functools — Funções e operações de ordem superior em objetos chamáveis

Código-fonte: Lib/functools.py

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O módulo functools é para funções de ordem superior: funções que atuam ou retornam outras funções. Em geral, qualquer objeto chamável pode ser tratado como uma função para os propósitos deste módulo.

O módulo functools define as seguintes funções:

@functools.cached_property(func)

Transforma um método de uma classe em uma propriedade cujo valor é calculado uma vez e, em seguida, armazenado em cache como um atributo normal para a vida útil da instância. Semelhante a property(), com a adição de armazenamento em cache. Útil para propriedades computadas caras de instâncias que são efetivamente imutáveis.

Exemplo:

class DataSet:
    def __init__(self, sequence_of_numbers):
        self._data = sequence_of_numbers

    @cached_property
    def stdev(self):
        return statistics.stdev(self._data)

    @cached_property
    def variance(self):
        return statistics.variance(self._data)

Novo na versão 3.8.

Nota

Este decorador requer que o atributo __dict__ em cada instância seja um mapeamento mutável. Isso significa que não funcionará com alguns tipos, como metaclasses (já que os atributos __dict__ nas instâncias de tipo são proxies somente leitura para o espaço de nomes da classe) e aqueles que especificam __slots__ sem incluir __dict__ como um dos slots definidos (pois essas classes não fornecem o atributo __dict__).

functools.cmp_to_key(func)

Transforma uma função de comparação de estilo antigo para um função chave. Usado com ferramentas que aceitam funções chave (como sorted(), min(), max(), heapq.nlargest(), heapq.nsmallest(), itertools.groupby()). Esta função é usada principalmente como uma ferramenta de transição para programas que estão sendo convertidos a partir do Python 2, que suportou o uso de funções de comparação.

Uma função de comparação é qualquer chamável que aceita dois argumentos, os compara e retorna um número negativo por menos de zero, igual a igualdade ou um número positivo por maior que. Uma função chave é um chamável que aceita um argumento e retorna outro valor para ser usado como a chave de classificação.

Exemplo:

sorted(iterable, key=cmp_to_key(locale.strcoll))  # locale-aware sort order

Para exemplos de classificação e um breve tutorial de classificação, veja HowTo - Ordenação.

Novo na versão 3.2.

@functools.lru_cache(user_function)

@functools.lru_cache(maxsize=128, typed=False)

Decorador para embrulhar uma função com um chamável memoizável que economiza até as chamadas mais recentes maxsize. Pode economizar tempo quando uma função cara ou E/S é periodicamente chamada com os mesmos argumentos.

Uma vez que um dicionário é usado para armazenar resultados em cache, os argumentos posicionais e argumentos nomeados para a função devem ser hashable.

Padrões de argumento distintos podem ser considerados chamadas distintas com entradas de cache separadas. Por exemplo, f(a=1, b=2) e f(b=2, a=1) diferem em sua ordem de argumento nomeado e podem ter duas entradas de cache separadas.

Se user_function especificado, deve ser um chamável. Isso permite que o decorador lru_cache seja aplicado diretamente a uma função do usuário, deixando maxsize em seu valor padrão de 128:

@lru_cache
def count_vowels(sentence):
    sentence = sentence.casefold()
    return sum(sentence.count(vowel) for vowel in 'aeiou')

Se maxsize for definido como None, o recurso LRU é desabilitado e o cache pode crescer sem limites.

Se typed for definido como verdadeiro, os argumentos de função de diferentes tipos serão armazenados em cache separadamente. Por exemplo, f(3) e f(3.0) serão tratados como chamadas distintas com resultados distintos.

Para ajudar a medir a eficácia do cache e ajustar o parâmetro maxsize, a função envolvida é instrumentada com uma função cache_info() que retorna uma tupla nomeada mostrando hits, misses, maxsize e currsize. Em um ambiente multi-threaded, os hits e erros são aproximados.

O decorador também fornece uma função cache_clear() para limpar ou invalidar o cache.

A função subjacente original é acessível através do atributo __wrapped__. Isso é útil para introspecção, para ignorar o cache, ou para reinstalar a função com um cache diferente.

Um cache LRU (least recently used - em português - menos usado recentemente) <https://en.wikipedia.org/wiki/Cache_algorithms#Examples> _ funciona melhor quando as chamadas mais recentes são os melhores preditores de chamadas futuras (por exemplo, os artigos mais populares em um servidor de notícias tendem a mudar a cada dia). O limite de tamanho do cache garante que o cache não cresça sem está ligado a processos de longa duração, como servidores web.

