Python3 中作为一等对象的函数解析

脚本专栏 2024/11/25 佚名

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Python3 函数

函数是组织好的，可重复使用的，用来实现单一，或相关联功能的代码段。

函数能提高应用的模块性，和代码的重复利用率。你已经知道Python提供了许多内建函数，比如print()。但你也可以自己创建函数，这被叫做用户自定义函数。

在 Python 语言中，函数与整数、字符串、字典等基本数据类型一样，都是一等对象。所谓一等对象，即满足如下三个条件：

在运行时创建
能赋值给变量
能作为函数的参数或返回值

以下 IDLE 中的代码即在运行时创建了函数 factorial ：

> def factorial(n):
...   '''calculates n!'''
...   return 1 if n < 2 else n * factorial(n-1)
...
> factorial(5)
120
> factorial.__doc__
'calculates n!'
> type(factorial)
<class 'function'>
> fact = factorial
> fact
<function factorial at 0x7f55bc771c10>
> fact(5)
120
> list(map(fact, range(10)))
[1, 1, 2, 6, 24, 120, 720, 5040, 40320, 362880]

从输出中可以看出， factorial 是 function 类的实例对象， __doc__ 是 factorial 对象众多属性中的一个。

可以把 factorial 函数赋值给变量 fact ，通过 fact 变量调用 factorial 函数。还可以把 factorial 作为参数传递给 map 函数。

这些行为表现了函数作为一等对象的特性。

一、高阶函数

接受函数作为参数，或者把函数作为返回值的函数即为高阶函数。

如内置用于排序的 sorted 函数，它的 key 参数用于传入一个函数，在需要排序的每个元素上执行特定的操作。如根据单词长度对多个字符串进行排序：

> fruits = ['strawberry', 'fig', 'apple', 'cherry', 'raspberry', 'banana']
> sorted(fruits, key=len)
['fig', 'apple', 'cherry', 'banana', 'raspberry', 'strawberry']

任何单参数的函数都可以作为 key 的值传给 sorted 函数，如把单词反向拼写作为排序条件：

> def reverse(word):
...   return word[::-1]
...
> reverse('test')
'tset'
> sorted(fruits, key=reverse)
['banana', 'apple', 'fig', 'raspberry', 'strawberry', 'cherry']

map、filter 与 reduce

函数式编程语言通常会提供 map 、 filter 和 reduce 三个高阶函数或者实现了类似功能的函数。Python3 中的列表推导和生成器即具有 map 和 filter 函数的功能。

参考如下示例：

> def fact(n):
...   return 1 if n < 2 else n * fact(n-1)
...
> list(map(fact, range(6)))
[1, 1, 2, 6, 24, 120]
> [fact(n) for n in range(6)]
[1, 1, 2, 6, 24, 120]
> list(map(fact, filter(lambda n: n % 2, range(6))))
[1, 6, 120]
> [fact(n) for n in range(6) if n % 2]
[1, 6, 120]

通过列表推导可以完成与 map 或 filter 函数类似的工作，且可读性更高，也避免了使用 lambda 表达式。

reduce 在 Python2 中是内置函数，但在 Python3 中被移到了 functools 模块中。 reduce 可以把某个操作连续地应用到某个序列上，累计所有的结果，把产生的一系列值规约成一个值。因此常用于求和计算，但内置的 sum 函数在可读性和性能方面更优。

> from functools import reduce
> from operator import add
> reduce(add, range(101))
5050
> sum(range(101))
5050

二、匿名函数

可以使用 lambda 关键字在 Python 表达式内创建匿名函数。

在函数的参数列表中最适合使用匿名函数。如前面的根据字符串反序后的结果对单词列表进行排序，可以使用 lambda 匿名函数替代传入 sorted 的 reverse 函数：

> fruits = ['strawberry', 'fig', 'apple', 'cherry', 'raspberry', 'banana']
> sorted(fruits, key=lambda word: word[::-1])
['banana', 'apple', 'fig', 'raspberry', 'strawberry', 'cherry']

lambda 表达式 lambda words: words[::-1] 即等同于之前的 reverse 函数：

def reverse(word):
   return word[::-1]

除了作为参数传给某个高阶函数外，Python 很少使用匿名函数。

三、可调用对象

除了用户自定义的函数，其他可调用对象也可以使用调用运算符（即 () ）。

Python 的数据模型中共包含 7 种可调用对象：

用户自定义函数：使用 def 语句或 lambda 表达式创建的函数
内置函数：由 C 语言（CPython）实现的函数，如 len 或 time.strftime 等
内置方法：使用 C 语言实现的方法，如 dict.get
方法：在类的定义体中定义的函数
类：类在调用时会使用 __new__ 方法创建实例，然后运行 __init__ 初始化实例，最后将实例返回给调用方。调用类相当于调用函数。
类的实例：如果类的定义中实现了 __call__ 方法，则其实例可以作为函数调用
生成器：使用 yield 关键字的函数或方法。可以返回生成器对象。

