如果你用C給Matlab寫過MEX程序,那么這個(gè)問題是很容易理解的(好像每次討論P(yáng)ython問題時(shí)我總是把Matlab搬了出來…… 《在Matlab中把struct當(dāng)成Python中的Dictionary使用》《Matlab和Python的幾種數(shù)據(jù)類型的比較》)。
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既然提到了MEX,就簡(jiǎn)單說一下:
一個(gè)Matlab可能形如
function ret=add3(a,b,c)
如果在C的層面實(shí)現(xiàn)這個(gè)函數(shù),就會(huì)看到另一種景象:
void mexFunction(int nlhs,mxArray * plhs[],int nrhs,const mxArray * prhs[])
a,b,c三個(gè)參數(shù)的地址放在一個(gè)指針數(shù)組里,然后把這個(gè)指針數(shù)組的首地址作為參數(shù)prhs傳遞給函數(shù),這說明Matlab函數(shù)的參數(shù)是傳遞指針的,而不是值傳遞。
縱然是傳遞的指針,但是卻不能在函數(shù)里改變實(shí)參的值,因?yàn)闃?biāo)記為逗const地了。
Python是開放源碼的,我沒有看。所以下面很多東西是猜的。
Python在函數(shù)的參數(shù)傳遞時(shí)用的什么手法看實(shí)驗(yàn)一下(使用ActivePython2.5):
首先介紹一個(gè)重要的函數(shù):
help(id)
Help on built-in function id in module __builtin__:
id(...)
id(object) - integer
Return the identity of an object. This is guaranteed to be unique among
simultaneously existing objects. (Hint: it's the object's memory address.)
看最后括號(hào)里那句:Hint:it's the object's address.(它是對(duì)象的地址)
有了這個(gè)函數(shù),下面的事情就方便多了。
a=0
id(a)
3630228
a=1
id(a)
3630216
可以看出,給a賦一次值,a的address就改變了。在C的層面看,(也許真實(shí)情況不是下面的樣子,但作為一個(gè)類比應(yīng)該還是可以的):
void * pa;
pa=malloc(sizeof(int));
*(int *)pa=0;
free(pa);
pa=malloc(sizeof(int));
*(int *)pa=1;
Python中每次賦值會(huì)改變變量的address,分配新的內(nèi)存空間,所以Python中對(duì)于類型不像C那樣嚴(yán)格要求。
下面看看Python函數(shù)參數(shù)傳遞時(shí)到底傳的什么:
有一個(gè)函數(shù):
def changeA(a):
... print id(a)
... a=100
... print id(a)
設(shè)定一個(gè)變量var1:
var1=10
id(var1)
3630108
changeA(var1)
3630108
3631012
var1
10
調(diào)用函數(shù)后,從兩次print的結(jié)果可以看出,傳遞確實(shí)是地址。但是即便如此,在函數(shù)內(nèi)對(duì)形參的修改不會(huì)對(duì)實(shí)參造成任何實(shí)質(zhì)的影響,因?yàn)閷?duì)形參的重新賦值,只是改變了形參所指向的內(nèi)存單元(changeA里兩次調(diào)用print id(a)得到不同的結(jié)果),卻沒有改變實(shí)參的指向。在C的層面看也許類似下面的情節(jié):
void changeA(void * pa)
{
pa=malloc(sizeof(int));
*(int *)pa=100;
free(pa);
}
精通C的你一眼就看出這個(gè)函數(shù)永遠(yuǎn)也改變不了它外面的世界。
也就是說雖然傳遞的是地址,但像changeA這樣的函數(shù)改變不了實(shí)參的值。
也許會(huì)感到困擾看不,我已經(jīng)在Matlab中習(xí)慣了。
一個(gè)最典型的例子就是Matlab中刪除結(jié)構(gòu)體成員的rmfield函數(shù)(參見《Matlab筆記三則》),
(Matlab版本7.0.1)
如果想刪除結(jié)構(gòu)體patient的name成員,用
rmfield(patient, 'name');
是永遠(yuǎn)達(dá)不到目的的(就像試圖用雙手抓住自己的領(lǐng)子,把自己提到空中);
迷途知返的做法是:
patient = rmfield(patient, 'name');
s=[3,2,5,1]
sorted(s,reverse=True)
默認(rèn)reverse=False,排序?yàn)檎?。傳入reverse=True,排序就是倒序
對(duì)象vs變量
在python中,類型屬于對(duì)象,變量是沒有類型的,這正是python的語言特性,也是吸引著很多pythoner的一點(diǎn)。所有的變量都可以理解是內(nèi)存中一個(gè)對(duì)象的“引用”,或者,也可以看似c中void*的感覺。所以,希望大家在看到一個(gè)python變量的時(shí)候,把變量和真正的內(nèi)存對(duì)象分開。
類型是屬于對(duì)象的,而不是變量。
這樣,很多問題就容易思考了。
例如:
對(duì)象vs變量
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nfoo = 1 #一個(gè)指向int數(shù)據(jù)類型的nfoo(再次提醒,nfoo沒有類型)lstFoo = [1] #一個(gè)指向list類型的lstFoo,這個(gè)list中包含一個(gè)整數(shù)1
可更改(mutable)與不可更改(immutable)對(duì)象
對(duì)應(yīng)于上一個(gè)概念,就必須引出另了另一概念,這就是可更改(mutable)對(duì)象與不可更改(immutable)對(duì)象。
對(duì)于python比較熟悉的人們都應(yīng)該了解這個(gè)事實(shí),在python中,strings, tuples, 和numbers是不可更改的對(duì)象,而list,dict等則是可以修改的對(duì)象。那么,這些所謂的可改變和不可改變影響著什么呢?
