4. 更多控制流工具¶
除了上一章介绍的 while
语句,Python 还支持其他语言中常见的流程控制语句,只是稍有不同。
4.1. if
语句¶
最让人耳熟能详的语句应当是 if
语句:
>>> x = int(input("Please enter an integer: "))
Please enter an integer: 42
>>> if x < 0:
... x = 0
... print('Negative changed to zero')
... elif x == 0:
... print('Zero')
... elif x == 1:
... print('Single')
... else:
... print('More')
...
More
可有零个或多个 elif
部分,else
部分也是可选的。关键字 'elif
' 是 'else if' 的缩写,用于避免过多的缩进。if
... elif
... elif
... 序列可以当作其它语言中 switch
或 case
语句的替代品。
4.2. for
语句¶
Python 的 for
语句与 C 或 Pascal 中的不同。Python 的 for
语句不迭代算术递增数值(如 Pascal),或是给予用户定义迭代步骤和结束条件的能力(如 C),而是在列表或字符串等任意序列的元素上迭代,按它们在序列中出现的顺序。 例如(这不是有意要暗指什么):
>>> # Measure some strings:
... words = ['cat', 'window', 'defenestrate']
>>> for w in words:
... print(w, len(w))
...
cat 3
window 6
defenestrate 12
很难正确地在迭代多项集的同时修改多项集的内容。更简单的方法是迭代多项集的副本或者创建新的多项集:
# Strategy: Iterate over a copy
for user, status in users.copy().items():
if status == 'inactive':
del users[user]
# Strategy: Create a new collection
active_users = {}
for user, status in users.items():
if status == 'active':
active_users[user] = status
4.3. range()
函数¶
内置函数 range()
用于生成等差数列:
>>> for i in range(5):
... print(i)
...
0
1
2
3
4
生成的序列绝不会包括给定的终止值;range(10)
生成 10 个值——长度为 10 的序列的所有合法索引。range 可以不从 0 开始,且可以按给定的步长递增(即使是负数步长):
>>> list(range(5, 10))
[5, 6, 7, 8, 9]
>>> list(range(0, 10, 3))
[0, 3, 6, 9]
>>> list(range(-10, -100, -30))
[-10, -40, -70]
要按索引迭代序列,可以组合使用 range()
和 len()
:
>>> a = ['Mary', 'had', 'a', 'little', 'lamb']
>>> for i in range(len(a)):
... print(i, a[i])
...
0 Mary
1 had
2 a
3 little
4 lamb
不过大多数情况下 enumerate()
函数很方便,详见 循环的技巧。
如果直接打印一个 range 会发生意想不到的事情:
>>> range(10)
range(0, 10)
range()
返回的对象在很多方面和列表的行为一样,但其实它和列表不一样。该对象只有在被迭代时才一个一个地返回所期望的列表项,并没有真正生成过一个含有全部项的列表,从而节省了空间。
这种对象称为可迭代对象 iterable,适合作为需要获取一系列值的函数或程序构件的参数。for
语句就是这样的程序构件;以可迭代对象作为参数的函数例如 sum()
:
>>> sum(range(4)) # 0 + 1 + 2 + 3
6
之后我们会看到更多返回可迭代对象,或以可迭代对象作为参数的函数。在 数据结构 这一章中,我们将讨论 list()
的更多细节。
4.4. 循环中的 break
、continue
语句及 else
子句¶
break
语句和 C 中的类似,用于跳出最近的 for
或 while
循环。
循环语句支持 else
子句;for
循环中,可迭代对象中的元素全部循环完毕,或 while
循环的条件为假时,执行该子句;break
语句终止循环时,不执行该子句。 请看下面这个查找素数的循环示例:
>>> for n in range(2, 10):
... for x in range(2, n):
... if n % x == 0:
... print(n, 'equals', x, '*', n//x)
... break
... else:
... # loop fell through without finding a factor
... print(n, 'is a prime number')
...
2 is a prime number
3 is a prime number
4 equals 2 * 2
5 is a prime number
6 equals 2 * 3
7 is a prime number
8 equals 2 * 4
9 equals 3 * 3
(没错,这段代码就是这么写。仔细看:else
子句属于 for
循环,不属于 if
语句。)
else
子句用于循环时比起 if
语句的 else
子句,更像 try
语句的。try
语句的 else
子句在未发生异常时执行,循环的 else
子句则在未发生 break
时执行。 try
语句和异常详见 异常的处理。
continue
语句,同样借鉴自 C 语言,以执行循环的下一次迭代来继续:
>>> for num in range(2, 10):
... if num % 2 == 0:
... print("Found an even number", num)
... continue
... print("Found an odd number", num)
...
