深入讲解Python函数中参数的使用及默认参数的陷阱

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C++里函数可以设置缺省参数,Java不可以,只能通过重载的方式来实现,python里也可以设置默认参数,最大的好处就是降低函数难度,函数的定义只有一个,并且python是动态语言,在同一名称空间里不能有想多名称的函数,如果出现了,那么后出现的会覆盖前面的函数。


    def power(x, n=2):
      s = 1
      while n > 0:
        n = n - 1
        s = s * x
      return s

看看结果:


    >>> power(5)
    25
    >>> power(5,3)
    125

注意: 必选参数在前,默认参数在后,否则Python的解释器会报错。
建议:*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。
默认参数也有坑,看看下面的代码,先定义一个list,添加一个end再返回:


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

看看调用结果:


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

这里需要解释一下,Python函数在定义的时候,默认参数L的值就被计算出来了,即[]。此时L指向[]。所以如果L中的内容改变了,下次调用引用的内容也就不再是[]了。所以要牢记一点定义默认参数必须指向不可变对象!。

可变参数
第一种方法,传入的参数为一个list或者tuple。


    def calc(numbers):
      sum = 0
      for n in numbers:
        sum = sum + n * n
      return sum

调用方式:


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

第二种方式,直接传入多个参数,函数内部会自动用一个tuple接收。


    def calc(*numbers):
      sum = 0
      for n in numbers:
        sum = sum + n * n
      return sum

调用方式:


    >>> calc(1, 2)
    5
    >>> calc()
    0

这个时候如果还想把一个list或者tuple里的数据传进去,可以这样:


    >>> nums = [1, 2, 3]
    >>> calc(*nums)
    14

关键字参数
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。


    def person(name, age, **kw):
      print 'name:', name, 'age:', age, 'other:', kw

调用示例:


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

参数组合
在Python中定义函数,可以用必选参数、默认参数、可变参数和关键字参数,这4种参数都可以一起使用,或者只用其中某些,但是请注意,参数定义的顺序必须是:必选参数、默认参数、可变参数和关键字参数。
递归函数
基本的也没什么可讲的,和Java/C++里一样,就是调用本身的一种。这里重点介绍一下尾递归优化。事实上尾递归和循环效果是一样的,很显然的一个优点那就是可以防止递归调用栈溢出。
定义:在函数返回的时候调用自身,并且,return语句不能包含表达式。编译器或者解释器可以对其做优化,无论调用多少次,只占用一个栈帧,不会出现溢出的情况。
举个简单的例子,以阶乘函数为例:


    def fact(n):
      if n==1:
        return 1
      return n * fact(n - 1)

如果传入的n很大,就可能会溢出,这是由于return n * fact(n - 1)引入了乘法表达式,就不是尾递归了。把代码改一下:


    def fact(n):
      return fact_iter(n, 1)

    def fact_iter(num, product):
      if num == 1:
        return product
      return fact_iter(num - 1, num * product)

默认参数陷阱
Python的函数定义提供了默认参数这个选择,使得函数的定义和使用更加的灵活,但是也会带来一些坑,例如之前的一个例子:
函数定义:


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

调用函数的结果:


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

很明显这个与函数的定义初衷不符,用一句话解释就是:
Default values are computed once, then re-used.
为了深入研究这个问题,我们来看看另一个例子:


    # coding=utf-8

    def a():
      print "a executed"
      return []

    def b(x=a()):
      print "id(x):", id(x)
      x.append(5)
      print "x:", x

    for i in range(2):
      print "不带参数调用,使用默认参数"
      b()
      print b.__defaults__
      print "id(b.__defaults__[0]):", id(b.__defaults__[0])

    for i in range(2):
      print "带参数调用,传入一个list"
      b(list())
      print b.__defaults__
      print "id(b.__defaults__[0]):", id(b.__defaults__[0])

NOTE:稍微解释一下,所有默认值都存储在函数对象的defaults属性中,这是一个列表,每一个元素均为一个默认参数值。
来看看输出结果:


    a executed
    不带参数调用,使用默认参数
    id(x): 140038854650552
    x: [5]
    ([5],)
    id(b.__defaults__[0]): 140038854650552
    不带参数调用,使用默认参数
    id(x): 140038854650552
    x: [5, 5]
    ([5, 5],)
    id(b.__defaults__[0]): 140038854650552
    带参数调用,传入一个list
    id(x): 140038854732400
    x: [5]
    ([5, 5],)
    id(b.__defaults__[0]): 140038854650552
    带参数调用,传入一个list
    id(x): 140038854732472
    x: [5]
    ([5, 5],)
    id(b.__defaults__[0]): 140038854650552

简单分析一下输出结果:
第1行
在定义函数b(),即执行def语句,代码第7行def b(x=a()):的时候,这句话使用了默认参数,所以在定义的时候会计算默认参数x的值,这个时候会调用a(),所以打印出了a executed。
第2~6行
第一次执行循环,代码第14行调用b()没有传递参数,使用默认参数,此时x=[],所以调用一次之后


    print b.__defaults__

输出结果为

复制代码 代码如下:

([5],)

第7~11行
第二次循环,代码第14行调用b()没有传递参数,使用默认参数。
注意:默认参数只会计算一次,也就是说那个内存区域就固定了,但是这个地址所指向的是一个list,内容可以改变,此时由于上一次调用x: [5],所以


    print b.__defaults__

输出结果为


    ([5, 5],)

第12~16行
第二个循环语句,第一次循环,代码第20行传入一个空的list,所以不使用默认参数,此时x=[],所以


    print b.__defaults__

输出结果为

复制代码 代码如下:

([5],)

第18~21行
第二个循环语句,第二次循环,代码第20行传入一个空的list,所以也不使用默认参数,此时仍然是x=[],所以


    print b.__defaults__

输出结果依然为

复制代码 代码如下:

([5],)

函数也是对象,因此定义的时候就被执行,默认参数是函数的属性,它的值可能会随着函数被调用而改变。其他对象不都是如此吗?
牢记: 默认参数必须指向不变对象!代码改一下如下:


    # coding=utf-8

    def a():
      print "a executed"
      return None

    def b(x=a()):
      print "id(x):", id(x)
      if x is None:
        x = []
      x.append(5)
      print "x:", x

    for i in range(2):
      print "不带参数调用,使用默认参数"
      b()
      print b.__defaults__
      print "id(b.__defaults__[0]):", id(b.__defaults__[0])

    for i in range(2):
      print "带参数调用,传入一个list"
      b(list())
      print b.__defaults__
      print "id(b.__defaults__[0]):", id(b.__defaults__[0])

此时的输出结果看看是什么:


    a executed
    不带参数调用,使用默认参数
    id(x): 9568656
    x: [5]
    (None,)
    id(b.__defaults__[0]): 9568656
    不带参数调用,使用默认参数
    id(x): 9568656
    x: [5]
    (None,)
    id(b.__defaults__[0]): 9568656
    带参数调用,传入一个list
    id(x): 140725126699632
    x: [5]
    (None,)
    id(b.__defaults__[0]): 9568656
    带参数调用,传入一个list
    id(x): 140725126699704
    x: [5]
    (None,)
    id(b.__defaults__[0]): 9568656

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