Python的函数的参数

小咪咪 2021-11-29 05:12 298阅读 0赞

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x2的函数：][x2]

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

![在这里插入图片描述][20190722150647797.png]

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 "<stdin>", line 1, in <module>
    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`x2`，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。  
![在这里插入图片描述][20190722153815311.png]  
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()  //每次调用这个无参函数的时候，都不会改变默认参数L的值（因为在def add_end(L=None):已经设置为None）
    ['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（参数前面加上\*） ###

![在这里插入图片描述][20190722154721787.png]

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)     //就是我想传多少个值进去，就传多少个值进去
    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(**元组，数组**)，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])       //把list的各个元素值分别传进去
    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（参数前面加上\*\*） ####

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：  
在kw参数的前面加上了`**` 就代表该参数是一个关键字参数

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：

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

也可以传入任意个数的关键字参数：

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

>>> extra = {'city': 'Beijing', 'job': 'Engineer'}
    >>> person('Jack', 24, city=extra['city'], job=extra['job'])
    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：

>>> extra = {'city': 'Beijing', 'job': 'Engineer'}
    >>> person('Jack', 24, **extra)
    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。

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：

def person(name, age, *, city, job):
        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：

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

如果函数定义中已经有了一个可变参数，后面跟着的命名关键字参数就不再需要一个特殊分隔符\*了：

def person(name, age, *args, city, job):
        print(name, age, args, city, job)

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：

>>> person('Jack', 24, 'Beijing', 'Engineer')
    Traceback (most recent call last):
      File "<stdin>", line 1, in <module>
    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：

def person(name, age, *, city='Beijing', job):
        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：

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

使用命名关键字参数时，要特别注意，如果没有可变参数，就必须加一个`*`作为特殊分隔符。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：

def person(name, age, city, job):
        # 缺少 *，city和job被视为位置参数（位置参数的定义见本文前半部分）
        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。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：

def f1(a, b, c=0, *args, **kw):     //args是可变参数，kw是关键字参数
        print('a =', a, 'b =', b, 'c =', c, 'args =', args, 'kw =', kw)
    
    def f2(a, b, c=0, *, d, **kw): //d是命名关键字参数，kw是关键字参数
        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。

>>> f1(1, 2)
    a = 1 b = 2 c = 0 args = () kw = {}
    >>> f1(1, 2, c=3)
    a = 1 b = 2 c = 3 args = () kw = {}
    >>> f1(1, 2, 3, 'a', 'b')
    a = 1 b = 2 c = 3 args = ('a', 'b') kw = {}
    >>> f1(1, 2, 3, 'a', 'b', x=99)
    a = 1 b = 2 c = 3 args = ('a', 'b') kw = {'x': 99}
    >>> f2(1, 2, d=99, ext=None)
    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：

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

**注意：虽然可以组合多达5种参数，但不要同时使用太多的组合，否则函数接口的可理解性很差。**

### 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（元组，数组）；

\*\*kw是关键字参数，kw接收的是一个dict（键值对）。

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在没有可变参数的情况下不要忘了写分隔符\*，否则定义的将是位置参数。

本文参考自:[https://www.liaoxuefeng.com/wiki/1016959663602400/1017261630425888][https_www.liaoxuefeng.com_wiki_1016959663602400_1017261630425888]

[x2]: /images/20211129/ec64f4df4e494bdb840577895bf67c42.png
[20190722150647797.png]: /images/20211129/f836e64b06a74d70b8f08c32f4e56824.png
[20190722153815311.png]: /images/20211129/994af68afb3a4db68d691e68380b4f68.png
[20190722154721787.png]: /images/20211129/9224158cb45845458e5c7e63e0a3da35.png
[https_www.liaoxuefeng.com_wiki_1016959663602400_1017261630425888]: https://www.liaoxuefeng.com/wiki/1016959663602400/1017261630425888