26. Python中函数参数的按对象传递

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函数参数的按对象传递

如何将函数调用中的参数传递给函数的参数(即函数参数的自变量的评估策略)，因编程语言而异。

最常见的评估策略是“按值调用”（“Call by Value” ）和“按引用调用”（“Call by Reference”）：

按值调用(Call by Value )

最常见的策略是按值调用评估，有时也称为按值传递。例如，用于C和C ++。按值传递中，对参数表达式进行求值，并将求值结果绑定到函数中的相应变量。因此，如果表达式是一个变量，则其值将赋值（复制）到相应的参数。这样可以确保在函数返回时，调用者作用域内的变量将保持不变。

按引用调用(Call by Reference)

在按引用调用评估（也称为按引用传递）中，函数获取对参数的隐式引用，而不是其值的副本（copy）。函数可以修改自变量，即可以更改调用者作用域内的变量值。

通过按引用传递，不需要复制参数，可以节省计算时间和内存空间。
另一方面，这具有以下缺点：在函数调用中会意外地更改变量。因此，为不更改这些值，必须特别注意保护这些值。

许多编程语言都支持按引用传递，例如C或C++，但是Perl将其用作默认调用。

Python中的参数调用（传递）

Python使用一种机制，称为"Call-by-Object"(“按对象调用”)，有时也称为"Call by Object Reference"(“按对象引用调用”)、或"Call by Sharing"(“按共享调用”)、或赋值传递 （pass by assignment）、或按对象传递。

1. 如果将不可变(immutable)的参数（例如整数、字符串或元组）传递给函数，则传递的行为类似于按值调用。对象引用传递给函数参数,但它们无法在函数中更改，因为它们根本无法更改。

2. 如果传递可变(mutable)参数，则有所不同。它们也通过对象引用传递，但是可以在函数中对其进行更改。如果我们将一个列表传递给函数，则必须考虑两种情况：

• 列表元素可以就地更改，即，在调用者的作用域内，列表也将更改。
• 如果将一个新列表赋值给该名称，则旧列表将不受影响，即，调用者作用域内的列表将保持不变。

首先，让我们看一下整数变量。只要不更改参数，函数内部的参数仍是对arguments变量的引用。一旦为其赋值了新值，Python就会创建一个单独的局部变量。调用者的变量不会以这种方式被更改：

def ref_demo(x):
    print("x=",x," id=",id(x))
    x=35
    print("x=",x," id=",id(x))

x = 9
id(x)

140730833478288

ref_demo(x)

x= 9  id= 140730833478288
x= 35  id= 140730833479120

id(x)

140730833478288

x

9

在上面的示例中，使用了id() 函数，该函数将对象作为参数。 id(obj)返回对象“ obj”的"identity"（“标识”）。此标识，即函数的返回值，是一个整数，对于该对象在其生存期内是唯一且恒定的。

如果调用函数ref_demo()：可以看到在主作用域中，x具有一个标识。在ref_demo()函数的第一个print语句中，使用了主作用域中的x，因为可以看到有相同的标识。在将值35赋值给x之后，x获得一个新的标识，即与全局x分开的存储位置。因此，当回到主作用域时，x仍具有原始值9。

这意味着Python最初的行为类似于按引用调用，但是一旦更改了此类变量的值，即，一旦为其赋值了新对象，Python就会切换为按值调用。这意味着将创建局部变量x并将全局变量x的值复制到其中。

那么对于上面的例子，是不是就没有办法改变 x 的值了呢？答案当然是否定的，我们只需稍作改变，让函数返回一个新变量，赋值给 x。这样，x 就指向了一个新的值为 35 的对象，x 的值也因此变为 35。

def ref_demo(x):
    print("x=",x," id=",id(x))
    x=35
    print("x=",x," id=",id(x))
    return x

x = 9
id(x)

140730833478288

x=ref_demo(x)

x= 9  id= 140730833478288
x= 35  id= 140730833479120

print(x)
id(x)

35





140730833479120

函数的副作用

如果该函数除了产生返回值之外，还以其他方式修改了调用者的环境，则该函数具有副作用。 例如，一个函数可能会修改全局或静态变量、修改其参数之一、抛出异常、将数据显示或写入文件等。

在某些情况下，这些副作用是预期的，即它们是所需功能的一部分。 但是在其他情况下，则不需要它们，它们是隐藏的副作用。

在本节中，我们关注的副作用是：对于作为参数传递给函数的变量，副作用会更改一个或多个全局变量。

假设，将一个列表传递给函数。 我们希望该函数不更改此列表。

首先，让我们看一个没有副作用的函数。 将一个新列表分配给func1()中的参数列表后，将为列表创建一个新的存储位置，并且列表成为一个局部变量。

def no_side_effects(cities):
    print(cities)
    cities = cities + ["Birmingham", "Bradford"]
    print(cities)

locations = ["London", "Leeds", "Glasgow", "Sheffield"]
no_side_effects(locations)
print(locations)

['London', 'Leeds', 'Glasgow', 'Sheffield']
['London', 'Leeds', 'Glasgow', 'Sheffield', 'Birmingham', 'Bradford']
['London', 'Leeds', 'Glasgow', 'Sheffield']

如果使用增强的赋值运算符+=来添加列表，则情况将发生大变化。

def side_effects(cities):
    print(cities)
    cities += ["Birmingham", "Bradford"]
    print(cities)

locations = ["London", "Leeds", "Glasgow", "Sheffield"]
side_effects(locations) 
print(locations)

['London', 'Leeds', 'Glasgow', 'Sheffield']
['London', 'Leeds', 'Glasgow', 'Sheffield', 'Birmingham', 'Bradford']
['London', 'Leeds', 'Glasgow', 'Sheffield', 'Birmingham', 'Bradford']

我们可以看到Birmingham和Bradford也包括在全局列表locations中，因为+=用作一个就地操作(in-place operation)执行。

可以通过将列表的副本传递给该函数来防止这种副作用。 因为列表中没有嵌套结构，浅拷贝就足够了。

def side_effects(cities):
    print(cities)
    cities += ["Paris", "Marseille"]
    print(cities)

locations = ["Lyon", "Toulouse", "Nice", "Nantes", "Strasbourg"]
side_effects(locations[:])

['Lyon', 'Toulouse', 'Nice', 'Nantes', 'Strasbourg']
['Lyon', 'Toulouse', 'Nice', 'Nantes', 'Strasbourg', 'Paris', 'Marseille']

print(locations)

['Lyon', 'Toulouse', 'Nice', 'Nantes', 'Strasbourg']

我们可以看到，全局列表locations没有受到函数执行的影响。

总结：

Python 中参数的传递既不是按值传递，也不是按引用传递，而是按对象传递（或称按对象引用传递）。

这里的按对象传递，不是指向一个具体的内存地址，而是指向一个具体的对象。如果对象不可变，简单的赋值只能改变其中一个变量的值，其余变量则不受影响。如果对象是可变的，当其改变时，指向这个对象的变量也会改变。

• 如果想通过函数来改变某个变量的值，通常有两种方法：

  1. 直接将可变数据类型（比如列表，字典，集合）当作参数传入，直接在其上修改

  2. 创建一个新变量，来保存修改后的值，然后将其返回给原变量。 这种方法对于不可变对象也是可以的。

• 如果想通过函数而不改变一个可变对象的变量的值，可将可变对象的拷贝传入函数。