可更改vs不可更改
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nfoo = 1nfoo = 2lstFoo = [1]lstFoo[0] = 2
代碼第2行中,內(nèi)存中原始的1對(duì)象因?yàn)椴荒芨淖?,于是被“拋棄”,另nfoo指向一個(gè)新的int對(duì)象,其值為2
代碼第5行中,更改list中第一個(gè)元素的值,因?yàn)閘ist是可改變的,所以,第一個(gè)元素變更為2。其實(shí)應(yīng)該說,lstFoo指向一個(gè)包含一個(gè)對(duì)象的數(shù)組。賦值所發(fā)生的事情,是有一個(gè)新int對(duì)象被指定給lstFoo所指向的數(shù)組對(duì)象的第一個(gè)元素,但是對(duì)于lstFoo本身來說,所指向的數(shù)組對(duì)象并沒有變化,只是數(shù)組對(duì)象的內(nèi)容發(fā)生變化了。這個(gè)看似void*的變量所指向的對(duì)象仍舊是剛剛的那個(gè)有一個(gè)int對(duì)象的list。
如下圖所示:
Python的函數(shù)參數(shù)傳遞:傳值?引用?
對(duì)于變量(與對(duì)象相對(duì)的概念),其實(shí),python函數(shù)參數(shù)傳遞可以理解為就是變量傳值操作,用C++的方式理解,就是對(duì)void*賦值。如果這個(gè)變量的值不變,我們看似就是引用,如果這個(gè)變量的值改變,我們看著像是在賦值。有點(diǎn)暈是吧,我們?nèi)耘f據(jù)個(gè)例子。
不可變對(duì)象參數(shù)調(diào)用
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def ChangeInt( a ): a = 10nfoo = 2 ChangeInt(nfoo)print nfoo #結(jié)果是2
這時(shí)發(fā)生了什么,有一個(gè)int對(duì)象2,和指向它的變量nfoo,當(dāng)傳遞給ChangeInt的時(shí)候,按照傳值的方式,復(fù)制了變量nfoo的值,這樣,a就是nfoo指向同一個(gè)Int對(duì)象了,函數(shù)中a=10的時(shí)候,發(fā)生什么?(還記得我上面講到的那些概念么),int是不能更改的對(duì)象,于是,做了一個(gè)新的int對(duì)象,另a指向它(但是此時(shí),被變量nfoo指向的對(duì)象,沒有發(fā)生變化),于是在外面的感覺就是函數(shù)沒有改變nfoo的值,看起來像C++中的傳值方式。
可變對(duì)象參數(shù)調(diào)用
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def ChangeList( a ): a[0] = 10lstFoo = [2]ChangeList(lstFoo )print nfoo #結(jié)果是[10]
當(dāng)傳遞給ChangeList的時(shí)候,變量仍舊按照“傳值”的方式,復(fù)制了變量lstFoo 的值,于是a和lstFoo 指向同一個(gè)對(duì)象,但是,list是可以改變的對(duì)象,對(duì)a[0]的操作,就是對(duì)lstFoo指向的對(duì)象的內(nèi)容的操作,于是,這時(shí)的a[0] = 10,就是更改了lstFoo 指向的對(duì)象的第一個(gè)元素,所以,再次輸出lstFoo 時(shí),顯示[10],內(nèi)容被改變了,看起來,像C++中的按引用傳遞。
def a(): global q q=1+2 return q def b(): a() c=2+q print(c) b()5 q3 函數(shù)中的變量在外面調(diào)用,需要申明為全局變量
Python函數(shù)參數(shù)傳遞機(jī)制問題在本質(zhì)上是調(diào)用函數(shù)(過程)和被調(diào)用函數(shù)(過程)在調(diào)用發(fā)生時(shí)進(jìn)行通信的方法問題。基本的參數(shù)傳遞