Em geral, o cache LRU deve ser usado somente quando você deseja reutilizar valores calculados anteriormente. Da mesma forma, não faz sentido armazenar em cache funções com efeitos colaterais, funções que precisam criar objetos mutáveis distintos em cada chamada ou funções impuras, como time() ou random().

Exemplo de um cache LRU para conteúdo web estático:

@lru_cache(maxsize=32)
def get_pep(num):
    'Retrieve text of a Python Enhancement Proposal'
    resource = 'http://www.python.org/dev/peps/pep-%04d/' % num
    try:
        with urllib.request.urlopen(resource) as s:
            return s.read()
    except urllib.error.HTTPError:
        return 'Not Found'

>>> for n in 8, 290, 308, 320, 8, 218, 320, 279, 289, 320, 9991:
...     pep = get_pep(n)
...     print(n, len(pep))

>>> get_pep.cache_info()
CacheInfo(hits=3, misses=8, maxsize=32, currsize=8)

Exemplo de computação eficiente dos números Fibonacci usando um cache para implementar uma programação dinâmica técnica:

@lru_cache(maxsize=None)
def fib(n):
    if n < 2:
        return n
    return fib(n-1) + fib(n-2)

>>> [fib(n) for n in range(16)]
[0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377, 610]

>>> fib.cache_info()
CacheInfo(hits=28, misses=16, maxsize=None, currsize=16)

Novo na versão 3.2.

Alterado na versão 3.3: Adicionada a opção typed.

Alterado na versão 3.8: Adicionada a opção user_function.

@functools.total_ordering

Given a class defining one or more rich comparison ordering methods, this class decorator supplies the rest. This simplifies the effort involved in specifying all of the possible rich comparison operations:

The class must define one of __lt__(), __le__(), __gt__(), or __ge__(). In addition, the class should supply an __eq__() method.

Por exemplo:

@total_ordering
class Student:
    def _is_valid_operand(self, other):
        return (hasattr(other, "lastname") and
                hasattr(other, "firstname"))
    def __eq__(self, other):
        if not self._is_valid_operand(other):
            return NotImplemented
        return ((self.lastname.lower(), self.firstname.lower()) ==
                (other.lastname.lower(), other.firstname.lower()))
    def __lt__(self, other):
        if not self._is_valid_operand(other):
            return NotImplemented
        return ((self.lastname.lower(), self.firstname.lower()) <
                (other.lastname.lower(), other.firstname.lower()))

Nota

While this decorator makes it easy to create well behaved totally ordered types, it does come at the cost of slower execution and more complex stack traces for the derived comparison methods. If performance benchmarking indicates this is a bottleneck for a given application, implementing all six rich comparison methods instead is likely to provide an easy speed boost.

Novo na versão 3.2.

Alterado na versão 3.4: Returning NotImplemented from the underlying comparison function for unrecognised types is now supported.

functools.partial(func, /, *args, **keywords)

Return a new partial object which when called will behave like func called with the positional arguments args and keyword arguments keywords. If more arguments are supplied to the call, they are appended to args. If additional keyword arguments are supplied, they extend and override keywords. Roughly equivalent to:

def partial(func, /, *args, **keywords):
    def newfunc(*fargs, **fkeywords):
        newkeywords = {**keywords, **fkeywords}
        return func(*args, *fargs, **newkeywords)
    newfunc.func = func
    newfunc.args = args
    newfunc.keywords = keywords
    return newfunc

The partial() is used for partial function application which “freezes” some portion of a function’s arguments and/or keywords resulting in a new object with a simplified signature. For example, partial() can be used to create a callable that behaves like the int() function where the base argument defaults to two:

>>> from functools import partial
>>> basetwo = partial(int, base=2)
>>> basetwo.__doc__ = 'Convert base 2 string to an int.'
>>> basetwo('10010')
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class functools.partialmethod(func, /, *args, **keywords)

Return a new partialmethod descriptor which behaves like partial except that it is designed to be used as a method definition rather than being directly callable.

func must be a descriptor or a callable (objects which are both, like normal functions, are handled as descriptors).

When func is a descriptor (such as a normal Python function, classmethod(), staticmethod(), abstractmethod() or another instance of partialmethod), calls to __get__ are delegated to the underlying descriptor, and an appropriate partial object returned as the result.

