Python 工匠：让函数返回结果的技巧

Posted 2022-07-30 腾讯BlueKing

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Python 工匠：让函数返回结果的技巧相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

序言

毫无疑问，函数是 Python 语言里最重要的概念之一。在编程时，我们将真实世界里的大问题分解为小问题，然后通过一个个函数交出答案。函数即是重复代码的克星，也是对抗代码复杂度的最佳武器。

如同大部分故事都会有结局，绝大多数函数也都是以返回结果作为结束。函数返回结果的手法，决定了调用它时的体验。所以，了解如何优雅的让函数返回结果，是编写好函数的必备知识。

Python 的函数返回方式

Python 函数通过调用 return 语句来返回结果。使用 returnvalue 可以返回单个值，用 returnvalue1,value2 则能让函数同时返回多个值。

如果一个函数体内没有任何 return 语句，那么这个函数的返回值默认为 None。除了通过 return 语句返回内容，在函数内还可以使用抛出异常（raise Exception）的方式来“返回结果”。

接下来，我将列举一些与函数返回相关的常用编程建议。

编程建议

1. 单个函数不要返回多种类型

Python 语言非常灵活，我们能用它轻松完成一些在其他语言里很难做到的事情。比如：让一个函数同时返回不同类型的结果。从而实现一种看起来非常实用的“多功能函数”。

就像下面这样：

当我们需要获取单个用户时，就传递 user_id 参数，否则就不传参数拿到所有活跃用户列表。一切都由一个函数 get_users 来搞定。这样的设计似乎很合理。

然而在函数的世界里，以编写具备“多功能”的瑞士军刀型函数为荣不是一件好事。这是因为好的函数一定是 “单一职责（Single responsibility）” 的。单一职责意味着一个函数只做好一件事，目的明确。这样的函数也更不容易在未来因为需求变更而被修改。

而返回多种类型的函数一定是违反“单一职责”原则的，好的函数应该总是提供稳定的返回值，把调用方的处理成本降到最低。像上面的例子，我们应该编写两个独立的函数 get_user_by_id(user_id)、 get_active_users()来替代。

2. 使用 partial 构造新函数

假设这么一个场景，在你的代码里有一个参数很多的函数 A，适用性很强。而另一个函数 B 则是完全通过调用 A 来完成工作，是一种类似快捷方式的存在。

比方在这个例子里， double 函数就是完全通过 multiply 来完成计算的：

对于上面这种场景，我们可以使用 functools 模块里的 partial() 函数来简化它。

partial(func,*args,**kwargs)基于传入的函数与可变（位置/关键字）参数来构造一个新函数。所有对新函数的调用，都会在合并了当前调用参数与构造参数后，代理给原始函数处理。

利用 partial 函数，上面的 double 函数定义可以被修改为单行表达式，更简洁也更直接。

3. 抛出异常，而不是返回结果与错误

我在前面提过，Python 里的函数可以返回多个值。基于这个能力，我们可以编写一类特殊的函数：同时返回结果与错误信息的函数。

在示例中， create_item 函数的作用是创建新的 Item 对象。同时，为了在出错时给调用方提供错误详情，它利用了多返回值特性，把错误信息作为第二个结果返回。

乍看上去，这样的做法很自然。尤其是对那些有 Go 语言编程经验的人来说更是如此。但是在 Python 世界里，这并非解决此类问题的最佳办法。因为这种做法会增加调用方进行错误处理的成本，尤其是当很多函数都遵循这个规范而且存在多层调用时。

Python 具备完善的异常（Exception）机制，并且在某种程度上鼓励我们使用异常（官方文档关于 EAFP 的说明）。所以，使用异常来进行错误流程处理才是更地道的做法。

引入自定义异常后，上面的代码可以被改写成这样：

使用“抛出异常”替代“返回 (结果, 错误信息)”后，整个错误流程处理乍看上去变化不大，但实际上有着非常多不同，一些细节：

新版本函数拥有更稳定的返回值类型，它永远只会返回 Item 类型或是抛出异常
虽然我在这里鼓励使用异常，但“异常”总是会无法避免的让人感到惊讶，所以，最好在函数文档里说明可能抛出的异常类型
异常不同于返回值，它在被捕获前会不断往调用栈上层汇报。所以 create_item 的一级调用方完全可以省略异常处理，交由上层处理。这个特点给了我们更多的灵活性，但同时也带来了更大的风险。