機(jī)制有兩種:值傳遞和引用傳遞。值傳遞(passl-by-value)過程中,被調(diào)函數(shù)的形式參數(shù)作為被調(diào)函數(shù)的局部變量處理,即在堆棧中開
辟了內(nèi)存空間以存放由主調(diào)函數(shù)放進(jìn)來的實(shí)參的值,從而成為了實(shí)參的一個(gè)副本。值傳遞的特點(diǎn)是被調(diào)函數(shù)對(duì)形式參數(shù)的任何操作都是作
為局部變量進(jìn)行,不會(huì)影響主調(diào)函數(shù)的實(shí)參變量的值。(推薦學(xué)習(xí):Python視頻教程)
引用傳遞(pass-by-reference)過程中,被調(diào)函數(shù)的形式參數(shù)雖然也作為局部變量在堆棧中開辟了內(nèi)存空間,但是這時(shí)存放的是由主調(diào)函
數(shù)放進(jìn)來的實(shí)參變量的地址。被調(diào)函數(shù)對(duì)形參的任何操作都被處理成間接尋址,即通過堆棧中存放的地址訪問主調(diào)函數(shù)中的實(shí)參變量。正
因?yàn)槿绱耍徽{(diào)函數(shù)對(duì)形參做的任何操作都影響了主調(diào)函數(shù)中的實(shí)參變量。
Python中函數(shù)參數(shù)的傳遞是通過“賦值”來傳遞的。但這條規(guī)則只回答了函數(shù)參數(shù)傳遞的“戰(zhàn)略問題”,并沒有回答“戰(zhàn)術(shù)問題”,也就說沒有回答怎么賦值的問題。函數(shù)參數(shù)的使用可以分為兩個(gè)方面,一是函數(shù)參數(shù)如何定義,二是函數(shù)在調(diào)用時(shí)的參數(shù)如何解析的。而后者又是由前者決定的。函數(shù)參數(shù)的定義有四種形式:
1. F(arg1,arg2,...)
2. F(arg2=value,arg3=value...)
3. F(*arg1)
4. F(**arg1)
第1 種方式是最“傳統(tǒng)”的方式:一個(gè)函數(shù)可以定義不限個(gè)數(shù)參數(shù),參數(shù)(形式參數(shù))放在跟在函數(shù)名后面的小括號(hào)中,各個(gè)參數(shù)之間以逗號(hào)隔開。用這種方式定義的函數(shù)在調(diào)用的時(shí)候也必須在函數(shù)名后的小括號(hào)中提供相等個(gè)數(shù)的值(實(shí)際參數(shù)),不能多也不能少,而且順序還必須相同。也就是說形參和實(shí)參的個(gè)數(shù)必須一致,而且想給形參1的值必須是實(shí)參中的第一位,形參與實(shí)參之間是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系,即“形參1=實(shí)參1 形參2=實(shí)參2...”。很明顯這是一種非常不靈活的形式。比如:"def addOn(x,y): return x + y",這里定義的函數(shù)addOn,可以用addOn(1,2)的形式調(diào)用,意味著形參x將取值1,主將取值2。addOn(1,2,3)和addOn (1)都是錯(cuò)誤的形式。
第2種方式比第1種方式,在定義的時(shí)候已經(jīng)給各個(gè)形參定義了默認(rèn)值。因此,在調(diào)用這種函數(shù)時(shí),如果沒有給對(duì)應(yīng)的形式參數(shù)傳遞實(shí)參,那么這個(gè)形參就將使用默認(rèn)值。比如:“def addOn(x=3,y=5): return x + y”,那么addOn(6,5)的調(diào)用形式表示形參x取值6,y取值5。此外,addOn(7)這個(gè)形式也是可以的,表示形參x取值7,y取默認(rèn)值5。這時(shí)候會(huì)出現(xiàn)一個(gè)問題,如果想讓x取默認(rèn)值,用實(shí)參給y賦值怎么辦?前面兩種調(diào)用形式明顯就不行了,這時(shí)就要用到Python中函數(shù)調(diào)用方法的另一大絕招 ──關(guān)健字賦值法??梢杂胊ddOn(y=6),這時(shí)表示x取默認(rèn)值3,而y取值6。這種方式通過指定形式參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)可以對(duì)形式參數(shù)進(jìn)行“精確攻擊”,一個(gè)副帶的功能是可以不必遵守形式參數(shù)的前后順序,比如:addOn(y=4,x=6),這也是可以的。這種通過形式參數(shù)進(jìn)行定點(diǎn)賦值的方式對(duì)于用第1種方式定義的函數(shù)也是適用的。
