4. 其他流程控制工具 - 4.7. 函数定义的更多形式 - 《Python 3.8 官方教程》

4.7. 函数定义的更多形式

4.7. 函数定义的更多形式

给函数定义有可变数目的参数也是可行的。这里有三种形式，可以组合使用。

4.7.1. 参数默认值

最有用的形式是对一个或多个参数指定一个默认值。这样创建的函数，可以用比定义时允许的更少的参数调用，比如:

def ask_ok(prompt, retries=4, reminder='Please try again!'):
    while True:
        ok = input(prompt)
        if ok in ('y', 'ye', 'yes'):
            return True
        if ok in ('n', 'no', 'nop', 'nope'):
            return False
        retries = retries - 1
        if retries < 0:
            raise ValueError('invalid user response')
        print(reminder)

这个函数可以通过几种方式调用:

只给出必需的参数：ask_ok('Do you really want to quit?')
给出一个可选的参数：ask_ok('OK to overwrite the file?', 2)
或者给出所有的参数：ask_ok('OK to overwrite the file?', 2, 'Come on, only yes or no!')

这个示例还介绍了 in 关键字。它可以测试一个序列是否包含某个值。

默认值是在 定义过程 中在函数定义处计算的，所以

i = 5
 
def f(arg=i):
    print(arg)
 
i = 6
f()

会打印 5。

重要警告： 默认值只会执行一次。这条规则在默认值为可变对象（列表、字典以及大多数类实例）时很重要。比如，下面的函数会存储在后续调用中传递给它的参数:

def f(a, L=[]):
    L.append(a)
    return L
 
print(f(1))
print(f(2))
print(f(3))

这将打印出

[1]
[1, 2]
[1, 2, 3]

如果你不想要在后续调用之间共享默认值，你可以这样写这个函数:

def f(a, L=None):
    if L is None:
        L = []
    L.append(a)
    return L

4.7.2. 关键字参数

也可以使用形如 kwarg=value 的关键字参数来调用函数。例如下面的函数:

def parrot(voltage, state='a stiff', action='voom', type='Norwegian Blue'):
    print("-- This parrot wouldn't", action, end=' ')
    print("if you put", voltage, "volts through it.")
    print("-- Lovely plumage, the", type)
    print("-- It's", state, "!")

接受一个必需的参数（voltage）和三个可选的参数（state, action，和 type）。这个函数可以通过下面的任何一种方式调用:

parrot(1000)                                          # 1 positional argument
parrot(voltage=1000)                                  # 1 keyword argument
parrot(voltage=1000000, action='VOOOOOM')             # 2 keyword arguments
parrot(action='VOOOOOM', voltage=1000000)             # 2 keyword arguments
parrot('a million', 'bereft of life', 'jump')         # 3 positional arguments
parrot('a thousand', state='pushing up the daisies')  # 1 positional, 1 keyword

但下面的函数调用都是无效的:

parrot()                     # required argument missing
parrot(voltage=5.0, 'dead')  # non-keyword argument after a keyword argument
parrot(110, voltage=220)     # duplicate value for the same argument
parrot(actor='John Cleese')  # unknown keyword argument

在函数调用中，关键字参数必须跟随在位置参数的后面。传递的所有关键字参数必须与函数接受的其中一个参数匹配（比如 actor 不是函数 parrot 的有效参数），它们的顺序并不重要。这也包括非可选参数，（比如 parrot(voltage=1000) 也是有效的）。不能对同一个参数多次赋值。下面是一个因为此限制而失败的例子:

>>> def function(a):
...     pass
...
>>> function(0, a=0)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: function() got multiple values for keyword argument 'a'

当存在一个形式为 name 的正式形参时，它会接收一个字典 (参见映射类型 —- dict)，其中包含除了与正式形参相对应的关键字参数以外的所有关键字参数。这可以与一个形式为 name，接收一个包含除了正式形参列表以外的位置参数的元组的正式形参 (将在下一小节介绍) 组合使用 (name 必须出现在 name 之前。) 例如，如果我们这样定义一个函数:

def cheeseshop(kind, *arguments, **keywords):
    print("-- Do you have any", kind, "?")
    print("-- I'm sorry, we're all out of", kind)
    for arg in arguments:
        print(arg)
    print("-" * 40)
    for kw in keywords:
        print(kw, ":", keywords[kw])

它可以像这样调用:

cheeseshop("Limburger", "It's very runny, sir.",
           "It's really very, VERY runny, sir.",
           shopkeeper="Michael Palin",
           client="John Cleese",
           sketch="Cheese Shop Sketch")

当然它会打印:

-- Do you have any Limburger ?
-- I'm sorry, we're all out of Limburger
It's very runny, sir.
It's really very, VERY runny, sir.
----------------------------------------
shopkeeper : Michael Palin
client : John Cleese
sketch : Cheese Shop Sketch