When func is a non-descriptor callable, an appropriate bound method is created dynamically. This behaves like a normal Python function when used as a method: the self argument will be inserted as the first positional argument, even before the args and keywords supplied to the partialmethod constructor.

Exemplo:

>>> class Cell(object):
...     def __init__(self):
...         self._alive = False
...     @property
...     def alive(self):
...         return self._alive
...     def set_state(self, state):
...         self._alive = bool(state)
...     set_alive = partialmethod(set_state, True)
...     set_dead = partialmethod(set_state, False)
...
>>> c = Cell()
>>> c.alive
False
>>> c.set_alive()
>>> c.alive
True

Novo na versão 3.4.

functools.reduce(function, iterable[, initializer])

Apply function of two arguments cumulatively to the items of iterable, from left to right, so as to reduce the iterable to a single value. For example, reduce(lambda x, y: x+y, [1, 2, 3, 4, 5]) calculates ((((1+2)+3)+4)+5). The left argument, x, is the accumulated value and the right argument, y, is the update value from the iterable. If the optional initializer is present, it is placed before the items of the iterable in the calculation, and serves as a default when the iterable is empty. If initializer is not given and iterable contains only one item, the first item is returned.

Aproximadamente equivalente a:

def reduce(function, iterable, initializer=None):
    it = iter(iterable)
    if initializer is None:
        value = next(it)
    else:
        value = initializer
    for element in it:
        value = function(value, element)
    return value

See itertools.accumulate() for an iterator that yields all intermediate values.

@functools.singledispatch

Transform a function into a single-dispatch generic function.

To define a generic function, decorate it with the @singledispatch decorator. Note that the dispatch happens on the type of the first argument, create your function accordingly:

>>> from functools import singledispatch
>>> @singledispatch
... def fun(arg, verbose=False):
...     if verbose:
...         print("Let me just say,", end=" ")
...     print(arg)

To add overloaded implementations to the function, use the register() attribute of the generic function. It is a decorator. For functions annotated with types, the decorator will infer the type of the first argument automatically:

>>> @fun.register
... def _(arg: int, verbose=False):
...     if verbose:
...         print("Strength in numbers, eh?", end=" ")
...     print(arg)
...
>>> @fun.register
... def _(arg: list, verbose=False):
...     if verbose:
...         print("Enumerate this:")
...     for i, elem in enumerate(arg):
...         print(i, elem)

For code which doesn’t use type annotations, the appropriate type argument can be passed explicitly to the decorator itself:

>>> @fun.register(complex)
... def _(arg, verbose=False):
...     if verbose:
...         print("Better than complicated.", end=" ")
...     print(arg.real, arg.imag)
...

To enable registering lambdas and pre-existing functions, the register() attribute can be used in a functional form:

>>> def nothing(arg, verbose=False):
...     print("Nothing.")
...
>>> fun.register(type(None), nothing)

The register() attribute returns the undecorated function which enables decorator stacking, pickling, as well as creating unit tests for each variant independently:

>>> @fun.register(float)
... @fun.register(Decimal)
... def fun_num(arg, verbose=False):
...     if verbose:
...         print("Half of your number:", end=" ")
...     print(arg / 2)
...
>>> fun_num is fun
False

When called, the generic function dispatches on the type of the first argument:

>>> fun("Hello, world.")
Hello, world.
>>> fun("test.", verbose=True)
Let me just say, test.
>>> fun(42, verbose=True)
Strength in numbers, eh? 42
>>> fun(['spam', 'spam', 'eggs', 'spam'], verbose=True)
Enumerate this:
0 spam
1 spam
2 eggs
3 spam
>>> fun(None)
Nothing.
>>> fun(1.23)
0.615

Where there is no registered implementation for a specific type, its method resolution order is used to find a more generic implementation. The original function decorated with @singledispatch is registered for the base object type, which means it is used if no better implementation is found.

To check which implementation will the generic function choose for a given type, use the dispatch() attribute:

>>> fun.dispatch(float)
<function fun_num at 0x1035a2840>
>>> fun.dispatch(dict)    # note: default implementation
<function fun at 0x103fe0000>

To access all registered implementations, use the read-only registry attribute:

>>> fun.registry.keys()
dict_keys([<class 'NoneType'>, <class 'int'>, <class 'object'>,
          <class 'decimal.Decimal'>, <class 'list'>,
          <class 'float'>])
>>> fun.registry[float]
<function fun_num at 0x1035a2840>
>>> fun.registry[object]
<function fun at 0x103fe0000>

Novo na versão 3.4.

