函數的參數

定義函數的時候，我們把參數的名字和位置確定下來，函數的接口定義就完成了。對於函數的調用者來說，只需要知道如何傳遞正確的參數，以及函數將返回什麽樣的值就夠了，函數內部的復雜邏輯被封裝起來，調用者無需了解。

Python的函數定義非常簡單，但靈活度卻非常大。除了正常定義的必選參數外，還可以使用默認參數、可變參數和關鍵字參數，使得函數定義出來的接口，不但能處理復雜的參數，還可以簡化調用者的代碼。

位置參數

我們先寫一個計算x2的函數：

def power(x):
    return x * x

對於power(x)函數，參數x就是一個位置參數。

當我們調用power函數時，必須傳入有且僅有的一個參數x

>>> power(5)
25
>>> power(15)
225

現在，如果我們要計算x3怎麽辦？可以再定義一個power3函數，但是如果要計算x4、x5……怎麽辦？我們不可能定義無限多個函數。

你也許想到了，可以把power(x)修改為power(x, n)，用來計算xn，說幹就幹：

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

對於這個修改後的power(x, n)函數，可以計算任意n次方：

>>> power(5
 
, 2)
25
>>> power(5, 3)
125

修改後的power(x, n)函數有兩個參數：x和n，這兩個參數都是位置參數，調用函數時，傳入的兩個值按照位置順序依次賦給參數x和n。

默認參數

新的power(x, n)函數定義沒有問題，但是，舊的調用代碼失敗了，原因是我們增加了一個參數，導致舊的代碼因為缺少一個參數而無法正常調用：

>>> power(5)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: power() missing 
 
1 required positional argument: ‘n‘

Python的錯誤信息很明確：調用函數power()缺少了一個位置參數n。

這個時候，默認參數就排上用場了。由於我們經常計算x2，所以，完全可以把第二個參數n的默認值設定為2：

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

這樣，當我們調用power(5)時，相當於調用power(5, 2)：

>>> power(5)
25
>>> power(5, 2)
25

而對於n > 2的其他情況，就必須明確地傳入n，比如power(5, 3)。

從上面的例子可以看出，默認參數可以簡化函數的調用。設置默認參數時，有幾點要註意：

一是必選參數在前，默認參數在後，否則Python的解釋器會報錯；

二是如何設置默認參數。

當函數有多個參數時，把變化大的參數放前面，變化小的參數放後面。變化小的參數就可以作為默認參數。

使用默認參數有什麽好處？最大的好處是能降低調用函數的難度。

舉個例子，我們寫個一年級小學生註冊的函數，需要傳入name和gender兩個參數：

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

這樣，調用enroll()函數只需要傳入兩個參數：

>>> enroll(‘Sarah‘, ‘F‘)
name: Sarah
gender: F

如果要繼續傳入年齡、城市等信息怎麽辦？這樣會使得調用函數的復雜度大大增加。

我們可以把年齡和城市設為默認參數：

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

這樣，大多數學生註冊時不需要提供年齡和城市，只提供必須的兩個參數：

>>> enroll(‘Sarah‘, ‘F‘)
name: Sarah
gender: F
age: 6
city: Beijing

只有與默認參數不符的學生才需要提供額外的信息：

enroll(‘Bob‘, ‘M‘, 7)
enroll(‘Adam‘, ‘M‘, city=‘Tianjin‘)

可見，默認參數降低了函數調用的難度，而一旦需要更復雜的調用時，又可以傳遞更多的參數來實現。無論是簡單調用還是復雜調用，函數只需要定義一個。

有多個默認參數時，調用的時候，既可以按順序提供默認參數，比如調用enroll(‘Bob‘, ‘M‘, 7)，意思是，除了name，gender這兩個參數外，最後1個參數應用在參數age上，city參數由於沒有提供，仍然使用默認值。

也可以不按順序提供部分默認參數。當不按順序提供部分默認參數時，需要把參數名寫上。比如調用enroll(‘Adam‘, ‘M‘, city=‘Tianjin‘)，意思是，city參數用傳進去的值，其他默認參數繼續使用默認值。

