power(5, 2):
>>> power(5) 25 >>> power(5, 2) 25
而对于n > 2的其他情况,就必须明确地传入n,比如power(5, 3)。
从上面的例子可以看出,默认参数可以简化函数的调用。设置默认参数时,有几点要注意:
一是必选参数在前,默认参数在后,否则Python的解释器会报错(思考一下为什么默认参数不能放在必选参数前面) 二是如何设置默认参数。当函数有多个参数时,把变化大的参数放前面,变化小的参数放后面。变化小的参数就可以作为默认参数。
使用默认参数有什么好处?最大的好处是能降低调用函数的难度。
举个例子,我们写个一年级小学生注册的函数,需要传入name和gender两个参数:
def enroll(name, gender): print('name:', name) print('gender:', gender)
这样,调用enroll()函数只需要传入两个参数:
>>> enroll('Sarah', 'F') name: Sarah gender: F
如果要继续传入年龄、城市等信息怎么办?这样会使得调用函数的复杂度大大增加。
我们可以把年龄和城市设为默认参数:
def enroll(name, gender, age=6, city='Beijing'): print('name:', name) print('gender:', gender) print('age:', age) print('city:', city)
这样,大多数学生注册时不需要提供年龄和城市,只提供必须的两个参数:
>>> enroll('Sarah', 'F') name: Sarah gender: F age: 6 city: Beijing
只有与默认参数不符的学生才需要提供额外的信息:
enroll('Bob', 'M', 7) enroll('Adam', 'M', city='Tianjin')
可见,默认参数降低了函数调用的难度,而一旦需要更复杂的调用时,又可以传递更多的参数来实现。无论是简单调用还是复杂调用,函数只需要定义一个。
有多个默认参数时,调用的时候,既可以按顺序提供默认参数,比如调用enroll('Bob', 'M', 7),意思是,除了name,gender这两个参数外,最后1个参数应用在参数age上,city参数由于没有提供,仍然使用默认值。
也可以不按顺序提供部分默认参数。当不按顺序提供部分默认参数时,需要把参数名写上。比如调用enroll('Adam', 'M', city='Tianjin'),意思是,city参数用传进去的值,其他默认参数继续使用默认值。
默认参数很有用,但使用不当,也会掉坑里。默认参数有个最大的坑,演示如下:
先定义一个函数,传入一个list,添加一个END再返回:
def add_end(L=[]): L.append('END') return L
当你正常调用时,结果似乎不错:
>>> add_end([1, 2, 3]) [1, 2, 3, 'END'] >>> add_end(['x', 'y', 'z']) ['x', 'y', 'z', 'END']
当你使用默认参数调用时,一开始结果也是对的:
>>> add_end() ['END']
但是,再次调用add_end()时,结果就不对了:
>>> add_end() ['END', 'END'] >>> add_end() ['END', 'END', 'END']
很多初学者很疑惑,默认参数是[],但是函数似乎每次都“记住了”上次添加了'END'后的list。
原因解释如下:
Python函数在定义的时候,默认参数L的值就被计算出来了,即[],因为默认参数L也是一个变量,它指向对象[],每次调用该函数,如果改变了L的内容,则下次调用时,默认参数的内容就变了,不再是函数定义时的[]了。
定义默认参数要牢记一点:默认参数必须指向不变对象!
要修改上面的例子,我们可以用None这个不变对象来实现:
def add_end(L=None): if L is None: L = [] L.append('END') return L
现在,无论调用多少次,都不会有问题:
>>> add_end() ['END'] >>> add_end() ['END']
为什么要设计str、None这样的不变对象呢?因为不变对象一旦创建,对象内部的数据就不能修改,这样就减少了由于修改数据导致的错误。此外,由于对象不变,多任务环境下同时读取对象不需要加锁,同时读一点问题都没有。我们在编写程序时,如果可以设计一个不变对象,那就尽量设计成不变对象。
可变参数
在Python函数中,还可以定义可变参数。顾名思义,可变参数就是传入的参数个数是可变的,可以是1个、2个到任意个,还可以是0个。
我们以数学题为例子,给定一组数字a,b,c……,请计算a^2 + b^2 + c^2 + ……。
要定义出这个函数,我们必须确定输入的参数。由于参数个数不确定,我们首先想到可以把a,b,c……作为一个list或tuple传进来,这样,函数可以定义如下:
def calc(numbers): sum = 0 for n in numbers: sum = sum + n * n return sum
但是调用的时候,需要先组装出一个list或tuple:
>>> calc([1, 2, 3]) 14 >>> calc((1, 3, 5, 7)) 84
如果利用可变参数,调用函数的方式可以简化成这样:
>>> calc(1, 2, 3) 14 >>> calc(1, 3, 5, 7) 84
所以,我们把函数的参数改为可变参数:
def calc(*numbers): sum = 0 for n in numbers: sum = sum + n * n return sum
定义可变参数和定义一个list或tuple参数相比,仅仅在参数前面加了一个*号。在函数内部,参数numbers接收到的是一个tuple,因此,函数代码完全不变。但是,调用该函数时,可以传入任意个参数,包括0个参数:
>>> calc(1, 2) 5 >>> calc() 0
如果已经有一个list或者tuple,要调用一个可变参数怎么办?可以这样做:
>>> nums = [1, 2, 3] >>> calc(nums[0], nums[1], nums[2]) 14
这种写法当然是可行的,问题是太繁琐,所以Python允许你在list或tuple前面加一个*号,把list或tuple的元素变成可变参数传进去:
>>> nums = [1, 2, 3] >>> calc(*nums) 14
*nums表示把nums这个list的所有元素作为可变参数传进去。这种写法相当有用,而且很常见。
关键字参数
可变参数允许你传入0个或任意个参数,这些可变参数在函数调用时自动组装为一个tuple。而关键字参数允许你传入0个或任意个含参数名的参数,这些关键字参数在函数内部自动组装为一个dict。请看示例:
def person(name, age, **kw): print('name:', name, 'age:', age, 'other:', kw)
函数person除了必选参数name和age外,还接受关键字参数kw。在调用该函数时,可以只传入必选参数。
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