注意打印时关键字参数的顺序保证与调用函数时提供它们的顺序是相匹配的。

4.7.3. 特殊参数

默认情况下，函数的参数传递形式可以是位置参数或是显式的关键字参数。为了确保可读性和运行效率，限制允许的参数传递形式是有意义的，这样开发者只需查看函数定义即可确定参数项是仅按位置、按位置也按关键字，还是仅按关键字传递。

函数的定义看起来可以像是这样：

def f(pos1, pos2, /, pos_or_kwd, *, kwd1, kwd2):
      -----------    ----------     ----------
        |             |                  |
        |        Positional or keyword   |
        |                                - Keyword only
         -- Positional only

在这里 / 和 * 是可选的。如果使用这些符号则表明可以通过何种形参将参数值传递给函数：仅限位置、位置或关键字，以及仅限关键字。关键字形参也被称为命名形参。

4.7.3.1. 位置或关键字参数

如果函数定义中未使用 / 和 *，则参数可以按位置或按关键字传递给函数。

4.7.3.2. 仅限位置参数

在这里还可以发现更多细节，特定形参可以被标记为 仅限位置。如果是 仅限位置 的形参，则其位置是重要的，并且该形参不能作为关键字传入。仅限位置形参要放在 / (正斜杠) 之前。这个 / 被用来从逻辑上分隔仅限位置形参和其它形参。如果函数定义中没有 /，则表示没有仅限位置形参。

在 / 之后的形参可以为 位置或关键字 或 仅限关键字。

4.7.3.3. 仅限关键字参数

要将形参标记为 仅限关键字，即指明该形参必须以关键字参数的形式传入，应在参数列表的第一个 keyword-only 形参之前放置一个 *。

4.7.3.4. 函数示例

请考虑以下示例函数定义并特别注意 / 和 * 标记:

>>> def standard_arg(arg):
...     print(arg)
...
>>> def pos_only_arg(arg, /):
...     print(arg)
...
>>> def kwd_only_arg(*, arg):
...     print(arg)
...
>>> def combined_example(pos_only, /, standard, *, kwd_only):
...     print(pos_only, standard, kwd_only)

第一个函数定义 standard_arg 是最常见的形式，对调用方式没有任何限制，参数可以按位置也可以按关键字传入:

>>> standard_arg(2)
2
 
>>> standard_arg(arg=2)
2

第二个函数 pos_only_arg 在函数定义中带有 /，限制仅使用位置形参。:

>>> pos_only_arg(1)
1
 
>>> pos_only_arg(arg=1)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: pos_only_arg() got an unexpected keyword argument 'arg'

第三个函数 kwd_only_args 在函数定义中通过 * 指明仅允许关键字参数:

>>> kwd_only_arg(3)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: kwd_only_arg() takes 0 positional arguments but 1 was given
 
>>> kwd_only_arg(arg=3)
3

而最后一个则在同一函数定义中使用了全部三种调用方式:

>>> combined_example(1, 2, 3)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: combined_example() takes 2 positional arguments but 3 were given
 
>>> combined_example(1, 2, kwd_only=3)
1 2 3
 
>>> combined_example(1, standard=2, kwd_only=3)
1 2 3
 
>>> combined_example(pos_only=1, standard=2, kwd_only=3)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: combined_example() got an unexpected keyword argument 'pos_only'

最后，请考虑这个函数定义，它的位置参数 name 和 **kwds 之间由于存在关键字名称 name 而可能产生潜在冲突:

def foo(name, **kwds):
    return 'name' in kwds

任何调用都不可能让它返回 True，因为关键字 'name' 将总是绑定到第一个形参。例如:

>>> foo(1, **{'name': 2})
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: foo() got multiple values for argument 'name'
>>>

但使用 / (仅限位置参数) 就可能做到，因为它允许 name 作为位置参数，也允许 'name' 作为关键字参数的关键字名称:

def foo(name, /, **kwds):
    return 'name' in kwds
>>> foo(1, **{'name': 2})
True

换句话说，仅限位置形参的名称可以在 **kwds 中使用而不产生歧义。

4.7.3.5. 概括

用例将确定要在函数定义中使用的参数:

def f(pos1, pos2, /, pos_or_kwd, *, kwd1, kwd2):

作为指导：

如果你希望形参名称对用户来说不可用，则使用仅限位置形参。这适用于形参名称没有实际意义，以及当你希望强制规定调用时的参数顺序，或是需要同时收受一些位置形参和任意关键字形参等情况。
当形参名称有实际意义，以及显式指定形参名称可使函数定义更易理解，或者当你想要防止用户过于依赖传入参数的位置时，则使用仅限关键字形参。
对于 API 来说，使用仅限位置形参可以防止形参名称在未来被修改时造成破坏性的 API 变动。

4.7.4. 任意的参数列表

最后，最不常用的选项是可以使用任意数量的参数调用函数。这些参数会被包含在一个元组里（参见元组和序列）。在可变数量的参数之前，可能会出现零个或多个普通参数。:

def write_multiple_items(file, separator, *args):
    file.write(separator.join(args))

