函数的参数

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<sup>2</sup>的函数：

  1. def power(x):
  2.     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：

  1. >>> power(5)
  2. 25
  3. >>> power(15)
  4. 225

现在，如果我们要计算x<sup>3</sup>怎么办？可以再定义一个power3函数，但是如果要计算x<sup>4</sup>、x<sup>5</sup>……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<sup>n</sup>，说干就干：

  1. def power(x, n):
  2.     s = 1
  3.     while n > 0:
  4.         n = n - 1
  5.         s = s * x
  6.     return s

对于这个修改后的power(x, n)函数，可以计算任意n次方：

  1. >>> power(5, 2)
  2. 25
  3. >>> power(5, 3)
  4. 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：

  1. >>> power(5)
  2. Traceback (most recent call last):
  3.   File "<stdin>", line 1, in <module>
  4. 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<sup>2</sup>，所以，完全可以把第二个参数n的默认值设定为2：

  1. def power(x, n=2):
  2.     s = 1
  3.     while n > 0:
  4.         n = n - 1
  5.         s = s * x
  6.     return s

这样，当我们调用power(5)时，相当于调用power(5, 2)：

  1. >>> power(5)
  2. 25
  3. >>> power(5, 2)
  4. 25

而对于n &gt; 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：

  1. def enroll(name, gender):
  2.     print('name:', name)
  3.     print('gender:', gender)

这样，调用enroll()函数只需要传入两个参数：

  1. >>> enroll('Sarah', 'F')
  2. name: Sarah
  3. 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：

  1. def enroll(name, gender, age=6, city='Beijing'):
  2.     print('name:', name)
  3.     print('gender:', gender)
  4.     print('age:', age)
  5.     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：

  1. >>> enroll('Sarah', 'F')
  2. name: Sarah
  3. gender: F
  4. age: 6
  5. city: Beijing

只有与默认参数不符的学生才需要提供额外的信息：

  1. enroll('Bob', 'M', 7)
  2. 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：

  1. def add_end(L=[]):
  2.     L.append('END')
  3.     return L

当你正常调用时，结果似乎不错：

  1. >>> add_end([1, 2, 3])
  2. [1, 2, 3, 'END']
  3. >>> add_end(['x', 'y', 'z'])
  4. ['x', 'y', 'z', 'END']

当你使用默认参数调用时，一开始结果也是对的：

  1. >>> add_end()
  2. ['END']

但是，再次调用add_end()时，结果就不对了：

  1. >>> add_end()
  2. ['END', 'END']
  3. >>> add_end()
  4. ['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。

所以，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：

  1. def add_end(L=None):
  2.     if L is None:
  3.         L = []
  4.     L.append('END')
  5.     return L

现在，无论调用多少次，都不会有问题：

  1. >>> add_end()
  2. ['END']
  3. >>> add_end()
  4. ['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<sup>2</sup> + b<sup>2</sup> + c<sup>2</sup> + ……。

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：

  1. def calc(numbers):
  2.     sum = 0
  3.     for n in numbers:
  4.         sum = sum + n * n
  5.     return sum

但是调用的时候，需要先组装出一个list或tuple：

  1. >>> calc([1, 2, 3])
  2. 14
  3. >>> calc((1, 3, 5, 7))
  4. 84

如果利用可变参数，调用函数的方式可以简化成这样：

  1. >>> calc(1, 2, 3)
  2. 14
  3. >>> calc(1, 3, 5, 7)
  4. 84

所以，我们把函数的参数改为可变参数：

  1. def calc(*numbers):
  2.     sum = 0
  3.     for n in numbers:
  4.         sum = sum + n * n
  5.     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：

  1. >>> calc(1, 2)
  2. 5
  3. >>> calc()
  4. 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：

  1. >>> nums = [1, 2, 3]
  2. >>> calc(nums[0], nums[1], nums[2])
  3. 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：

  1. >>> nums = [1, 2, 3]
  2. >>> calc(*nums)
  3. 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：

  1. def person(name, age, **kw):
  2.     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：

  1. >>> person('Michael', 30)
  2. name: Michael age: 30 other: {}

也可以传入任意个数的关键字参数：

  1. >>> person('Bob', 35, city='Beijing')
  2. name: Bob age: 35 other: {'city': 'Beijing'}
  3. >>> person('Adam', 45, gender='M', job='Engineer')
  4. name: Adam age: 45 other: {'gender': 'M', 'job': 'Engineer'}

关键字参数有什么用？它可以扩展函数的功能。比如，在person函数里，我们保证能接收到name和age这两个参数，但是，如果调用者愿意提供更多的参数，我们也能收到。试想你正在做一个用户注册的功能，除了用户名和年龄是必填项外，其他都是可选项，利用关键字参数来定义这个函数就能满足注册的需求。

和可变参数类似，也可以先组装出一个dict，然后，把该dict转换为关键字参数传进去：

  1. >>> extra = {'city': 'Beijing', 'job': 'Engineer'}
  2. >>> person('Jack', 24, city=extra['city'], job=extra['job'])
  3. name: Jack age: 24 other: {'city': 'Beijing', 'job': 'Engineer'}

当然，上面复杂的调用可以用简化的写法：

  1. >>> extra = {'city': 'Beijing', 'job': 'Engineer'}
  2. >>> person('Jack', 24, **extra)
  3. name: Jack age: 24 other: {'city': 'Beijing', 'job': 'Engineer'}

extra表示把extra这个dict的所有key-value用关键字参数传入到函数的kw参数，kw将获得一个dict，注意kw获得的dict是extra的一份拷贝，对kw的改动不会影响到函数外的extra。

