[Python]可变类型，默认参数与学弟的困惑

Posted 2021-02-16 Magic激流

一、学弟的困惑

    十天前一个夜阑人静、月明星稀的夜晚，我和我的朋友们正在学校东门的小餐馆里吃着方圆3里内最美味的牛蛙，唱着最好听的歌儿，畅聊人生的意义。突然，我的手机一震，气氛瞬间就安静下来，看着牛蛙碗里三双贪婪的筷子，我犹豫了：不——我的肉…但是本着不让人久等的原则，我不舍地放下了筷子。点亮屏幕，我的眉头不禁紧锁，事情好像并不简单…

    什么，还上升到了去医院的程度？现在的年轻人怎么了，怎么那么不注意安全，嗨，真是一届不如一届了，不过也好，没受伤就好…正当我沉浸在我自己的瞎想时，一张图片紧接着医院那条发了过来…嗯？好熟悉的图！

 

    嗯…，这不是PyCharm嘛…原来是Python…啊不，我的牛蛙…当我还在想这会是个啥问题时，学弟发出了追问三连：

    我是谁？我从哪里来？我的牛蛙怎么没了？

    右手无意思地点开了那张承载着学弟追问三连的图，我倒要看看，什么问题耽误了我吃肉的最佳时机。

    忽略学弟那莫名其妙的文件命名，以及那三位数的行数，学弟的问题由六行代码引出：

1. def li_si(a,ls=[]):  
2.     ls.append(a)  
3.     return ls  
4. print(li_si(7))  
5. print(li_si(15))  
6. print(li_si(45,[1,5,7]))  
7. print(li_si(78))  

   一个函数，两个参数，其中一个是默认的空列表，函数里，列表对第一个参数执行append操作，返回列表。

   四个print()，每个print()的参数是一个函数调用，第一二四个函数调用只有一个参数，第二个参数使用的默认值。

   这会有啥问题？结果是显而易见的嘛。

看来学弟进度有点慢啊。这么基础的知识，怎么会扯上这么多，什么"局部变量"，什么"全局变量"，还有"参数"之类，引得我嘴角上扬，感觉空气中充满了快活的空气。

我夹起了一块牛蛙肉，真香。

瞄了一眼程序的输出结果，瞳孔瞬间放大。

          不好，有诈！我仿佛听到一声惊雷，右手一抖，我的牛蛙掉到了大白菜汤里，啊，牛蛙，你还是想回家啊。

          哈哈，顾不得牛蛙了，看来学弟提了一个好问题，C语言里那一套规则似乎不起作用了。

          放下筷子，虔诚的拿起了可以打开未知世界大门的手机，思绪进入计算机世界，这几行代码在执行时，到底发生了什么。

二、C语言里的函数调用

    当编译器遇到一个函数调用时，它产生代码传递参数并调用函数。C语言里所有的参数均以"传值调用"方式传递，而对于数组参数，传递的则是常量指针(数组)的拷贝。每次函数调用时，被调用的函数都有自己独有的栈空间，里面存储了函数的参数、局部变量等信息，函数返回后，栈空间被释放。

    而Python的解释器是用C写的，Python里的list底层就是C语言的可变数组，就是一个指针。

    基于这种认知，我设想的运行结果应该是，第一二四个函数使用的默认参数list，每次调用时，默认参数都回有一个值，这个值是不确定的(后面会提到，在Python里，可变类型竟然还真是确定的)，所以每次调用时默认参数都(应该)指向空的数组，结果应该就是返回只有a一个元素的列表。

    但是现在运行结果显示，这三次函数调用时似乎指向了同一个列表，这就奇怪了。

三、我的猜想

    本身应该是局部变量的参数，运行时却有了全局变量的效果(我终于还是提到了学弟问的那几个词…)，看着代码，我有了这样几个猜测…

    猜想1： 学弟这几行代码所在行数为106-112，有没有可能在之前的代码中，ls已经被定义过了，所以在后面的代码中，全局的ls覆盖了局部的ls，造成了这种参数全局的效果。

    猜想2： 现在我也好奇当时我为嘛会想到这个…这解释器怎么可能会跨行优化这种…可能是被牛蛙冲昏了头脑。

    猜想3： 这个我做过实验，对同一个函数多次调用，每次函数局部变量的地址都相同。所以我怀疑，默认参数所在内存区域的值，一直没被修改，所以每次都一样。不过这样就有了一个悖论，第三次函数调用没有使用默认的参数，内存区域的值理应被修改，但是第四次调用时又回到了前两种情况。

四、放"码"过来

    回到学校后，终于有机会能实际跑跑这奇怪的代码了，毕竟脑子不能编译、解释代码，还是要上机。

    首先，直接跑这7行代码，看看结果。

    嗯，和学弟的结果一样，可以排除含有全局变量的情况1了。

    看看每次函数调用时默认参数的值与地址。

    这结果部分地验证了猜想3，每次使用默认参数时都指向了同一个地址。

换一下，默认参数改为一个数字，这不会还指同一块吧。

    嗯…还指向同一块，难不成这个默认参数的值放常量池了，怎么老是指一个地儿…啊，对象，突然想起一句话，"Python里万物皆为对象"，这么想来，每一个数字都有自己单独的地址了。嗯，实验一下。

    果然，都是对象。面向对象的特性爬出了书本，以这样一种方式在我的面前刷了一波存在感。

    因此，默认的参数ls，指向的也是同一个列表对象。而想要该变量指向新的列表的话，就得重新赋值。

    重新赋值后，就得到了预期的结果。

五、可变类型与默认参数

    Python的内建标准类型有一种分类标准是分为可变类型与不可变类型：

• 可变类型：列表、字典
• 不可变类型：数字、字符串、元组

    变量保存的实际都是对象的引用，所以在给一个不可变类型(比如int)的变量a赋新值的时候，实际上是在内存中新建了一个对象，并讲a指向这个对象，然后将原对象的引用计数-1。

    所以当函数参数是默认列表时，它始终指向同一个对象，除非重新赋值，否则它并不会重新创建一个新列表。也就是说，多次调用函数执行append操作，实际上是对同一个对象进行操作。

 

 

参考：Python——可变类型与不可变类型（即为什么函数默认参数要用元组而非列表）

    python之函数默认参数及注意点