上面兩種方式定義的形式參數(shù)的個(gè)數(shù)都是固定的,比如定義函數(shù)的時(shí)候如果定義了5個(gè)形參,那么在調(diào)用的時(shí)候最多也只能給它傳遞5個(gè)實(shí)參。但是在實(shí)際編程中并不能總是確定一個(gè)函數(shù)會(huì)有多少個(gè)參數(shù)。第3種方式就是用來應(yīng)對(duì)這種情況的。它以一個(gè)*加上形參名的方式表示,這個(gè)函數(shù)實(shí)際參數(shù)是不一定的,可以是零個(gè),也可以是N個(gè)。不管是多少個(gè),在函數(shù)內(nèi)部都被存放在以形參名為標(biāo)識(shí)符的tuple中。比如:
對(duì)這個(gè)函數(shù)的調(diào)用addOn() addOn(2) addOn(3,4,5,6)等等都是可以的。
與第3種方式類似,形參名前面加了兩個(gè)*表示,參數(shù)在函數(shù)內(nèi)部將被存放在以形式名為標(biāo)識(shí)符的dictionary中。這時(shí)候調(diào)用函數(shù)必須采用key1=value1、key2=value2...的形式。比如:
1. def addOn(**arg):
2. sum = 0
3. if len(arg) == 0: return 0
4. else:
5. for x in arg.itervalues():
6. sum += x
7. return sum
那么對(duì)這個(gè)函數(shù)的調(diào)用可以用addOn()或諸如addOn(x=4,y=5,k=6)等的方式調(diào)用。
上面說了四種函數(shù)形式定義的方式以及他們的調(diào)用方式,是分開說的,其實(shí)這四種方式可以組合在一起形成復(fù)雜多樣的形參定義形式。在定義或調(diào)用這種函數(shù)時(shí),要遵循以下規(guī)則:
1. arg=value必須在arg后
2. *arg必須在arg=value后
3. **arg必須在*arg后
在函數(shù)調(diào)用過程中,形參賦值的過程是這樣的:
首先按順序把“arg”這種形式的實(shí)參給對(duì)應(yīng)的形參
第二,把“arg=value”這種形式的實(shí)參賦值給形式
第三,把多出來的“arg”這種形式的實(shí)參組成一個(gè)tuple給帶一個(gè)星號(hào)的形參
第四,把多出來的“key=value”這種形式的實(shí)參轉(zhuǎn)為一個(gè)dictionary給帶兩個(gè)星號(hào)的形參。
例子:
1. def test(x,y=5,*a,**b):
2. print x,y,a,b
就這么一個(gè)簡(jiǎn)單函數(shù),來看看下面對(duì)這個(gè)函數(shù)調(diào)用會(huì)產(chǎn)生什么結(jié)果:
test(1) === 1 5 () {}
test(1,2) === 1 2 () {}
test(1,2,3) === 1 2 (3,) {}
test(1,2,3,4) === 1 2 (3,4)
test(x=1) === 1 5 () {}
test(x=1,y=1) === 1 1 () {}
test(x=1,y=1,a=1) === 1 1 () {'a':1}
test(x=1,y=1,a=1,b=1) === 1 1 () {'a':1,'b':1}
test(1,y=1) === 1 1 () {}
test(1,2,y=1) === 出錯(cuò),說y給賦了多個(gè)值
test(1,2,3,4,a=1) === 1 2 (3,4) {'a':1}
test(1,2,3,4,k=1,t=2,o=3) === 1 2 (3,4) {'k':1,'t':2,'o':3}
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