4. 谨慎使用 None 返回值

None 值通常被用来表示“某个应该存在但是缺失的东西”，它在 Python 里是独一无二的存在。很多编程语言里都有与 None 类似的设计，比如 javascript 里的 null、Go 里的 nil 等。因为 None 所拥有的独特虚无气质，它经常被作为函数返回值使用。

当我们使用 None 作为函数返回值时，通常是下面 3 种情况。

4.1. 作为操作类函数的默认返回值

当某个操作类函数不需要任何返回值时，通常就会返回 None。同时，None 也是不带任何 return 语句函数的默认返回值。

对于这种函数，使用 None 是没有任何问题的，标准库里的 list.append()、 os.chdir() 均属此类。

4.2. 作为某些“意料之中”的可能没有的值

有一些函数，它们的目的通常是去尝试性的做某件事情。视情况不同，最终可能有结果，也可能没有结果。而对调用方来说，“没有结果”完全是意料之中的事情。对这类函数来说，使用 None 作为“没结果”时的返回值也是合理的。

在 Python 标准库里，正则表达式模块 re 下的 re.search、 re.match 函数均属于此类，这两个函数在可以找到匹配结果时返回 re.Match 对象，找不到时则返回 None。

4.3. 作为调用失败时代表“错误结果”的值

有时， None 也会经常被我们用来作为函数调用失败时的默认返回值，比如下面这个函数：

当 username 不合法时，函数 create_user_from_name 将会返回 None。但在这个场景下，这样做其实并不好。

不过你也许会觉得这个函数完全合情合理，甚至你会觉得它和我们提到的上一个“没有结果”时的用法非常相似。那么如何区分这两种不同情形呢？关键在于：函数签名（名称与参数）与 None 返回值之间是否存在一种“意料之中”的暗示。

让我解释一下，每当你让函数返回 None 值时，请仔细阅读函数名，然后问自己一个问题：假如我是该函数的使用者，从这个名字来看，“拿不到任何结果”是否是该函数名称含义里的一部分？

分别用这两个函数来举例：

re.search()：从函数名来看， search，代表着从目标字符串里去搜索匹配结果，而搜索行为，一向是可能有也可能没有结果的，所以该函数适合返回 None
create_user_from_name()：从函数名来看，代表基于一个名字来构建用户，并不能读出一种可能返回、可能不返回的含义。所以不适合返回 None

对于那些不能从函数名里读出 None 值暗示的函数来说，有两种修改方式。第一种，如果你坚持使用 None 返回值，那么请修改函数的名称。比如可以将函数 create_user_from_name() 改名为 create_user_or_none()。

第二种方式则更常见的多：用抛出异常（raise Exception）来代替 None 返回值。因为，如果返回不了正常结果并非函数意义里的一部分，这就代表着函数出现了“意料以外的状况”，而这正是 Exceptions 异常 所掌管的领域。

使用异常改写后的例子：

与 None 返回值相比，抛出异常除了拥有我们在上个场景提到的那些特点外，还有一个额外的优势：可以在异常信息里提供出现意料之外结果的原因，这是只返回一个 None 值做不到的。

5. 合理使用“空对象模式”

我在前面提到函数可以用 None 值或异常来返回错误结果，但这两种方式都有一个共同的缺点。那就是所有需要使用函数返回值的地方，都必须加上一个 if 或 try/except 防御语句，来判断结果是否正常。

让我们看一个可运行的完整示例：

在这个例子里，每当我们调用 Account.from_string 时，都必须使用 try/except 来捕获可能发生的异常。如果项目里需要调用很多次该函数，这部分工作就变得非常繁琐了。针对这种情况，可以使用“空对象模式（Null object pattern）”来改善这个控制流。

Martin Fowler 在他的经典著作《重构》中用一个章节详细说明过这个模式。简单来说，就是使用一个符合正常结果接口的“空类型”来替代空值返回/抛出异常，以此来降低调用方处理结果的成本。

引入“空对象模式”后，上面的示例可以被修改成这样：

在新版代码里，我定义了 NullAccount 这个新类型，用来作为 from_string 失败时的错误结果返回。这样修改后的最大变化体现在 caculate_total_balance 部分：

调整之后，调用方不必再显式使用 try语句来处理错误，而是可以假设 Account.from_string 函数总是会返回一个合法的 Account 对象，从而大大简化整个计算逻辑。