Alterado na versão 3.7: The register() attribute supports using type annotations.

class functools.singledispatchmethod(func)

Transform a method into a single-dispatch generic function.

To define a generic method, decorate it with the @singledispatchmethod decorator. Note that the dispatch happens on the type of the first non-self or non-cls argument, create your function accordingly:

class Negator:
    @singledispatchmethod
    def neg(self, arg):
        raise NotImplementedError("Cannot negate a")

    @neg.register
    def _(self, arg: int):
        return -arg

    @neg.register
    def _(self, arg: bool):
        return not arg

@singledispatchmethod supports nesting with other decorators such as @classmethod. Note that to allow for dispatcher.register, singledispatchmethod must be the outer most decorator. Here is the Negator class with the neg methods being class bound:

class Negator:
    @singledispatchmethod
    @classmethod
    def neg(cls, arg):
        raise NotImplementedError("Cannot negate a")

    @neg.register
    @classmethod
    def _(cls, arg: int):
        return -arg

    @neg.register
    @classmethod
    def _(cls, arg: bool):
        return not arg

The same pattern can be used for other similar decorators: staticmethod, abstractmethod, and others.

Novo na versão 3.8.

functools.update_wrapper(wrapper, wrapped, assigned=WRAPPER_ASSIGNMENTS, updated=WRAPPER_UPDATES)

Update a wrapper function to look like the wrapped function. The optional arguments are tuples to specify which attributes of the original function are assigned directly to the matching attributes on the wrapper function and which attributes of the wrapper function are updated with the corresponding attributes from the original function. The default values for these arguments are the module level constants WRAPPER_ASSIGNMENTS (which assigns to the wrapper function’s __module__, __name__, __qualname__, __annotations__ and __doc__, the documentation string) and WRAPPER_UPDATES (which updates the wrapper function’s __dict__, i.e. the instance dictionary).

To allow access to the original function for introspection and other purposes (e.g. bypassing a caching decorator such as lru_cache()), this function automatically adds a __wrapped__ attribute to the wrapper that refers to the function being wrapped.

The main intended use for this function is in decorator functions which wrap the decorated function and return the wrapper. If the wrapper function is not updated, the metadata of the returned function will reflect the wrapper definition rather than the original function definition, which is typically less than helpful.

update_wrapper() may be used with callables other than functions. Any attributes named in assigned or updated that are missing from the object being wrapped are ignored (i.e. this function will not attempt to set them on the wrapper function). AttributeError is still raised if the wrapper function itself is missing any attributes named in updated.

Novo na versão 3.2: Automatic addition of the __wrapped__ attribute.

Novo na versão 3.2: Copying of the __annotations__ attribute by default.

Alterado na versão 3.2: Missing attributes no longer trigger an AttributeError.

Alterado na versão 3.4: The __wrapped__ attribute now always refers to the wrapped function, even if that function defined a __wrapped__ attribute. (see bpo-17482)

@functools.wraps(wrapped, assigned=WRAPPER_ASSIGNMENTS, updated=WRAPPER_UPDATES)

This is a convenience function for invoking update_wrapper() as a function decorator when defining a wrapper function. It is equivalent to partial(update_wrapper, wrapped=wrapped, assigned=assigned, updated=updated). For example:

>>> from functools import wraps
>>> def my_decorator(f):
...     @wraps(f)
...     def wrapper(*args, **kwds):
...         print('Calling decorated function')
...         return f(*args, **kwds)
...     return wrapper
...
>>> @my_decorator
... def example():
...     """Docstring"""
...     print('Called example function')
...
>>> example()
Calling decorated function
Called example function
>>> example.__name__
'example'
>>> example.__doc__
'Docstring'

Without the use of this decorator factory, the name of the example function would have been 'wrapper', and the docstring of the original example() would have been lost.

Objetos partial

partial objects are callable objects created by partial(). They have three read-only attributes:

partial.func

A callable object or function. Calls to the partial object will be forwarded to func with new arguments and keywords.

partial.args

The leftmost positional arguments that will be prepended to the positional arguments provided to a partial object call.

partial.keywords

The keyword arguments that will be supplied when the partial object is called.

partial objects are like function objects in that they are callable, weak referencable, and can have attributes. There are some important differences. For instance, the __name__ and __doc__ attributes are not created automatically. Also, partial objects defined in classes behave like static methods and do not transform into bound methods during instance attribute look-up.