Python 函数注释

简述

在 Python 3.x 中，增加了一个新特性 - 函数注释（Function Annotations），顾名思义，可做为函数额外的注释来用。

函数注释是一个可选功能，它允许在函数参数和返回值中添加任意的元数据。无论是 Python 本身还是标准库，都使用了函数注释，第三方项目可以很方便的使用函数注释来进行文档编写、类型检查、或者是其他用途。

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为何要引入函数注释？

在 Python 2.x 中，由于缺少对函数参数和返回值进行注释的标准方法，所以很多工具和库为了填补这一空白，使用了不同的方式：

• 自定义 decorator
• 自定义 docstring 格式
• 向函数对象添加自定义属性

显然，由于机制和语法的广泛差异，这会在一定程度上引起混乱。

为了解决这个问题，Python 3.x 引入了函数注释（详见：PEP-3107），旨在提供了一种单一的、标准的方法，来将元数据与函数参数和返回值相关联。

注意： 注释是完全可选的。

函数注释语法

函数注释包括：

• 参数注释：以冒号（:）标记
• 返回值注释：以 -> 标记

语法结构大体如下：

def foo(a: expression, b: expression = 5) -> expression:
    ...

在伪语法中，参数看起来像：identifier [: expression] [= expression]。也就是说，参数注释总在其默认值之前。当函数定义被执行时，所有的注释表达式都被求值，就像默认值一样。

参数列表后面可以跟一个 -> 和一个 Python 表达式。与参数的注释一样，在执行函数定义时，将对该表达式求值。

单个注释

函数注释可以包含类型、帮助字符串，以及其他更多信息。

来看一个例子，有一个函数 sum()，接受三个参数 a、b、c，并返回它们的和。

>>> def sum(a, b: int, c: 'The default value is 5' = 5) -> float:
...     return a + b + c
... 
>>> 

其中，第一个参数 a 没有注释，第二个参数 b 带有类型为 int 的注释，第三个参数 c 带有一个帮助字符串注释并且拥有默认值，返回值用类型 float 来注释。

调用 sum() 两次，一次使用 int，一次使用字符串：

>>> sum(1, 2)
8
>>> 
>>> sum('Hello', ', ', 'Python!')
'Hello, Python!'

显然，注释对函数的执行没有任何影响。在这两种情况下，sum() 都做了正确的事情，只不过注释被忽略了而已。

访问函数注释

函数对象有一个名为 __annotations__ 的属性，它是一个映射（dict），用于将每个参数名（key）映射到其相关的注释（value）。

注意： 映射中有一个特殊的 key，叫做“return”，仅当为函数的返回值提供注释时，才会显示该 key。

回到上述示例，并检查它的注释：

>>> type(sum.__annotations__)
<class 'dict'>
>>>
>>> sum.__annotations__
{'c': 'The default value is 5', 'return': <class 'float'>, 'b': <class 'int'>}

之所以选择 “return”，是因为它不会与任何参数名冲突。“return”是 Python 中的一个关键字，任何使用“return”作为参数名的尝试都会引发 SyntaxError。

多个注释

倘若，函数注释中要同时包含类型和帮助字符串，怎么办？很容易，可以使用具有两个 key（例如：type 和 help）的 dict：

>>> def div(a: dict(type=float, help='the dividend'),
...         b: dict(type=float, help='the divisor (must be different than 0)')
...     ) -> dict(type=float, help='the result of dividing a by b'):
...     """Divide a by b"""
...     return a / b
... 
>>> 

调用 div()：

>>> div.__annotations__
{'a': {'type': <class 'float'>, 'help': 'the dividend'}, 'return': {'type': <class 'float'>, 'help': 'the result of dividing a by b'}, 'b': {'type': <class 'float'>, 'help': 'the divisor (must be different than 0)'}}
>>>
>>> div(5, 2)
2.5

注意： 如果要包含更多的注释（示例中是 2 个），可以在 dict 中包含更多的 key:value 对。

动态注释

__annotations__ 是函数的一个属性，类型为 dict。由于 dict 是可变的，这意味着，可以在程序运行时动态地修改注释。

假设，想知道是否使用了参数的默认值，或者想把所有的返回值都加起来。

>>> def sum(a, b) -> 0:
...     result = a + b
...     sum.__annotations__['return'] += result
...     return result
... 
>>> sum.__annotations__['return']
0
>>> 
>>> sum(1, 2)
3
>>> sum.__annotations__['return']
3
>>> 
>>> sum(3, 4)
7
>>> sum.__annotations__['return']
10

PS： 动态注释可以在函数内部完成，也可以由装饰器完成。