默認參數很有用，但使用不當，也會掉坑裏。默認參數有個最大的坑，演示如下：

先定義一個函數，傳入一個list，添加一個END再返回：

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

當你正常調用時，結果似乎不錯：

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

當你使用默認參數調用時，一開始結果也是對的：

>>> add_end()
[‘END‘]

但是，再次調用add_end()時，結果就不對了：

>>> add_end()
[‘END‘, ‘END‘]
>>> add_end()
[‘END‘, ‘END‘, ‘END‘]

默認參數是[]，但是函數似乎每次都“記住了”上次添加了‘END‘後的list。

原因解釋如下：

Python函數在定義的時候，默認參數L的值就被計算出來了，即[]，因為默認參數L也是一個變量，它指向對象[]，每次調用該函數，如果改變了L的內容，則下次調用時，默認參數的內容就變了，不再是函數定義時的[]了。

要修改上面的例子，我們可以用None這個不變對象來實現：

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

現在，無論調用多少次，都不會有問題：

>>> add_end()
[‘END‘]
>>> add_end()
[‘END‘]

為什麽要設計str、None這樣的不變對象呢？因為不變對象一旦創建，對象內部的數據就不能修改，這樣就減少了由於修改數據導致的錯誤。此外，由於對象不變，多任務環境下同時讀取對象不需要加鎖，同時讀一點問題都沒有。我們在編寫程序時，如果可以設計一個不變對象，那就盡量設計成不變對象。

可變參數

在Python函數中，還可以定義可變參數。顧名思義，可變參數就是傳入的參數個數是可變的，可以是1個、2個到任意個，還可以是0個。

我們以數學題為例子，給定一組數字a，b，c……，請計算a2 + b2 + c2 + ……。

要定義出這個函數，我們必須確定輸入的參數。由於參數個數不確定，我們首先想到可以把a，b，c……作為一個list或tuple傳進來，這樣，函數可以定義如下：

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

但是調用的時候，需要先組裝出一個list或tuple：

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

如果利用可變參數，調用函數的方式可以簡化成這樣：

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

所以，我們把函數的參數改為可變參數：

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

定義可變參數和定義一個list或tuple參數相比，僅僅在參數前面加了一個*號。在函數內部，參數numbers接收到的是一個tuple，因此，函數代碼完全不變。但是，調用該函數時，可以傳入任意個參數，包括0個參數：

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

如果已經有一個list或者tuple，要調用一個可變參數怎麽辦？可以這樣做：

>>> nums = [1, 2, 3]
>>> calc(nums[0], nums[1], nums[2])
14

這種寫法當然是可行的，問題是太繁瑣，所以Python允許你在list或tuple前面加一個*號，把list或tuple的元素變成可變參數傳進去：

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

*nums表示把nums這個list的所有元素作為可變參數傳進去。這種寫法相當有用，而且很常見。

關鍵字參數

可變參數允許你傳入0個或任意個參數，這些可變參數在函數調用時自動組裝為一個tuple。而關鍵字參數允許你傳入0個或任意個含參數名的參數，這些關鍵字參數在函數內部自動組裝為一個dict。請看示例：

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

函數person除了必選參數name和age外，還接受關鍵字參數kw。在調用該函數時，可以只傳入必選參數：

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

也可以傳入任意個數的關鍵字參數：

>>> 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‘}

關鍵字參數有什麽用？它可以擴展函數的功能。比如，在person函數裏，我們保證能接收到name和age這兩個參數，但是，如果調用者願意提供更多的參數，我們也能收到。試想你正在做一個用戶註冊的功能，除了用戶名和年齡是必填項外，其他都是可選項，利用關鍵字參數來定義這個函數就能滿足註冊的需求。

和可變參數類似，也可以先組裝出一個dict，然後，把該dict轉換為關鍵字參數傳進去：

>>> extra = {‘city‘: ‘Beijing‘, ‘job‘: ‘Engineer‘}
>>> person(‘Jack‘, 24, city=extra[‘city‘], job=extra[‘job‘])
name: Jack age: 24 other: {‘city‘: ‘Beijing‘, ‘job‘: ‘Engineer‘}