命名关键字参数

对于关键字参数，函数的调用者可以传入任意不受限制的关键字参数。至于到底传入了哪些，就需要在函数内部通过kw检查。

仍以person()函数为例，我们希望检查是否有city和job参数：

  1. def person(name, age, **kw):
  2.     if 'city' in kw:
  3.         # 有city参数
  4.         pass
  5.     if 'job' in kw:
  6.         # 有job参数
  7.         pass
  8.     print('name:', name, 'age:', age, 'other:', kw)

但是调用者仍可以传入不受限制的关键字参数：

  1. >>> person('Jack', 24, city='Beijing', addr='Chaoyang', zipcode=123456)

如果要限制关键字参数的名字，就可以用命名关键字参数，例如，只接收city和job作为关键字参数。这种方式定义的函数如下：

  1. def person(name, age, *, city, job):
  2.     print(name, age, city, job)

和关键字参数*kw不同，命名关键字参数需要一个特殊分隔符，*后面的参数被视为命名关键字参数。

调用方式如下：

  1. >>> person('Jack', 24, city='Beijing', job='Engineer')
  2. Jack 24 Beijing Engineer

命名关键字参数必须传入参数名，这和位置参数不同。如果没有传入参数名，调用将报错：

  1. >>> person('Jack', 24, 'Beijing', 'Engineer')
  2. Traceback (most recent call last):
  3.   File "<stdin>", line 1, in <module>
  4. TypeError: person() takes 2 positional arguments but 4 were given

由于调用时缺少参数名city和job，Python解释器把这4个参数均视为位置参数，但person()函数仅接受2个位置参数。

命名关键字参数可以有缺省值，从而简化调用：

  1. def person(name, age, *, city='Beijing', job):
  2.     print(name, age, city, job)

由于命名关键字参数city具有默认值，调用时，可不传入city参数：

  1. >>> person('Jack', 24, job='Engineer')
  2. Jack 24 Beijing Engineer

使用命名关键字参数时，要特别注意，不是参数，而是特殊分隔符。如果缺少，Python解释器将无法识别位置参数和命名关键字参数：

  1. def person(name, age, city, job):
  2.     # 缺少 *，city和job被视为位置参数
  3.     pass

参数组合

在Python中定义函数，可以用必选参数、默认参数、可变参数、关键字参数和命名关键字参数，这5种参数都可以组合使用，除了可变参数无法和命名关键字参数混合。但是请注意，参数定义的顺序必须是：必选参数、默认参数、可变参数/命名关键字参数和关键字参数。

比如定义一个函数，包含上述若干种参数：

  1. def f1(a, b, c=0, *args, **kw):
  2.     print('a =', a, 'b =', b, 'c =', c, 'args =', args, 'kw =', kw)
  4. def f2(a, b, c=0, *, d, **kw):
  5.     print('a =', a, 'b =', b, 'c =', c, 'd =', d, 'kw =', kw)

在函数调用的时候，Python解释器自动按照参数位置和参数名把对应的参数传进去。

  1. >>> f1(1, 2)
  2. a = 1 b = 2 c = 0 args = () kw = {}
  3. >>> f1(1, 2, c=3)
  4. a = 1 b = 2 c = 3 args = () kw = {}
  5. >>> f1(1, 2, 3, 'a', 'b')
  6. a = 1 b = 2 c = 3 args = ('a', 'b') kw = {}
  7. >>> f1(1, 2, 3, 'a', 'b', x=99)
  8. a = 1 b = 2 c = 3 args = ('a', 'b') kw = {'x': 99}
  9. >>> f2(1, 2, d=99, ext=None)
  10. a = 1 b = 2 c = 0 d = 99 kw = {'ext': None}

最神奇的是通过一个tuple和dict，你也可以调用上述函数：

  1. >>> args = (1, 2, 3, 4)
  2. >>> kw = {'d': 99, 'x': '#'}
  3. >>> f1(*args, **kw)
  4. a = 1 b = 2 c = 3 args = (4,) kw = {'d': 99, 'x': '#'}
  5. >>> args = (1, 2, 3)
  6. >>> kw = {'d': 88, 'x': '#'}
  7. >>> f2(*args, **kw)
  8. a = 1 b = 2 c = 3 d = 88 kw = {'x': '#'}

所以，对于任意函数，都可以通过类似func(args, *kw)的形式调用它，无论它的参数是如何定义的。

小结

Python的函数具有非常灵活的参数形态，既可以实现简单的调用，又可以传入非常复杂的参数。

默认参数一定要用不可变对象，如果是可变对象，程序运行时会有逻辑错误！

要注意定义可变参数和关键字参数的语法：

*args是可变参数，args接收的是一个tuple；

**kw是关键字参数，kw接收的是一个dict。

以及调用函数时如何传入可变参数和关键字参数的语法：

可变参数既可以直接传入：func(1, 2, 3)，又可以先组装list或tuple，再通过args传入：func((1, 2, 3))；

关键字参数既可以直接传入：func(a=1, b=2)，又可以先组装dict，再通过kw传入：func({'a': 1, 'b': 2})。

使用args和*kw是Python的习惯写法，当然也可以用其他参数名，但最好使用习惯用法。

命名的关键字参数是为了限制调用者可以传入的参数名，同时可以提供默认值。

定义命名的关键字参数不要忘了写分隔符*，否则定义的将是位置参数。

参考源码

var_args.py

kw_args.py

原文: https://wizardforcel.gitbooks.io/liaoxuefeng/content/py3/20.html