Found an even number 2
Found an odd number 3
Found an even number 4
Found an odd number 5
Found an even number 6
Found an odd number 7
Found an even number 8
Found an odd number 9
4.5. pass
语句¶
pass
语句不执行任何动作。语法上需要一个语句,但程序毋需执行任何动作时,可以使用该语句。例如:
>>> while True:
... pass # Busy-wait for keyboard interrupt (Ctrl+C)
...
这常用于创建一个最小的类:
>>> class MyEmptyClass:
... pass
...
pass
还可用作函数或条件语句体的占位符,让你保持在更抽象的层次进行思考。pass
会被默默地忽略:
>>> def initlog(*args):
... pass # Remember to implement this!
...
4.6. 定义函数¶
下列代码创建一个可以输出限定数值内的斐波那契数列函数:
>>> def fib(n): # write Fibonacci series up to n
... """Print a Fibonacci series up to n."""
... a, b = 0, 1
... while a < n:
... print(a, end=' ')
... a, b = b, a+b
... print()
...
>>> # Now call the function we just defined:
... fib(2000)
0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377 610 987 1597
定义 函数使用关键字 def
,后跟函数名与括号内的形参列表。函数语句从下一行开始,并且必须缩进。
函数内的第一条语句是字符串时,该字符串就是文档字符串,也称为 docstring,详见 文档字符串。利用文档字符串可以自动生成在线文档或打印版文档,还可以让开发者在浏览代码时直接查阅文档;Python 开发者最好养成在代码中加入文档字符串的好习惯。
函数在 执行 时使用函数局部变量符号表,所有函数变量赋值都存在局部符号表中;引用变量时,首先,在局部符号表里查找变量,然后,是外层函数局部符号表,再是全局符号表,最后是内置名称符号表。因此,尽管可以引用全局变量和外层函数的变量,但最好不要在函数内直接赋值(除非是 global
语句定义的全局变量,或 nonlocal
语句定义的外层函数变量)。
在调用函数时会将实际参数(实参)引入到被调用函数的局部符号表中;因此,实参是使用 按值调用 来传递的(其中的 值 始终是对象的 引用 而不是对象的值)。 1 当一个函数调用另外一个函数时,会为该调用创建一个新的局部符号表。
函数定义在当前符号表中把函数名与函数对象关联在一起。解释器把函数名指向的对象作为用户自定义函数。还可以使用其他名称指向同一个函数对象,并访问访该函数:
>>> fib
<function fib at 10042ed0>
>>> f = fib
>>> f(100)
0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89
如果你用过其他语言,你可能会认为 fib
不是函数而是一个过程,因为它没有返回值。 事实上,即使没有 return
语句的函数也有返回值,尽管这个值可能相当无聊。 这个值被称为 None
(是一个内置名称)。 通常解释器会屏蔽单独的返回值 None
。 如果你确有需要可以使用 print()
查看它:
>>> fib(0)
>>> print(fib(0))
None
编写不直接输出斐波那契数列运算结果,而是返回运算结果列表的函数也非常简单:
>>> def fib2(n): # return Fibonacci series up to n
... """Return a list containing the Fibonacci series up to n."""
... result = []
... a, b = 0, 1
... while a < n:
... result.append(a) # see below
... a, b = b, a+b
... return result
...
>>> f100 = fib2(100) # call it
>>> f100 # write the result
[0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89]
本例也新引入了一些 Python 功能:
return
语句返回函数的值。return
语句不带表达式参数时,返回None
。函数执行完毕退出也返回None
。result.append(a)
语句调用了列表对象result
的 方法 。方法是“从属于”对象的函数,命名为obj.methodname
,obj
是对象(也可以是表达式),methodname
是对象类型定义的方法名。不同类型定义不同的方法,不同类型的方法名可以相同,且不会引起歧义。(用 类 可以自定义对象类型和方法,详见 类 )示例中的方法append()
是为列表对象定义的,用于在列表末尾添加新元素。本例中,该方法相当于result = result + [a]
,但更有效。
4.7. 函数定义详解¶
函数定义支持可变数量的参数。这里列出三种可以组合使用的形式。
4.7.1. 默认值参数¶
为参数指定默认值是非常有用的方式。调用函数时,可以使用比定义时更少的参数,例如:
def ask_ok(prompt, retries=4, reminder='Please try again!'):
while True:
ok = input(prompt)
if ok in ('y', 'ye', 'yes'):
return True
if ok in ('n', 'no', 'nop', 'nope'):
return False
retries = retries - 1
if retries < 0:
raise ValueError('invalid user response')
print(reminder)
该函数可以用以下方式调用:
只给出必选实参:
ask_ok('Do you really want to quit?')
