理解'*','*args','**','**kwargs'

原文Understanding ‘*’, ‘args’,’*‘and’**kwargs’

刚开始学习python的时候，对有关args,kwargs,和*的使用感到很困惑。相信对此感到疑惑的人也有很多。我打算通过这个帖子来排解这个疑惑(希望能减少疑惑)。

让我们通过以下5步来理解：
1. 通过一个函数调用来理解’*’的作用
2. 通过一个函数的定义来理解’*args’的含义
3. 通过一个函数的调用来理解’**’的作用
4. 通过一个函数的定义来解’**kwargs’的含义
5. 通过一个应用实例来说明’args’,’kwargs’应用场景以及为何要使用它

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通过一个函数调用来理解’*’的作用

定义一个含三个位置参数的函数”fun”.

>>> def fun(a,b,c):
...     print a,b,c
... 

传三个位置参数调用此函数

>>> fun(1,2,3)
1 2 3       #输出

可以看到出入三个位置参数调用此函数，会打印出三个参数

现在我们定义一个含三个整数的数列，并使用’*’

>>> l = [1,2,3]
>>> fun(*l)
1 2 3       #输出

‘*’ 做了什么？

它拆开数列’l’的数值作为位置参数，并吧这些位置参数传给函数’fun’来调用。

因此拆数列、传位置参数意味着fun(*l)与fun(1,2,3)是等效的，因为l = [1,2,3]。

试着数列中使用其他数值

>>> l = [4,8,0]
>>> fun(*l)
4 8 0       #输出

接下来我们试着在数列中放四个数值，调用函数会出现什么情况呢

>>> l = [3,6,9,1]
>>> fun(*l)
Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in 
TypeError: fun() takes exactly 3 arguments (4 given)

在这次调用中我们并没有得到合适的结果，触发了TypeWrror异常。很容易看到错误内容”fun() takes exactly 3 arguments (4 given)”.

为什么会发生这种情况呢？

数列’l’含有四个数值.因此，我们试图调用’fun(*l)’，’l’中数值拆开传给函数fun作为位置参数。但是，’l’中有四个数值，调用’fun(*l)’相当于调用’fun(3,6,9,1)’,又因为函数’fun’定义中只用三个位置参数，因此我们得到这个错误。同理，同样的步骤，数列’l’中有两个数值情况，注意error内容。

>>> l = [7,4]
>>> fun(*l)
Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in 
TypeError: fun() takes exactly 3 arguments (2 given)

‘*l’与位置参数混合使用

>>> fun(23, *l)
23 7 4

在这里，我们给出一个位置参数23，和从数列’l’拆除的两个数值7和4，因此三个参数23,7和4传给了函数’fun’

通过一个函数的定义来理解’*args’的含义

修改函数的定义:

>>> def fun(*args):
...     print args
... 

传一个位置参数调用此函数

>>> fun(13)
(13,)

传多个参数调用此函数

>>> fun(11,93,43)
(11, 93, 43)

‘*args’在函数定义中是做什么用的？

它接收元组作为位置参数，而非是常见的参数列表。在这里，”args”是个元组。在我们解释中不要担心”常见的参数”这部分的理解，这个会在接下来的例子中逐渐明了。在上个例子中，调用函数打印”args”时，他会打印元组中包含的所有数值。

我们重新定义函数，”*args”与”常规参数列表”混合使用

>>> def fun(a, *args):
...     print "a is ", a
...     print "args is ", args
... 

在这个函数定义中,参数”a”代表”常规参数列表”。
传四个位置参数调用此函数:

>>> fun(11,12,34,43)
a is  11
args is  (12, 34, 43)

很容易看到,’a’打印出为11，即第一个位置参数。’a’之后只一个参数’*args’.因此，’args’接收除常规参数之外的位置参数作为元组。因此元组args作为元组接收12,34和43。

我们也可以传一个位置参数来调用此函数:

>>> fun(91)
a is  91
args is  ()

在这里，我们传的唯一一个参数分配给了常规参数’a’.因此,’args’接收到一个空元组。

既然我们获取了”args”,我们可以提取需要的数值来做我们想做的事情。重新定义”fun”:

>>> def fun(a, *args):
...     print a
...     print "args can receive a tuple of any number of arguments, let's print all that."
...     for arg in args:
...             print arg
... 