使用内置的 callable() 函数可以确认对象是否可调用。

任何 Python 对象都可以表现得像函数，只需实现该实例的 __call__ 方法。

如下面的 bingocall.py ，从列表中随机取出一个元素：

import random
class BingoCage:
  def __init__(self, items):
    self._items = list(items)
    random.shuffle(self._items)
  def pick(self):
    try:
      return self._items.pop()
    except IndexError:
      raise LookupError('pick from empty BingoCage')
  def __call__(self):
    return self.pick()
bingo = BingoCage(range(50))
print(bingo.pick())
# => 38
print(bingo())
# => 22
print(callable(bingo))
# => True

bingo 是 BingoCage 类的一个实例，由于 BingoCage 类中实现了 __call__ 方法，则 bingo 对象是可调用的（ bingo() ）。

四、支持函数式编程的模块

operator

在函数式编程中，经常需要将算术运算符当作函数使用。如不使用递归计算阶乘。

使用 reduce 和 lambda 表达式计算阶乘：

> from functools import reduce
> def fact(n):
...   return reduce(lambda a, b: a*b, range(1, n+1))
...
> fact(5)
120

Python 中的 operator 为多个运算符提供了对应的函数，可以避免写 lambda a, b: a*b 这种匿名函数。

使用 reduce 和 operator.mul 计算阶乘：

> from operator import mul
> from functools import reduce
> def fact(n):
...   return reduce(mul, range(1, n+1))
...
> fact(5)
120

operator 模块中还有一类 itemgetter 和 attrgetter 函数，可以替代从序列中取出元素或读取属性的 lambda 表达式。

如根据元组中的第二个元素对多个元组进行排序：

> metro_data = [
...   ('Tokyo', 'JP', 36.933, (35.689722, 139.691667)),
...   ('Delhi NCR', 'IN', 21.935, (28.613889, 77.208889)),
...   ('Mexico City', 'MX', 20.142, (19.433333, -99.133333)),
...   ('New York-Newark', 'US', 20.104, (40.808611, -74.020386)),
...   ('Sao Paulo', 'BR', 19.649, (-23.547778, -46.635833)),
... ]
> from operator import itemgetter
> for city in sorted(metro_data, key=itemgetter(1)):
...   print(city)
...
('Sao Paulo', 'BR', 19.649, (-23.547778, -46.635833))
('Delhi NCR', 'IN', 21.935, (28.613889, 77.208889))
('Tokyo', 'JP', 36.933, (35.689722, 139.691667))
('Mexico City', 'MX', 20.142, (19.433333, -99.133333))
('New York-Newark', 'US', 20.104, (40.808611, -74.020386))

如果把多个参数传递给 itemgetter ，则该函数会返回由提取的值构成的元组：

> cc_name = itemgetter(1, 0)
> for city in metro_data:
...   print(cc_name(city))
...
('JP', 'Tokyo')
('IN', 'Delhi NCR')
('MX', 'Mexico City')
('US', 'New York-Newark')
('BR', 'Sao Paulo')

attrgetter 与 itemgetter 作用类似，可以根据名称提取对象的属性。

operator 模块中还有一个 methodcaller 函数，可以用来在某个对象上调用由参数指定的方法。

> from operator import methodcaller
> s = 'The time has come'
> upcase = methodcaller('upper')
> upcase(s)
'THE TIME HAS COME'
> hiphenate = methodcaller('replace', ' ', '-')
> hiphenate(s)
'The-time-has-come'
functools.partial

高阶函数 functools.partial 用来部分应用某个函数。即基于某个函数创建一个新的可调用对象，并把原函数的某些参数固定。

如使用 partial 把一个接受双参数的函数改编成单参数的可调用对象：

> from operator import mul
> from functools import partial
> triple = partial(mul, 3)
> triple(7)
21
> list(map(triple, range(1, 10)))
[3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27]

partial() 函数返回一个 functools.partial 对象，该对象提供对原函数的访问和固定原函数参数的行为。

> def greeting(words, name):
...   return f'{words}, {name}!'
...
> from functools import partial
> greeting2 = partial(greeting, name='skitar')
> greeting2("what's up")
"what's up, skitar!"
> greeting2
functools.partial(<function greeting at 0x7f70f31788b0>, name='skitar')

总结

以上所述是小编给大家介绍的Python3 中作为一等对象的函数解析，希望对大家有所帮助，如果大家有任何疑问请给我留言，小编会及时回复大家的。在此也非常感谢大家对网站的支持！
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