當然，上面復雜的調用可以用簡化的寫法：

>>> extra = {‘city‘: ‘Beijing‘, ‘job‘: ‘Engineer‘}
>>> person(‘Jack‘, 24, **extra)
name: Jack age: 24 other: {‘city‘: ‘Beijing‘, ‘job‘: ‘Engineer‘}

**extra表示把extra這個dict的所有key-value用關鍵字參數傳入到函數的**kw參數，kw將獲得一個dict，註意kw獲得的dict是extra的一份拷貝，對kw的改動不會影響到函數外的extra。

命名關鍵字參數

對於關鍵字參數，函數的調用者可以傳入任意不受限制的關鍵字參數。至於到底傳入了哪些，就需要在函數內部通過kw檢查。

仍以person()函數為例，我們希望檢查是否有city和job參數：

def person(name, age, **kw):
    if ‘city‘ in kw:
        # 有city參數
        pass
    if ‘job‘ in kw:
        # 有job參數
        pass
    print(‘name:‘, name, ‘age:‘, age, ‘other:‘, kw)

但是調用者仍可以傳入不受限制的關鍵字參數：

>>> person(‘Jack‘, 24, city=‘Beijing‘, addr=‘Chaoyang‘, zipcode=123456)

如果要限制關鍵字參數的名字，就可以用命名關鍵字參數，例如，只接收city和job作為關鍵字參數。這種方式定義的函數如下：

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

和關鍵字參數**kw不同，命名關鍵字參數需要一個特殊分隔符*，*後面的參數被視為命名關鍵字參數。

調用方式如下：

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

如果函數定義中已經有了一個可變參數，後面跟著的命名關鍵字參數就不再需要一個特殊分隔符*了：

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

命名關鍵字參數必須傳入參數名，這和位置參數不同。如果沒有傳入參數名，調用將報錯：

>>> 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

由於調用時缺少參數名city和job，Python解釋器把這4個參數均視為位置參數，但person()函數僅接受2個位置參數。

命名關鍵字參數可以有缺省值，從而簡化調用：

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

由於命名關鍵字參數city具有默認值，調用時，可不傳入city參數：

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

使用命名關鍵字參數時，要特別註意，如果沒有可變參數，就必須加一個*作為特殊分隔符。如果缺少*，Python解釋器將無法識別位置參數和命名關鍵字參數：

def person(name, age, city, job):
    # 缺少 *，city和job被視為位置參數
    pass

參數組合

在Python中定義函數，可以用必選參數、默認參數、可變參數、關鍵字參數和命名關鍵字參數，這5種參數都可以組合使用。但是請註意，參數定義的順序必須是：必選參數、默認參數、可變參數、命名關鍵字參數和關鍵字參數。

比如定義一個函數，包含上述若幹種參數：

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)

在函數調用的時候，Python解釋器自動按照參數位置和參數名把對應的參數傳進去。

>>> 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}

最神奇的是通過一個tuple和dict，你也可以調用上述函數：

>>> 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，對於任意函數，都可以通過類似func(*args, **kw)的形式調用它，無論它的參數是如何定義的。

小結

Python的函數具有非常靈活的參數形態，既可以實現簡單的調用，又可以傳入非常復雜的參數。

默認參數一定要用不可變對象，如果是可變對象，程序運行時會有邏輯錯誤！

要註意定義可變參數和關鍵字參數的語法：

*args是可變參數，args接收的是一個tuple；

**kw是關鍵字參數，kw接收的是一個dict。

以及調用函數時如何傳入可變參數和關鍵字參數的語法：

可變參數既可以直接傳入：func(1, 2, 3)，又可以先組裝list或tuple，再通過*args傳入：func(*(1, 2, 3))；

關鍵字參數既可以直接傳入：func(a=1, b=2)，又可以先組裝dict，再通過**kw傳入：func(**{‘a‘: 1, ‘b‘: 2})。

使用*args和**kw是Python的習慣寫法，當然也可以用其他參數名，但最好使用習慣用法。

命名的關鍵字參數是為了限制調用者可以傳入的參數名，同時可以提供默認值。

定義命名的關鍵字參數在沒有可變參數的情況下不要忘了寫分隔符*，否則定義的將是位置參數。

13 函數的參數