给出一个可选实参:
ask_ok('OK to overwrite the file?', 2)
给出所有实参:
ask_ok('OK to overwrite the file?', 2, 'Come on, only yes or no!')
本例还使用了关键字 in
,用于确认序列中是否包含某个值。
默认值在 定义 作用域里的函数定义中求值,所以:
i = 5
def f(arg=i):
print(arg)
i = 6
f()
上例输出的是 5
。
重要警告: 默认值只计算一次。默认值为列表、字典或类实例等可变对象时,会产生与该规则不同的结果。例如,下面的函数会累积后续调用时传递的参数:
def f(a, L=[]):
L.append(a)
return L
print(f(1))
print(f(2))
print(f(3))
输出结果如下:
[1]
[1, 2]
[1, 2, 3]
不想在后续调用之间共享默认值时,应以如下方式编写函数:
def f(a, L=None):
if L is None:
L = []
L.append(a)
return L
4.7.2. 关键字参数¶
kwarg=value
形式的 关键字参数 也可以用于调用函数。函数示例如下:
def parrot(voltage, state='a stiff', action='voom', type='Norwegian Blue'):
print("-- This parrot wouldn't", action, end=' ')
print("if you put", voltage, "volts through it.")
print("-- Lovely plumage, the", type)
print("-- It's", state, "!")
该函数接受一个必选参数(voltage
)和三个可选参数(state
, action
和 type
)。该函数可用下列方式调用:
parrot(1000) # 1 positional argument
parrot(voltage=1000) # 1 keyword argument
parrot(voltage=1000000, action='VOOOOOM') # 2 keyword arguments
parrot(action='VOOOOOM', voltage=1000000) # 2 keyword arguments
parrot('a million', 'bereft of life', 'jump') # 3 positional arguments
parrot('a thousand', state='pushing up the daisies') # 1 positional, 1 keyword
以下调用函数的方式都无效:
parrot() # required argument missing
parrot(voltage=5.0, 'dead') # non-keyword argument after a keyword argument
parrot(110, voltage=220) # duplicate value for the same argument
parrot(actor='John Cleese') # unknown keyword argument
函数调用时,关键字参数必须跟在位置参数后面。所有传递的关键字参数都必须匹配一个函数接受的参数(比如,actor
不是函数 parrot
的有效参数),关键字参数的顺序并不重要。这也包括必选参数,(比如,parrot(voltage=1000)
也有效)。不能对同一个参数多次赋值,下面就是一个因此限制而失败的例子:
>>> def function(a):
... pass
...
>>> function(0, a=0)
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: function() got multiple values for argument 'a'
最后一个形参为 **name
形式时,接收一个字典(详见 映射类型 --- dict),该字典包含与函数中已定义形参对应之外的所有关键字参数。**name
形参可以与 *name
形参(下一小节介绍)组合使用(*name
必须在 **name
前面), *name
形参接收一个 元组,该元组包含形参列表之外的位置参数。例如,可以定义下面这样的函数:
def cheeseshop(kind, *arguments, **keywords):
print("-- Do you have any", kind, "?")
print("-- I'm sorry, we're all out of", kind)
for arg in arguments:
print(arg)
print("-" * 40)
for kw in keywords:
print(kw, ":", keywords[kw])
该函数可以用如下方式调用:
cheeseshop("Limburger", "It's very runny, sir.",
"It's really very, VERY runny, sir.",
shopkeeper="Michael Palin",
client="John Cleese",
sketch="Cheese Shop Sketch")
输出结果如下:
-- Do you have any Limburger ?
-- I'm sorry, we're all out of Limburger
It's very runny, sir.
It's really very, VERY runny, sir.
