11.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的行数定义非常简单, 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$x^2$的函数.

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"""
Title: 位置参数
Version: 1.0
Author: 李博帅
"""

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:

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"""
Title: 位置参数
Version: 2.0
Author: 李博帅
"""


def power(x):
return x * x


one = power(10)
print(one) # 100

two = power(100)
print(two) # 10000

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

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"""
Title: 位置参数
Version: 3.0
Author: 李博帅
"""


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

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"""
Title: 位置参数
Version: 4.0
Author: 李博帅
"""


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


one = power(10, 2)
print(one) # 100

two = power(10, 3)
print(two) # 1000

修改后的power(x, n)函数两个参数: xn, 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xn.

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, 原因时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:

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"""
Title: 位置参数
Version: 5.0
Author: 李博帅
"""


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


one = power(10)
print(one)

"""
输出结果:

Traceback (most recent call last):
File "C:/Users/j2662/PycharmProjects/one/one.py", line 16, in <module>
one = power(10)
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, 默认参数就派上用场了. 由于我们经常计算$X^2$, 所以, 完全可以把第二个参数n的默认值设定为2:

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"""
Title: 位置参数
Version: 6.0
Author: 李博帅
"""


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


one = power(10)
print(one) # 100

这样, 当我们调用power(5)时, 相当于调用power(5, 2)了.

而对于除了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:

  1. 必选参数在前, 默认参数在后, 否则Python的解释器也会报错 (因为会产生歧义);
  2. 如何设置默认参数:

当函数有多个参数时, 把变化大的参数放在前面, 变化小的参数放在后面. 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namegender俩个参数:

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"""
Title: 位置参数
Version: 7.0
Author: 李博帅
"""


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:

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"""
Title: 位置参数
Version: 8.0
Author: 李博帅
"""


def enroll(name, gender):
print('name:', name)
print('gender:', gender)


enroll('Jason', 'B')

"""
输出结果:

name Jason
gender: B
"""

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:

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"""
Title: 位置参数
Version: 9.0
Author: 李博帅
"""


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:

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"""
Title: 位置参数
Version: 10.0
Author: 李博帅
"""


def enroll(name, gender, age=6, city='Beijing'):
print('name', name)
print('gender:', gender)
print('age', age)
print('city', city)


enroll('Jason', 'D')

"""
输出结果:

name Jason
gender: D
age 6
city Beijing
"""

只有默认参数不符的学生才需要提供额外的信息:

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"""
Title: 位置参数
Version: 11.0
Author: 李博帅
"""


def enroll(name, gender, age=6, city='Beijing'):
print('name', name)
print('gender:', gender)
print('age', age)
print('city', city)


enroll('Charlie', 'B', 12, 'Zhengzhou')

"""
输出结果:

name Charlie
gender: B
age 12
city Zhengzhou
"""

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. 无论时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, 即可以按顺序提供默认参数, 比如调用enroll('Charlie', 'B', 12, 'Zhengzhou'), 意思是, 除了name, gender这两个参数外, 最后2个参数依次应用在参数上agecity上.

也可以不按顺序提供部分默认参数. 当不按顺序提供部分参数时, 需要把参数名写上. 比如调用enroll('Tom', 'A', city="Shanghai"), 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.

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"""
Title: 位置参数
Version: 12.0
Author: 李博帅
"""


def enroll(name, gender, age=6, city='Beijing'):
print('name', name)
print('gender:', gender)
print('age', age)
print('city', city)


enroll('Tom', 'A', city='Shanghai')

"""
输出结果:

name Tom
gender: A
age 6
city Shanghai
"""

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:

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"""
Title: 位置参数
Version: 13.0
Author: 李博帅
"""


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

当你正常调用时, 结果似乎不错:

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"""
Title: 位置参数
Version: 14.0
Author: 李博帅
"""


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


one = add_end([1, 2, 3])
print(one)

two = add_end(['x', 'y', 'z'])
print(two)

"""
输出结果:

[1, 2, 3, 'END']
['x', 'y', 'z', 'END']
"""

当你使用默认参数调用时, 一开始结果也是对的:

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"""
Title: 位置参数
Version: 15.0
Author: 李博帅
"""


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


one = add_end()
print(one)

"""
输出结果:

['END']
"""

但是, 再次调用add_end()时, 结果就不对了:

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"""
Title: 位置参数
Version: 16.0
Author: 李博帅
"""


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


one = add_end()
print(one)

two = add_end()
print(two)

three = add_end()
print(three)

"""
输出结果:

['END']
['END', 'END']
['END', 'END', 'END']
"""

很多初学者很困惑, 默认参数[], 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.