现在我们传任意个参数来调用此函数:

>>> fun(1,5,6,7)
1
args can receive a tuple of any number of arguments, let's print all that.
5
6
7

‘args’既然是元组，我们就可以遍历它。

现在我们考虑使用所有能得到的参数的场景。我们需要使用两个函数，第一个函数带有任意个参数，并通过另外一个函数计算除第一参数的其他参数之和。奇怪的用例，但我们只需回顾我们目前所做的。我们的目的就是在一个函数中获取可变参数，并把这些参数餐给另一个函数。

第一步我们写一个函数计算和。在这个用例中，这个函数会在第一个函数中应用。

>>> def calculate_sum(*args):
...     return sum(args)
... 

在这个函数中，我们使用内建函数’sum’,它使用元组或数列作为参数，返回元组所有元素的和。从函数的定义可以看出’args’接收包含传给此函数位置参数的元组.因此,’args’是一个元组，简介的作为函数’sum’的参数。接下来定义另外一个函数，该函数有任意个参数，并利用上一个函数来计算除第一个参数之外的其他参数的和。

>>> def ignore_first_calculate_sum(a,*iargs):
...     required_sum = calculate_sum(*iargs)
...     print "sum is ", required_sum
... 

我们可以传任意个参数给这个函数。第一个参数被常规参数’a’接收，其他参数被’iargs’作为元组接收。正如我们考虑的案例，计算除第一个参数之外的其他参数的和。因此，我们用’a’接收第一个参数,’iargs’是包含其他参数的元组。我们用到函数’calculate_sum’，但’calculate_sum’需要多个位置参数作为元组传给’args’。所以在函数’ignore_first_calculate_sum’需要拆元组’iargs’,然后将元素作为位置参数传给’calculate_sum’.注意,用’*’拆元组。

所以，我们这样调用’required_sum=calculate_sum(*iargs)’.

‘required_sum=calculate_sum(iargs)’不能这么调用，因为传给’calculate_sum’之前我们需要unpack数值。不使用’*’将不会unpack数值,也就不能执行想要的动作。调用函数如下:

>>> ignore_first_calculate_sum(12, 1,4,5)
sum is  10
>>> ignore_first_calculate_sum()
Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in 
TypeError: ignore_first_calculate_sum() takes at least 1 argument (0 given)

得到想要的结果。

通过一个函数的调用来理解’**’的作用

定义一个三个参数的函数,并用多种方式调用:

>>> def fun(a, b, c):
...     print a, b, c
... 
>>> fun(1,5,7)
1 5 7
>>> fun(a=1,b=5,c=7)
1 5 7

使用”**”调用函数,这种方式我们需要一个字典.注意:在函数调用中使用”*”，我们需要元组;在函数调用中使用”**”，我们需要一个字典

>>> d={'b':5, 'c':7}
>>> fun(1, **d)
1 5 7

在函数调用中”**”做了什么？

它unpack字典，并将字典中的数据项作为键值参数传给函数。因此,”fun(1, **d)”的写法与”fun(1, b=5, c=7)”等效.
为了更好的理解再多举几个例子:

>>> d = {'c':3}
>>> fun(1, 4, **d)
1 4 3
>>> d = {'a':7, 'b':3, 'c':8}
>>> fun(**d)
7 3 8

让我们制造一些错误:

>>> d = {'a':7, 'b':3, 'c':8, 'd':90}
>>> fun(**d)
Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in 
TypeError: fun() got an unexpected keyword argument 'd'

这次调用等同于’fun(a=7, b=3, c=8, d=90)’,但函数只需要三个参数，因此我们得到TypeError

>>> d = {'a':7, 'b':3,'d':90}
>>> fun(**d)
Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in 
TypeError: fun() got an unexpected keyword argument 'd'

fun(**d)等同于fun(a=7, b=3, d=90).传给函数”fun”想要的参数个数，但参数列表中并没有’d’,调用中’d’键值参数传给函数导致TypeError.

So, “*” unpacks the dictionary i.e the key values pairs in the dictionary as keyword arguments and these are sent as keyword arguments to the function being called. “” unpacks a list/tuple i.e the values in the list as positional arguments and these are sent as positional arguments to the function being called.

通过函数定义来理解’**kwargs’的含义

重定义函数”fun”:

>>> def fun(a, **kwargs):
...     print a, kwargs
... 

