Python基础手册22——函数的参数

二、函数的参数

在 Python 中,两种类型的参数:在函数定义时函数名后面的括号中定义的参数,我们称之为 形参;在函数调用时,函数名后面的括号中传递的参数,我们称之为 实参。

形参只有在被调用时才分配内存单元,在调用结束时,即刻释放所分配的内存单元。因此形参只在函数内部有效,形参的作用域只限于函数内,函数调用结束返回主调函数后则不能再使用该形参变量。

实参可以是变量名或对象,无论实参是何种类型,在进行函数调用时,他们都必须有确定的值,以便把这些值赋值给形参。

在这里我们明确形参和实参的概念,以便于我们下面对参数的定义和赋值进行更清晰、更深层次的理解。


1、参数的传递

在 Python 中,函数参数(argument,也叫作 parameter)的传递是通过自动将对象(实参)赋值给参数名(形参)来实现的,也就是将实参所指向的对象(或者其本身就是一个对象)的引用赋值给形参。

函数参数的赋值,在实际中只是 Python 赋值的另一个实例而已。因为引用是以指针的形式实现的,所有的参数实际上都是通过指针进行传递的。作为参数被传递的对象从来不会进行拷贝。

函数参数的赋值和创建并不会影响调用者程序中的变量名(而不是变量名所指向的对象)的作用域和使用。因为在函数运行时,在函数头部的参数名(形参)是一个新的、本地的变量名,这个变量名是在函数的本地作用域内的。

如果赋值给函数参数的是可变对象,那么改变参数的值会对调用者有影响。因为对象是简单的通过引用赋值给函数的参数,函数能够就地改变传入的可变对象,因此其结果会影响调用者。可变参数对于函数来说是可以做输入和输出的。

像整数和字符串这样的不可变对象是不可以原处修改的,因此如果函数修改了传入的不可变对象,实际的效果就是用新的对象重新赋值给了函数参数。


如何避免可变参数的修改

对可变参数原处修改的行为不是一个bug——它只是参数传递在Python中的工作方式。在Python中,默认通过引用(也就是指针)进行函数的参数传递,是因为这通常是我们想要的:这意味着不需要创建多个对象的拷贝(只用将对象指向新的变量名)就可以在我们的程序中传递很大的对象,并且能够按照需要方便的更新这些对象。

如果不想要函数内部在原处的修改影响传递给它的对象,那么,我们可以简单地创建一个明确的可变对象的拷贝。对于函数参数,我们总是能够在调用时针对列表进行拷贝。

如果不想改变传入的对象,无论函数是如何调用的,我们同样可以在函数内部进行拷贝。

这两种拷贝的机制都不会阻止函数改变对象:这样做仅仅是防止了这些改变会影响调用者。为了真正意义上防止这些改变,我们总是能够将可变对象转换为不可变对象来杜绝这种问题。

这种方法从某种意义上来说有些过于极端:因为这种方法强制函数写成绝不改变传入参数的样子,这种办法强制对函数比原本应该的进行了更多的限制,所以通常意义下应该避免出现。或许将来你会发现对于一些调用来说改变参数是有用的一件事情。使用这种技术会让函数失去一种参数能够调用任意列表特定方法的能力,包括不会在原处改变对象的那些方法都不再能够使用。

这里最需要记住的就是,函数能够升级为传入可变对象(例如,列表和字典)
的形式,这不会是一个问题,并且有时候这对于有些用途很有用处。此外,原处修改传入的可变对象的函数,可能是为此而设计并有意而为之——修改可能是一个定义良好的API的一部分,而我们不应该通过产生副本来违反改API。


2、函数定义时参数的类型

这里我们主要介绍的是 Python 的形参。

2.1 标准参数

就是我们最常用的参数,在函数定义时,直接以变量名的形式定义。在函数调用时,标准参数必须提供,否则会报错。


2.2 默认参数

函数能够为参数定义接收的默认值,在函数定义中, 默认参数以赋值语句 name=value 的形式提供。在函数调用时如果没有提供这个参数, 它就使用这个默认值。

python 中所有的标准参数必须出现在任何一个默认参数之前。如果一个参数具有默认值,所有随后的参数直到 “*” 号也必须具有默认值 —— 这个限制在语法中没有表达出来的。

在函数定义被执行时时,Python 会从左到右的计算默认参数值。这意味着当函数被定义,默认参数已经被创建并被赋值了,如果在以后的调用中没有为默认参数重新赋值(重新指向新的对象),那么它将一直使用函数定义时创建的值(对象)。理解这点对于默认参数是可变对象时特别重要,例如列表或字典:如果函数在调用时修改了该对象(例如,向列表添加一个元素),默认值将受影响被修改,这将会影响函数的下一次调用。这通常不是想要的。你可以将默认参数指定为不可变对象或者在函数中避免修改默认参数。

默认参数是在 def 语句运行时评估并保存的,而不是在这个函数调用时。从内部来讲,Python会将每一个默认参数保存成一个对象,附加在这个函数本身。

因为默认参数是在 def 时被评估的,如果必要的话,它能够从整个作用域(函数定义的作用域)中保存值,但是因为默认参数在调用之间都保存了一个对象,必须对修改可变的默认参数十分小心。

有些人把这种行为当做一种特性。因为可变类型的默认参数在函数调用之间保存了他们的状态,从某种意义上讲它们能够充当C语言中的静态本地函数变量的角色。在一定程度上,它们工作起来就像全局变量,但是它们的变量名对于函数来说是本地变量,而且不会与程序中的其他变量名发生冲突。