----------------------------------------
shopkeeper : Michael Palin
client : John Cleese
sketch : Cheese Shop Sketch
注意,关键字参数在输出结果中的顺序与调用函数时的顺序一致。
4.7.3. 特殊参数¶
默认情况下,参数可以按位置或显式关键字传递给 Python 函数。为了让代码易读、高效,最好限制参数的传递方式,这样,开发者只需查看函数定义,即可确定参数项是仅按位置、按位置或关键字,还是仅按关键字传递。
函数定义如下:
def f(pos1, pos2, /, pos_or_kwd, *, kwd1, kwd2):
----------- ---------- ----------
| | |
| Positional or keyword |
| - Keyword only
-- Positional only
/
和 *
是可选的。这些符号表明形参如何把参数值传递给函数:位置、位置或关键字、关键字。关键字形参也叫作命名形参。
4.7.3.1. 位置或关键字参数¶
函数定义中未使用 /
和 *
时,参数可以按位置或关键字传递给函数。
4.7.3.2. 仅位置参数¶
此处再介绍一些细节,特定形参可以标记为 仅限位置。仅限位置 时,形参的顺序很重要,且这些形参不能用关键字传递。仅限位置形参应放在 /
(正斜杠)前。/
用于在逻辑上分割仅限位置形参与其它形参。如果函数定义中没有 /
,则表示没有仅限位置形参。
/
后可以是 位置或关键字 或 仅限关键字 形参。
4.7.3.3. 仅限关键字参数¶
把形参标记为 仅限关键字,表明必须以关键字参数形式传递该形参,应在参数列表中第一个 仅限关键字 形参前添加 *
。
4.7.3.4. 函数示例¶
请看下面的函数定义示例,注意 /
和 *
标记:
>>> def standard_arg(arg):
... print(arg)
...
>>> def pos_only_arg(arg, /):
... print(arg)
...
>>> def kwd_only_arg(*, arg):
... print(arg)
...
>>> def combined_example(pos_only, /, standard, *, kwd_only):
... print(pos_only, standard, kwd_only)
第一个函数定义 standard_arg
是最常见的形式,对调用方式没有任何限制,可以按位置也可以按关键字传递参数:
>>> standard_arg(2)
2
>>> standard_arg(arg=2)
2
第二个函数 pos_only_arg
的函数定义中有 /
,仅限使用位置形参:
>>> pos_only_arg(1)
1
>>> pos_only_arg(arg=1)
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: pos_only_arg() got some positional-only arguments passed as keyword arguments: 'arg'
第三个函数 kwd_only_args
的函数定义通过 *
表明仅限关键字参数:
>>> kwd_only_arg(3)
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: kwd_only_arg() takes 0 positional arguments but 1 was given
>>> kwd_only_arg(arg=3)
3
最后一个函数在同一个函数定义中,使用了全部三种调用惯例:
>>> combined_example(1, 2, 3)
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: combined_example() takes 2 positional arguments but 3 were given
>>> combined_example(1, 2, kwd_only=3)
1 2 3
>>> combined_example(1, standard=2, kwd_only=3)
1 2 3
>>> combined_example(pos_only=1, standard=2, kwd_only=3)
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: combined_example() got some positional-only arguments passed as keyword arguments: 'pos_only'
下面的函数定义中,kwds
把 name
当作键,因此,可能与位置参数 name
产生潜在冲突:
def foo(name, **kwds):
return 'name' in kwds
调用该函数不可能返回 True
,因为关键字 'name'
总与第一个形参绑定。例如:
>>> foo(1, **{'name': 2})
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: foo() got multiple values for argument 'name'
>>>
加上 /
(仅限位置参数)后,就可以了。此时,函数定义把 name
当作位置参数,'name'
也可以作为关键字参数的键:
def foo(name, /, **kwds):
return 'name' in kwds
>>> foo(1, **{'name': 2})
True
换句话说,仅限位置形参的名称可以在 **kwds
中使用,而不产生歧义。
4.7.3.5. 小结¶
以下用例决定哪些形参可以用于函数定义:
def f(pos1, pos2, /, pos_or_kwd, *, kwd1, kwd2):
说明:
使用仅限位置形参,可以让用户无法使用形参名。形参名没有实际意义时,强制调用函数的实参顺序时,或同时接收位置形参和关键字时,这种方式很有用。
当形参名有实际意义,且显式名称可以让函数定义更易理解时,阻止用户依赖传递实参的位置时,才使用关键字。
对于 API,使用仅限位置形参,可以防止未来修改形参名时造成破坏性的 API 变动。
4.7.4. 任意实参列表¶
调用函数时,使用任意数量的实参是最少见的选项。这些实参包含在元组中(详见 元组和序列 )。在可变数量的实参之前,可能有若干个普通参数:
def write_multiple_items(file, separator, *args):
file.write(separator.join(args))
variadic 参数用于采集传递给函数的所有剩余参数,因此,它们通常在形参列表的末尾。*args
形参后的任何形式参数只能是仅限关键字参数,即只能用作关键字参数,不能用作位置参数:
>>> def concat(*args, sep="/"):
... return sep.join(args)
...
