Python基础-函数参数

写在前面

如非特别说明，下文均基于Python3

摘要
本文详细介绍了函数的各种形参类型，包括位置参数，默认参数值，关键字参数，任意参数列表，强制关键字参数；也介绍了调用函数时传递实参的各种方式，包括位置实参，关键字实参以及使用*和**来解包序列和字典。

1. 概述

函数在一定程度上是为了重用而创建的。如果有一段非常优秀的代码段，实现了网络资源下载的功能，如果没有函数，将会在每次需要实现网络资源下载的地方复制该段代码。懒惰即美德，将这段代码抽象为函数，在需要使用的地方调用即可。
函数的使用有以下好处：

• 增加代码的可读性。如在需要下载网络资源的地方调用函数：download()，可以通过名字读懂程序的目的；
• 增加代码可重用性。相比复制大段代码，调用函数的可操作性无疑更强；
• 增加可维护性。如果需要更改下载网络资源的实现，没有使用函数的情况下，不得不在每个实用下载功能的地方修改，使用了函数，只需要修改函数即可；
• 减少犯错误的可能性。在复制代码的过程中，无疑会因为各种原因出现一些差错，而函数不会。

函数定义非常简单：

def func([formal_parameter1, ... formal_parameter1]):
    statement

以上函数定义的作用是创建函数对象，并且在当前作用域创建名字func，指向函数对象，在可及该作用域范围内，可以使用名字func调用函数。定义函数时候参数列表中的名字是函数形参，调用函数用的参数是实参。

Python函数的参数十分强大，但相应也为这种强大付出了相对复杂的代价。

函数定义时，函数的形参可以有以下几种类型：

• 位置参数 positional parameters，最常用的形参形式，位置比名字重要；
• 默认参数值 default argument values，param_name = argu_value形式，为形参提供默认值，必须放置在位置参数之后；
• 任意参数列表 arbitrary argument lists，*args形式，args以元组的形式接收未匹配的位置实参；
• 关键字形参字典 keyword arguments， **kwargs形式，kwargs以字典的形式接收未匹配的关键字实参，关键字参数需在任意参数列表之后；
• 强制关键字参数 keyword-only arguments，在任意参数列表之后(或者在单独的*之后)，调用是只能使用关键字实参。

函数调用时，实参可以由以下方式传递：

• 位置实参按照位置从左到右匹配，位置比名字重要；
• 关键字实参，通过明确形参的名字为其指定实参值。调用时关键字实参必须在位置实参之后，且形参列表中要有与之匹配的关键字形参；
• 解包列表/字典，使用*(sequence)从序列中解包位置实参，使用**(dict)的方式从字典中解包关键字实参。

当这些不同的形参组合在一起时，构成的函数参数列表将会相当复杂，始终牢记实参形参匹配是位置参数优先。而且，任意参数列表与关键字参数组合的形参列表，可以匹配任意方式的函数调用。

2. 位置参数

位置形参是最常见的形参类型，其中，位置比名字重要，因为在实参匹配是是按照位置来的：

# positional argument, name is not important, but order matters
def positional_argument(name, age):
    print('name->type:%s, value:%s' % (type(name), name))
    print('age->type:%s, value:%s' % (type(age), age))

调用时，如果改变实参位置，意义完全不同：

positional_argument('Richard', 20)
positional_argument(20, 'Richard')

位置形参和位置实参(统称位置参数)是最重要的参数类型，在参数匹配中它的优先级是最高的。

3. 参数默认值

有其他高级语言(如java)经验的人知道，有重载函数这一说法，两个函数的名字相同，其参数列表不同，功能不同。调用者通过指定不同的实参，调用不同形参的重载函数。

但是在Python中没有重载函数的说法，因为默认参数值得存在，是的调用者在调用同一个函数的时候可以指定不同参数。虽然不支持重载，但是Python以默认参数值的方式实现了重载函数的功能。

指定了默认参数值的形参不能位于位置参数之前，因为实参匹配是位置优先的，这时在前面的指定了默认值的参数会被位置实参覆盖，导致后面的位置形参无法匹配到实参值而调用失败：

# default argument values, non-default argument cann't follow default argument
def default_argument_value(name, age = 20, id = '0001'):
    print('name->type:%s, value:%s' % (type(name), name))
    print('age->type:%s, value:%s' % (type(age), age))
    print('id->type:%s, value:%s' % (type(id), id))
    
# 调用时，可以有多种实参形式
# 指定唯一的强制参数
default_argument_value('Richard')
# 指定其中一个默认参数
default_argument_value('Richard', 22)
# 指定全部参数
default_argument_value('Richard', 22, '002')