此函数只用一个位置参数，因为常规参数列表中只有一个变量’a’.但是通过”**kwargs”,可以传多个键值参数。

>>> fun(1, b=4, c=5)
1 {'c': 5, 'b': 4}
>>> fun(45, b=6, c=7, d=8)
45 {'c': 7, 'b': 6, 'd': 8}

在函数定义中”**kwargs”意味着什么？
用”**kwargs”定义函数,kwargs接收除常规参数列表职位的键值参数字典。在这里’kwargs’是个字典。

重新定义函数:

>>> def fun(a, **kwargs):
...     print "a is ", a
...     print "We expect kwargs 'b' and 'c' in this function"
...     print "b is ", kwargs['b']
...     print "c is ", kwargs['c']
... 
>>> fun(1, b=3,c=5)
a is  1
We expect kwargs 'b' and 'c' in this function
b is  3
c is  5

错误调用:

>>> fun(1, b=3, d=5)
a is  1
We expect kwargs 'b' and 'c' in this function
b is  3
c is 
Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in 
  File "", line 5, in fun
KeyError: 'c'

上面的调用,位置参数’a’和键值参数’b’都打印出来了。传入的其他键值参数是’d’，函数需要键值参数’c’，并从字典’kwargs’获取。但没有传入键值’c’,引发KeyError.如果传入了键值’c’就不会引发这个错误

>>> fun(1, b=3, d=5, c=9)
a is  1
We expect kwargs 'b' and 'c' in this function
b is  3
c is  9

由于’**kwargs’在函数参数列表中,我们可以传任意个键值参数。上面的调用传入了”d”，但函数并没用到。

另外一个错误:

>>> fun(1, {'b':2, 'c':34})
Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in 
TypeError: fun() takes exactly 1 argument (2 given)

正如错误提示,函数’fun’只需要一个位置参数,却给了两个。尽管’kwargs’接收键值参数作为一个字典,但你不能传一个字典作为位置参数给’kwargs’.你可以像下面那样调用:

>>> fun(1, **{'b':2, 'c':34})
a is  1
We expect kwargs 'b' and 'c' in this function
b is  2
c is  34

在一个字典前使用”**”可以unpack字典,传字典中的数据项作为键值参数。

通过一个应用实例来说明’args’,’kwargs’应用场景以及为何要使用它

在任何时候继承类和重写方法的，我们应当用到’*args’和’**kwargs’将接收到的位置参数和键值参数给父类方法。通过实例我们更好的理解

>>> class Model(object):
...     def __init__(self, name):
...             self.name = name
...     def save(self, force_update=False, force_insert=False):
...             if force_update and force_insert:
...                     raise ValueError("Cannot perform both operations")
...             if force_update:
...                     print "Updated an existing record"
...             if force_insert:
...                     print "Created a new record"
... 

定义一个类，我们可以创建类的对象，类的对象有一个方法’save()’.假设类的对象可以通过save()方法保存到数据库中。通过函数save()参数来决定是否在数据库中创建一条记录或者更新现存的记录。
构造一个新类，类有’Model’的行为，但我们只有检查一些条件后才会保存这个类的对象。这个新类继承’Model’，重写’Model’的’save()’

>>> class ChildModel(Model):
...     def save(self, *args, **kwargs):
...             if self.name=='abcd':
...                     super(ChildModel, self).save(*args, **kwargs)
...             else:
...                     return None
... 

实际上对应的保存动作发生在’Model’的’save’方法中。所以我们调用子类的的’save()’方法而非’Model’的方法.子类ChildModel的’save()’接收任何父类save()需要的参数，并传给父类方法。因此,子类’save()’方法参数列表中有”*args”和”**kwargs”,它们可以接收任意位置参数或键值参数,常规参数列表除外。

下面创建ChildModel实体并保存:

>>> c=ChildModel('abcd')
>>> c.save(force_insert=True)
Created a new record
>>> c.save(force_update=True)
Updated an existing record

这里传兼职参数给对象的save()方法。调用的是子类的save(),It received a dictionary containing the keyword argument in “kwargs”. Then it used “**” to unpack this dictionary as keyword arguments and then passed it to the superclass save(). So, superclass save() got a keyword argument ‘force_insert’ and acted accordingly.