一般来说，这些 可变参数 将在形式参数列表的末尾，因为它们收集传递给函数的所有剩余输入参数。出现在 *args 参数之后的任何形式参数都是 ‘仅关键字参数’，也就是说它们只能作为关键字参数而不能是位置参数。:

>>> def concat(*args, sep="/"):
...     return sep.join(args)
...
>>> concat("earth", "mars", "venus")
'earth/mars/venus'
>>> concat("earth", "mars", "venus", sep=".")
'earth.mars.venus'

4.7.5. 解包参数列表

当参数已经在列表或元组中但要为需要单独位置参数的函数调用解包时，会发生相反的情况。例如，内置的 range() 函数需要单独的 start 和 stop 参数。如果它们不能单独使用，可以使用 *-操作符来编写函数调用以便从列表或元组中解包参数:

>>> list(range(3, 6))            # normal call with separate arguments
[3, 4, 5]
>>> args = [3, 6]
>>> list(range(*args))            # call with arguments unpacked from a list
[3, 4, 5]

同样的方式，字典可使用 ** 操作符来提供关键字参数:

>>> def parrot(voltage, state='a stiff', action='voom'):
...     print("-- This parrot wouldn't", action, end=' ')
...     print("if you put", voltage, "volts through it.", end=' ')
...     print("E's", state, "!")
...
>>> d = {"voltage": "four million", "state": "bleedin' demised", "action": "VOOM"}
>>> parrot(**d)
-- This parrot wouldn't VOOM if you put four million volts through it. E's bleedin' demised !

4.7.6. Lambda 表达式

可以用 lambda 关键字来创建一个小的匿名函数。这个函数返回两个参数的和： lambda a, b: a+b 。Lambda函数可以在需要函数对象的任何地方使用。它们在语法上限于单个表达式。从语义上来说，它们只是正常函数定义的语法糖。与嵌套函数定义一样，lambda函数可以引用包含范围的变量:

>>> def make_incrementor(n):
...     return lambda x: x + n
...
>>> f = make_incrementor(42)
>>> f(0)
42
>>> f(1)
43

上面的例子使用一个lambda表达式来返回一个函数。另一个用法是传递一个小函数作为参数:

>>> pairs = [(1, 'one'), (2, 'two'), (3, 'three'), (4, 'four')]
>>> pairs.sort(key=lambda pair: pair[1])
>>> pairs
[(4, 'four'), (1, 'one'), (3, 'three'), (2, 'two')]

4.7.7. 文档字符串

以下是有关文档字符串的内容和格式的一些约定。

第一行应该是对象目的的简要概述。为简洁起见，它不应显式声明对象的名称或类型，因为这些可通过其他方式获得（除非名称恰好是描述函数操作的动词）。这一行应以大写字母开头，以句点结尾。

如果文档字符串中有更多行，则第二行应为空白，从而在视觉上将摘要与其余描述分开。后面几行应该是一个或多个段落，描述对象的调用约定，它的副作用等。

Python解析器不会从Python中删除多行字符串文字的缩进，因此处理文档的工具必须在需要时删除缩进。这是使用以下约定完成的。文档字符串第一行之后的第一个非空行确定整个文档字符串的缩进量。（我们不能使用第一行，因为它通常与字符串的开头引号相邻，因此它的缩进在字符串文字中不明显。）然后从字符串的所有行的开头剥离与该缩进 "等效" 的空格。缩进的行不应该出现，但是如果它们出现，则应该剥离它们的所有前导空格。应在扩展标签后测试空白的等效性（通常为8个空格）。

下面是一个多行文档字符串的例子:

>>> def my_function():
...     """Do nothing, but document it.
...
...     No, really, it doesn't do anything.
...     """
...     pass
...
>>> print(my_function.__doc__)
Do nothing, but document it.
 
    No, really, it doesn't do anything.

4.7.8. 函数标注

函数标注是关于用户自定义函数中使用的类型的完全可选元数据信息（有关详情请参阅 PEP 3107 和 PEP 484 ）。

函数标注以字典的形式存放在函数的 annotations 属性中，并且不会影响函数的任何其他部分。形参标注的定义方式是在形参名称后加上冒号，后面跟一个表达式，该表达式会被求值为标注的值。返回值标注的定义方式是加上一个组合符号 ->，后面跟一个表达式，该标注位于形参列表和表示 def 语句结束的冒号之间。下面的示例有一个位置参数，一个关键字参数以及返回值带有相应标注:

>>> def f(ham: str, eggs: str = 'eggs') -> str:
...     print("Annotations:", f.__annotations__)
...     print("Arguments:", ham, eggs)
...     return ham + ' and ' + eggs
...
>>> f('spam')
Annotations: {'ham': <class 'str'>, 'return': <class 'str'>, 'eggs': <class 'str'>}
Arguments: spam eggs
'spam and eggs'