4. 任意参数列表

Python的函数相较于其他高级语言强大的地方在于，可以收集多余的未匹配到形参的实参。使用如下格式的形参：*args，收集到尚未匹配到形参的实际参数。

接收的额外位置实参以元组的形式存储，且任意参数列表需要在位置参数之后：

# Arbitrary Argument Lists
# It receives a tuple containing the positional arguments beyond the formal parameter list. (*name must occur before **name.) 
# be last in the list of formal parameters, because they scoop up all remaining input arguments that are passed to the function

def arbitrary_arguments_list(name, age, *args):
    print('name->type:%s, value:%s' % (type(name), name))
    print('age->type:%s, value:%s' % (type(age), age))
    print('args->type:%s, value:%s' % (type(args), args))

# 实参1, 2, 3没有位置形参匹配，被任意参数列表收集
arbitrary_arguments_list('Richard', 20, 1, 2, 3)

output：

name->type:<class 'str'>, value:Richard
age->type:<class 'int'>, value:20
args->type:<class 'tuple'>, value:(1, 2, 3)

5. 关键字参数

在调用函数时，通过位置参数方式调用，每个参数到底匹配哪个形参是不容易发现的，之后查看函数定义才能知道。可以通过指定形参对应的实参值的方式调用，这样实参形参的匹配更加明了。

还是以位置形参为例：

# positional argument, name is not important, but order matters
def positional_argument(name, age):
    print('name->type:%s, value:%s' % (type(name), name))
    print('age->type:%s, value:%s' % (type(age), age))

在调用时可以通过关键字方式：

# keyword arguments. 
# In a function call, keyword arguments must follow positional arguments. 
# All the keyword arguments passed must match one of the arguments accepted by the function, and their order is not important.
positional_argument(age = 20, name = 'Richard')

关键字实参必须在位置实参之后，并且可以在形参列表中匹配到形参名字，否则调用失败：

# 形参中没有名为id的参数，所以调用失败
positional_argument(age = 20, name = 'Richard', id = '003')

收集多余关键字实参
任意参数列表能够接收没有匹配到位置形参的实参，而关键字形参字典能够接受为匹配到关键字参数的实参。通过如**kwargs的方式，收集尚未匹配的关键字实参，关键字参数字典也要在位置参数之后：

# keyword arguments dict **kwargs.
# It receives a dictionary containing all keyword arguments except for those corresponding to a formal parameter.
def keyword_argument_dict(name, age, **kwargs):
    print('name->type:%s, value:%s' % (type(name), name))
    print('age->type:%s, value:%s' % (type(age), age))
    print('kwargs->type:%s, value:%s' % (type(kwargs), kwargs))
keyword_argument_dict(name = 'Richard', age = 20, id = '0001', type = 'it')

output：

name->type:<class 'str'>, value:Richard
age->type:<class 'int'>, value:20
kwargs->type:<class 'dict'>, value:{'id': '0001', 'type': 'it'}

另外，关键字形参字典需要在任意参数列表之后。

6. 强制关键字参数

任意出现在*arg或者*之后的形参都是命名关键字参数，意味着它们只能作为关键字实参匹配，而非位置实参。

# Keyword only argument.
# Any formal parameters which occur after the *args parameter are ‘keyword-only’ arguments,
# meaning that they can only be used as keywords rather than positional arguments.
def keyword_only_argument(name, *, age, id):
    print('name->type:%s, value:%s' % (type(name), name))
    print('age->type:%s, value:%s' % (type(age), age))
    print('id->type:%s, value:%s' % (type(id), id))

keyword_only_argument('Richard', age = 20, id = '001')

output：

name->type:<class 'str'>, value:Richard
age->type:<class 'int'>, value:20
id->type:<class 'str'>, value:001

7. 序列和字典实参的解包

在函数调用时，使用*sequence将序列解包为位置实参；
使用**dict将字典解包为关键字实参。

def mix_param(name, *args, **kwargs):
    print('name->type:%s, value:%s' % (type(name), name))
    print('args->type:%s, value:%s' % (type(args), args))
    print('kwargs->type:%s, value:%s' % (type(kwargs), kwargs))

mix_param('Richard', *(1, 2, 3), **{'age':20, 'id':'001'})

output:

name->type:<class 'str'>, value:Richard
args->type:<class 'tuple'>, value:(1, 2, 3)
kwargs->type:<class 'dict'>, value:{'age': 20, 'id': '001'}

注意到*args解包为位置参数，而**kwargs解包为关键字参数，涵盖了Python中所有可能出现的实参类型。因此，可以使用这两个组合调用任意形参实行的函数：

def foo(x, y, z, m = 0, n = 0):
    print(x, y, z, m, n)

def call_foo(*args, **kwargs):
    print('Call foo!')
    foo(*args, **kwargs)

注意到call_foo函数中，args是一个元组，kwargs是一个字典，所以可以解包他们组合调用任意形参形式的函数。这一种方式在调用父类构造函数时非常有用！