为什么使用默认参数

默认参数让程序的健壮性上升到极高的级别,因为它们补充了标准位置参数没有提供的一些灵活性。当少几个需要操心的参数时候,生活不再那么复杂。利用默认参数你可以为你的API 接口提供一个常用的默认配置,这在一个程序员刚接触到一个 API 接口并没有足够的知识来给参数提供更对口的值时显得尤为有帮助。

使用默认参数的概念与在你的电脑上安装软件的过程类似。一个人会有多少次选择默认安装而不是自定义安装?我可以说可能几乎都是默认安装。这既方便,易于操作,又能节省时间。如果你是那些总是选择自定义安装的顽固分子,请记着你只是少数人之一

另外一个让开发者受益的地方在于,使开发者更好地控制为顾客开发的软件。当提供了默认值的时候,他们可以精心选择“最佳“的默认值,所以用户不需要马上面对繁琐的选项。随着时间流逝,当用户对系统或者 api 越来越熟悉的时候,他们最终能自行给出参数值,便不再需要使用“学步车“了。


2.3 可变长参数(参数组)

在Python中可以通过定义参数组,从而让函数可以接收任意多额外没有匹配的基于位置或关键字的参数。基本上,你可以将所有参数放进参数组中,仅仅用这些装有参数的容器作为参数来调用一个函数,而不必显式地将所有的参数都放在函数调用中。

(1)非关键字参数(元组)

当函数被调用的时候,调用者传递的位置参数(实参)都将按照顺序赋给了在函数声明中相对应参数(形参)。剩下的非关键字参数按顺序插入到一个元组中以便于访问。可变长的参数元组必须在位置参数和默认参数之后。

在函数定义时,使用带 * 号的参数名(通常我们命名为 args)把收集到的不匹配的位置参数包含在一个元组中作为参数传递给函数。


(2)关键字参数(字典)

在函数调用时,当有额外的关键字参数(实参)没有与函数定义的参数(形参)相匹配时,这些关键字参数会被放入一个字典中,字典中键为参数名,值为相应的参数值。
在函数定义时,使用带 ** 号的参数名(通常我们命名为 kwargs)把接收的关键字参数包含在一个字典中作为参数传递给函数。


2.4 Keyword-only 参数

Python3.0 把函数头部的排序规则通用化了,并允许我们指定 keyword-only 参数(形参)——即必须只按照关键字传递并且不能由一个位置参数(实参)来填充的参数(可以理解成必须按照关键字形式赋值的默认参数)。如果想要一个函数只能按照关键字形式来传递配置选项的话,这是很有用的。

从语法上将,keyword-only 参数编码为命名的参数,出现在参数(形参)列表中的 *args 之后。所有这些参数都必须在调用中使用关键字语法来传递。

例如,如下代码中,a可能按照名称或位置传递,b收集任何额外的位置参数,并且c必须只按照关键字传递。

我们也可以在参数列表中使用一个字符,来表示一个函数不会接受一个变量长度的参数列表,而是仍然期待跟在后面的所有参数都作为关键字传递。

仍然可以对 keyword-only 参数使用默认值,即便它们出现在函数头部的 * 后面。


排序规则

keyword-only 参数必须在一个单个星号后面指定,而不是两个星号——命名的参数不能出现在 **kwargs 形式的后面,并且一个 ** 不能独自出现在参数列表中。

这意味着,在一个函数头部,keyword-only 参数必须编写在 **kwargs 参数之前,且在 *args 参数之后(当二者都有的时候)。无论何时,一个参数名称出现在 *args 之前,它可能是默认位置参数,而不会是 keyword-only 参数。

在函数调用中,类似的排序规则也是成立的:当传递 keyword-only 参数的时候,它们必须出现在一个 **name(实参) 之前。keyword-only 参数(实参)可以放在在 *name(实参) 之前或者之后,并且可能包含在 **args 中。


为何使用 keyword-only 参数

简而言之,它们使得很容易允许一个函数既接收任意多个要处理的位置参数,也接收作为关键字传递的配置选项。


3、参数的排列顺序

在函数定义的头部,参数必须以此顺序出现:标准参数(name),默认参数(name=value),如果有的话,后面是 *args 的形式,后面跟着任何 name=value 的keyword-only 参数,后面跟着 **kwargs 参数。


《Python基础手册》系列:

Python基础手册 1 —— Python语言介绍
Python基础手册 2 —— Python 环境搭建(Linux)
Python基础手册 3 —— Python解释器
Python基础手册 4 —— 文本结构
Python基础手册 5 —— 标识符和关键字
Python基础手册 6 —— 操作符
Python基础手册 7 —— 内建函数
Python基础手册 8 —— Python对象
Python基础手册 9 —— 数字类型
Python基础手册10 —— 序列(字符串)
Python基础手册11 —— 序列(元组&列表)
Python基础手册12 —— 序列(类型操作)
Python基础手册13 —— 映射(字典)
Python基础手册14 —— 集合
Python基础手册15 —— 解析
Python基础手册16 —— 文件
Python基础手册17 —— 简单语句
Python基础手册18 —— 复合语句(流程控制语句)
Python基础手册19 —— 迭代器
Python基础手册20 —— 生成器
Python基础手册21 —— 函数的定义
Python基础手册22 —— 函数的参数
Python基础手册23 —— 函数的调用
Python基础手册24 —— 函数中变量的作用域
Python基础手册25 —— 装饰器
Python基础手册26 —— 错误 & 异常
Python基础手册27 —— 模块
Python基础手册28 —— 模块的高级概念
Python基础手册29 —— 包

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