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:

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"""
Title: 位置参数
Version: 17.0
Author: 李博帅
"""


def add_end(L=None):
if L is None:
L = []
L.append('END')
return L

现在, 无论调用多少次, 都不会问题:

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"""
Title: 位置参数
Version: 18.0
Author: 李博帅
"""


def add_end(L=None):
if L is None:
L = []
L.append('END')
return L


one = add_end()
print(one)

two = add_end()
print(two)

"""
输出结果:

['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. 我们在编写程序式, 如果可以设计一个不变对象, 那就尽量设计不变对象.

可变参数

在Python函数中, 还可以定义可变参数. 顾名思义, 不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$a^2+b^2+c^2+……$

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:

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"""
Title: 可变参数
Version: 1.0
Author: 李博帅
"""


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

但是调用的时候, 需要先组装出一个 list 或 tuple:

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"""
Title: 可变参数
Version: 2.0
Author: 李博帅
"""


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


one = calc([5, 6, 7])
print(one)

two = calc((1, 2, 3))
print(two)

"""
输出结果:

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"""

如果利用可变参数, 调用函数的方式可以简化成这样:

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>>> calc(1, 2, 3)
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>>> calc(1, 3, 5, 7)
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所以, 我们把函数的参数改为可变参数:

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"""
Title: 可变参数
Version: 3.0
Author: 李博帅
"""


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


one = calc(1, 2, 3)
print(one)


"""
输出结果:

14
"""

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.

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:

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"""
Title: 可变参数
Version: 4.0
Author: 李博帅
"""


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


nums = [1, 2, 3]
one = calc(nums[0], nums[1], nums[2])
print(one)

"""
输出结果:

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:

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"""
Title: 可变参数
Version: 5.0
Author: 李博帅
"""


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


nums = [1, 2, 3]
one = calc(*nums)
print(one)

"""
输出结果:

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"""

*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:

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"""
Title: 关键字参数
Version: 1.0
Author: 李博帅
"""

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

函数person除了必选参数nameage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:

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"""
Title: 关键字参数
Version: 2.0
Author: 李博帅
"""


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


person('Jason', 21)


"""
输出结果:

name Jason age: 21 other {}
"""

也可以传入任意个数的关键字参数:

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"""
Title: 关键字参数
Version: 3.0
Author: 李博帅
"""


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


person('Charlie', 20, city='Zhengzhou')
person('Jack', 19, gender='B', job='Teacher')

"""
输出结果:

name: Charlie age: 20 other {'city': 'Zhengzhou'}
name: Jack age: 19 other {'gender': 'B', 'job': 'Teacher'}
"""

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, 我们保证能接受到nameage这两个参数, 但是, 若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, 除了用户名和年龄时必填项外, 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, 也可以先组装一个 dict, 然后, 把该 dcit 转化为关键字参数传进去:

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"""
Title: 关键字参数
Version: 4.0
Author: 李博帅
"""


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


extra = {'city': 'Shanghai', 'job': 'Programmer'}
person('Tom', 25, city=extra['city'], job=extra['job'])

"""
输出结果:

name: Tom age: 25 other {'city': 'Shanghai', 'job': 'Programmer'}
"""

当然, 上面复杂的调用可以简化的写法:

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"""
Title: 关键字参数
Version: 5.0
Author: 李博帅
"""


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


extra = {'city': 'Shanghai', 'job': 'Programmer'}
person('Tom', 25, **extra)

"""
输出结果:

name: Tom age: 25 other {'city': 'Shanghai', 'job': 'Programmer'}
"""

**extra表示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cityjob参数:

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"""
Title: 命名关键字参数
Version: 1.0
Author: 李博帅
"""


def person(name, age, **kw):
if 'city' in kw:
pass
if 'job' in kw:
pass
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:

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"""
Title: 命名关键字参数
Version: 2.0
Author: 李博帅
"""


def person(name, age, **kw):
if 'city' in kw:
pass
if 'job' in kw:
pass
print('name:', name, 'age:', age, 'other:', kw)


person('Jason', 21, city='Shanghai', job='Programmer', sex='man')

"""
输出结果:

name: Jason age: 21 other: {'city': 'Shanghai', 'job': 'Programmer', 'sex': 'man'}
"""

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, 只接受cityjob作为关键字参数. 这种方式定义的函数如下:

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Title: 命名关键字参数
Version: 3.0
Author: 李博帅
"""


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

"""
输出结果:

name: Jason age: 21 other: {'city': 'Shanghai', 'job': 'Programmer', 'sex': 'man'}
"""

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:

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"""
Title: 命名关键字参数
Version: 4.0
Author: 李博帅
"""


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


person('Jack', 20, city='Shanghai', job='Programmer')

"""
输出结果:

Jack 20 Shanghai Programmer
"""

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:

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"""
Title: 命名关键字参数
Version: 5.0
Author: 李博帅
"""


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:

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"""
Title: 命名关键字参数
Version: 6.0
Author: 李博帅
"""


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


person('Jason', 21, 'Shanghai', 'Programmer')

"""
输出结果:

Traceback (most recent call last):
File "C:/Users/j2662/PycharmProjects/one/one.py", line 12, in <module>
person('Jason', 21, 'Shanghai', 'Programmer')
TypeError: person() missing 2 required keyword-only arguments: 'city' and 'job'
"""

由于调用时缺少参数名cityjob, Python解释器把这个4个参数均视为位置参数, 但person()函数均接受2个位置函数.

