Python函数的默认参数的设计原创

Posted 2020-11-26 Mr-chen

 

在Python教程里，针对默认参数，给了一个“重要警告”的例子：

def f(a, L=[]):
    L.append(a)
    return L

print(f(1))
print(f(2))
print(f(3))

默认值只会执行一次，也没说原因。会打印出结果：

[1]
[1, 2]
[1, 2, 3]

因为学的第一门语言是Ruby，所以感觉有些奇怪。 但肯定的是方法f一定储存了变量L。

 

准备知识：指针

p指向不可变对象，比如数字。则相当于p指针指向了不同的内存地址。

p指向的是可变对象，比如list。list自身的改变，并不会改变list对象自身所在的内存地址。所以p指向的内存地址不变。

>>> p = 1
>>> id(p)
4523801232
>>> p = p + 1
>>> id(p)
4523801264
>>> p = 11
>>> id(p)
4523801552

>>> p = []
>>> id(p)
4527080640
>>> p.append(11)
>>> id(p)
4527080640

 

 

根本原因

Python函数的参数默认值，是在编译阶段就绑定了。（写代码时就定义了。）

 

下面是一段从Python Common Gotchas中摘录的原因解释：

Python’s default arguments are evaluated once when the function is defined, not each time the function is called (like it is in say, Ruby). This means that if you use a mutable default argument and mutate it, you will and have mutated that object for all future calls to the function as well.

由此可知：

1. 在运行代码时，运行到函数定义时，默认参数的表达式就被执行了。 
2. 函数调用时，不会再次运行默认参数的表达式。?? 这点和Ruby完全不同。
3. 由此可知，如果默认参数，指向一个不变对象，例如L = 1。那么在函数调用时，在函数体内对L重新赋值，L其实是一个新的指针, 指向的是一个新的内存地址。而原来默认参数L本身及指向的内存地址，已经储存在最开始编译时的函数定义中。可以用__default__查看。
4. 如果默认参数指向的是一个可变对象，如list, 那么L.append(a)是对可变对象自身的修改，L指向的内存地址不变。所以每次调用函数，默认参数取出的都是这个内存地址的对象。

第三条，修改上面的例子：

 

def f(a, L = 1):
    L = a
    print(id(L))
    return L

print("self",id(f.__defaults__[0]))
print(f(1))
print("self",id(f.__defaults__[0]))
print(f(33))
print("self",id(f.__defaults__[0]))

#运行结果：
self 4353170064
4353170064
1
self 4353170064
4353171088
33
self 4353170064

默认参数L，在编译阶段就绑定了，储存在__default__内。函数体内的L = a表达式，生成的是新的变量。返回的L是新的变量，和默认参数无关。

 

第四条，还是上面的例子, 改一下默认参数的类型为可变对象list:

def f(a, L = []):
    L.append(a)
    print(id(L))
    return L
# L = f(1)
print("self",id(f.__defaults__[0]))
print(f(1))
print("self",id(f.__defaults__[0]))
print(f(33))
print("self",id(f.__defaults__[0]))

#返回结果
self 4337586048
4337586048
[1]
self 4337586048
4337586048
[1, 33]
self 4337586048

由id号可知，返回的是默认参数自身。

 

如何避免这个陷阱带来不必要麻烦

def f(a, L = None):
    if L is None:
        L = []
    L.append(a)
    return L

 

为什么Python要这么设计

 StackOverflow 上争论很多。

 

Ruby之所以没有这个问题，我想是因为Ruby的def关键字定义了一个封闭作用域，任何数据都必须通过参数传入到方法内，才能用。

和Ruby比，Python参数的作用被大大消弱了。Python的出现晚于Ruby，其创始人肯定参考了Ruby的设计。抛弃了这个设计，选择了类似javascript的函数方式。def定义的函数，执行时是可以接收外部作用域的变量的。

有观点认为：

出于Python编译器的实现方式考虑，函数是一个内部一级对象。而参数默认值是这个对象的属性。在其他任何语言中，对象属性都是在对象创建时做绑定的。因此，函数参数默认值在编译时绑定也就不足为奇了。

 

本文参考了：http://cenalulu.github.io/python/default-mutable-arguments/#toc1 ，并加入了自己的理解。欢迎转载！