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Python 函式中,引數是傳值,還是傳引用?

在 C/C++ 中,傳值和傳引用是函式引數傳遞的兩種方式,在Python中引數是如何傳遞的?回答這個問題前,不如先來看兩段程式碼。

程式碼段1:

def foo(arg):
    arg = 2
    print(arg)

a = 1
foo(a)  # 輸出:2
print(a) # 輸出:1

看了程式碼段1的同學可能會說引數是值傳遞。

程式碼段2:

def bar(args):
    args.append(1)

b = []
print(b)# 輸出:[]
print(id(b)) # 輸出:4324106952
bar(b)
print(b) # 輸出:[
1] print(id(b)) # 輸出:4324106952

看了程式碼段2,這時可能又有人會說,引數是傳引用,那麼問題來了,引數傳遞到底是傳值還是傳引用或者兩者都不是?為了把這個問題弄清楚,先了解 Python 中變數與物件之間的關係。

變數與物件

Python 中一切皆為物件,數字是物件,列表是物件,函式也是物件,任何東西都是物件。而變數是物件的一個引用(又稱為名字或者標籤),物件的操作都是通過引用來完成的。例如,[]是一個空列表物件,變數 a 是該物件的一個引用

a = []
a.append(1)

在 Python 中,「變數」更準確叫法是「名字」,賦值操作 = 就是把一個名字繫結

到一個物件上。就像給物件新增一個標籤。

a = 1

a1tag

整數 1 賦值給變數 a 就相當於是在整數1上綁定了一個 a 標籤。

a = 2

a2tag.png

整數 2 賦值給變數 a,相當於把原來整數 1 身上的 a 標籤撕掉,貼到整數 2 身上。

b = a

ab2tag.png

把變數 a 賦值給另外一個變數 b,相當於在物件 2 上貼了 a,b 兩個標籤,通過這兩個變數都可以對物件 2 進行操作。

變數本身沒有型別資訊,型別資訊儲存在物件中,這和C/C++中的變數有非常大的出入(C中的變數是一段記憶體區域)

函式引數

Python 函式中,引數的傳遞本質上是一種賦值操作,而賦值操作是一種名字到物件的繫結過程,清楚了賦值和引數傳遞的本質之後,現在再來分析前面兩段程式碼。

def foo(arg):
    arg = 2
    print(arg)

a = 1
foo(a)  # 輸出:2
print(a) # 輸出:1

assign.png

在程式碼段1中,變數 a 綁定了 1,呼叫函式 foo(a) 時,相當於給引數 arg 賦值 arg=1,這時兩個變數都綁定了 1。在函式裡面 arg 重新賦值為 2 之後,相當於把 1 上的 arg 標籤撕掉,貼到 2 身上,而 1 上的另外一個標籤 a 一直存在。因此 print(a) 還是 1。

再來看一下程式碼段2

def bar(args):
    args.append(1)

b = []
print(b)# 輸出:[]
print(id(b)) # 輸出:4324106952
bar(b)
print(b) # 輸出:[1]
print(id(b))  # 輸出:4324106952

list_assign.png

執行 append 方法前 b 和 arg 都指向(繫結)同一個物件,執行 append 方法時,並沒有重新賦值操作,也就沒有新的繫結過程,append 方法只是對列表物件插入一個元素,物件還是那個物件,只是物件裡面的內容變了。因為 b 和 arg 都是繫結在同一個物件上,執行 b.append 或者 arg.append 方法本質上都是對同一個物件進行操作,因此 b 的內容在呼叫函式後發生了變化(但id沒有變,還是原來那個物件)

最後,回到問題本身,究竟是是傳值還是傳引用呢?說傳值或者傳引用都不準確。非要安一個確切的叫法的話,叫傳物件(call by object)。如果作為面試官,非要考察候選人對 Python 函式引數傳遞掌握與否,與其討論字面上的意思,還不如來點實際程式碼。

show me the code

def bad_append(new_item, a_list=[]):
    a_list.append(new_item)
    return a_list

這段程式碼是初學者最容易犯的錯誤,用可變(mutable)物件作為引數的預設值。函式定義好之後,預設引數 a_list 就會指向(繫結)到一個空列表物件,每次呼叫函式時,都是對同一個物件進行 append 操作。因此這樣寫就會有潛在的bug,同樣的呼叫方式返回了不一樣的結果。

>>> print bad_append('one')
['one']
>>> print bad_append('one')
['one', 'one']

list_default_value.png

而正確的方式是,把引數預設值指定為None

def good_append(new_item, a_list=None):
    if a_list is None:
        a_list = []
    a_list.append(new_item)
    return a_list

list_none_value.png

參考:http://python.net/~goodger/projects/pycon/2007/idiomatic/handout.html#other-languages-have-variables


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