命名关键字参数可以有缺省值, 从而简化调用:

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"""
Title: 命名关键字参数
Version: 7.0
Author: 李博帅
"""


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

由于命名关键字参数ciyt具有默认值, 调用时, 可不传入city参数:

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"""
Title: 命名关键字参数
Version: 8.0
Author: 李博帅
"""


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


person('Tom', 13, job='Student')

"""
输出结果:

Tom 13 Shanghai Student
"""

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:

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"""
Title: 命名关键字参数
Version: 9.0
Author: 李博帅
"""


def person(name, age, city, job):
# 缺少 *, city和job被视为位置参数
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, 包括上述若干种参数:

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"""
Title: 参数组合
Version: 1.0
Author: 李博帅
"""


def f1(a, b, c=0, *args, **kw):
print('a=', a, 'b=', b, 'c=', c, 'args=', args, 'kw=', kw)


def f2(a, b, c=0, *, d, **kw):
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.

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"""
Title: 参数组合
Version: 2.0
Author: 李博帅
"""


def f1(a, b, c=0, *args, **kw):
print('a=', a, 'b=', b, 'c=', c, 'args=', args, 'kw=', kw)


def f2(a, b, c=0, *, d, **kw):
print('a=', a, 'b=', b, 'c=', c, 'd=', d, 'kw=', kw)


f1(1, 2)
f1(1, 2, c=3)
f1(1, 2, 3, 'a', 'b')
f1(1, 2, 3, 'a', 'b', x=99)
f2(1, 2, d=99, ext=None)

"""
输出结果:

a= 1 b= 2 c= 0 args= () kw= {}
a= 1 b= 2 c= 3 args= () kw= {}
a= 1 b= 2 c= 3 args= ('a', 'b') kw= {}
a= 1 b= 2 c= 3 args= ('a', 'b') kw= {'x': 99}
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:

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"""
Title: 参数组合
Version: 3.0
Author: 李博帅
"""


def f1(a, b, c=0, *args, **kw):
print('a=', a, 'b=', b, 'c=', c, 'args=', args, 'kw=', kw)


def f2(a, b, c=0, *, d, **kw):
print('a=', a, 'b=', b, 'c=', c, 'd=', d, 'kw=', kw)


args = (1, 2, 3, 4)
kw = {'d': 99, 'x': '#'}
f1(*args, **kw)

args = (1, 2, 3)
kw = {'d': 88, 'x': '#'}
f2(*args, **kw)

"""
输出结果:

a= 1 b= 2 c= 3 args= (4,) kw= {'d': 99, 'x': '#'}
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.

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。

练习

以下函数允许计算两个数的乘积, 请稍加改造, 变成可接受一个或多个数并计算乘积.

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"""
Title: 课后练习
Version: 1.0
Author: 李博帅
"""


def product(*number):
if number == ():
raise TypeError
else:
sum = 1
for x in number:
sum *= x
return sum


# 测试
print('product(5) =', product(5))
print('product(5, 6) =', product(5, 6))
print('product(5, 6, 7) =', product(5, 6, 7))
print('product(5, 6, 7, 9) =', product(5, 6, 7, 9))
if product(5) != 5:
print('测试失败!')
elif product(5, 6) != 30:
print('测试失败!')
elif product(5, 6, 7) != 210:
print('测试失败!')
elif product(5, 6, 7, 9) != 1890:
print('测试失败!')
else:
try:
product()
print('测试失败!')
except TypeError:
print('测试成功!')

"""
输出结果:

product(5) = 5
product(5, 6) = 30
product(5, 6, 7) = 210
product(5, 6, 7, 9) = 1890
测试成功!
"""

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.

默认的参数一定要用不可变对象, 如果是用可变对象, 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接受的是一个 tuple;

**kw是关键字参数, kw接受的是一个 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***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.

本文是整合了”廖雪峰”老师的Python基础教程. 当然也有本人站在初学者角度上, 更便于萌新学习, 做了一些改动. 想观摩”廖雪峰”老师原文的, 可以点下面链接.

廖雪峰的官方网站

Thank you for your accept. mua!
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