>>> concat("earth", "mars", "venus")
'earth/mars/venus'
>>> concat("earth", "mars", "venus", sep=".")
'earth.mars.venus'
4.7.5. 解包实参列表¶
函数调用要求独立的位置参数,但实参在列表或元组里时,要执行相反的操作。例如,内置的 range()
函数要求独立的 start 和 stop 实参。如果这些参数不是独立的,则要在调用函数时,用 *
操作符把实参从列表或元组解包出来:
>>> list(range(3, 6)) # normal call with separate arguments
[3, 4, 5]
>>> args = [3, 6]
>>> list(range(*args)) # call with arguments unpacked from a list
[3, 4, 5]
同样,字典可以用 **
操作符传递关键字参数:
>>> def parrot(voltage, state='a stiff', action='voom'):
... print("-- This parrot wouldn't", action, end=' ')
... print("if you put", voltage, "volts through it.", end=' ')
... print("E's", state, "!")
...
>>> d = {"voltage": "four million", "state": "bleedin' demised", "action": "VOOM"}
>>> parrot(**d)
-- This parrot wouldn't VOOM if you put four million volts through it. E's bleedin' demised !
4.7.6. Lambda 表达式¶
lambda
关键字用于创建小巧的匿名函数。lambda a, b: a+b
函数返回两个参数的和。Lambda 函数可用于任何需要函数对象的地方。在语法上,匿名函数只能是单个表达式。在语义上,它只是常规函数定义的语法糖。与嵌套函数定义一样,lambda 函数可以引用包含作用域中的变量:
>>> def make_incrementor(n):
... return lambda x: x + n
...
>>> f = make_incrementor(42)
>>> f(0)
42
>>> f(1)
43
上例用 lambda 表达式返回函数。还可以把匿名函数用作传递的实参:
>>> pairs = [(1, 'one'), (2, 'two'), (3, 'three'), (4, 'four')]
>>> pairs.sort(key=lambda pair: pair[1])
>>> pairs
[(4, 'four'), (1, 'one'), (3, 'three'), (2, 'two')]
4.7.7. 文档字符串¶
以下是文档字符串内容和格式的约定。
第一行应为对象用途的简短摘要。为保持简洁,不要在这里显式说明对象名或类型,因为可通过其他方式获取这些信息(除非该名称碰巧是描述函数操作的动词)。这一行应以大写字母开头,以句点结尾。
文档字符串为多行时,第二行应为空白行,在视觉上将摘要与其余描述分开。后面的行可包含若干段落,描述对象的调用约定、副作用等。
Python 解析器不会删除 Python 中多行字符串字面值的缩进,因此,文档处理工具应在必要时删除缩进。这项操作遵循以下约定:文档字符串第一行 之后 的第一个非空行决定了整个文档字符串的缩进量(第一行通常与字符串开头的引号相邻,其缩进在字符串中并不明显,因此,不能用第一行的缩进),然后,删除字符串中所有行开头处与此缩进“等价”的空白符。不能有比此缩进更少的行,但如果出现了缩进更少的行,应删除这些行的所有前导空白符。转化制表符后(通常为 8 个空格),应测试空白符的等效性。
下面是多行文档字符串的一个例子:
>>> def my_function():
... """Do nothing, but document it.
...
... No, really, it doesn't do anything.
... """
... pass
...
>>> print(my_function.__doc__)
Do nothing, but document it.
No, really, it doesn't do anything.
4.7.8. 函数注解¶
函数注解 是可选的用户自定义函数类型的元数据完整信息(详见 PEP 3107 和 PEP 484 )。
标注 以字典的形式存放在函数的 __annotations__
属性中,并且不会影响函数的任何其他部分。 形参标注的定义方式是在形参名后加冒号,后面跟一个表达式,该表达式会被求值为标注的值。 返回值标注的定义方式是加组合符号 ->
,后面跟一个表达式,该标注位于形参列表和表示 def
语句结束的冒号之间。 下面的示例有一个必须的参数,一个可选的关键字参数以及返回值都带有相应的标注:
>>> def f(ham: str, eggs: str = 'eggs') -> str:
... print("Annotations:", f.__annotations__)
... print("Arguments:", ham, eggs)
... return ham + ' and ' + eggs
...
>>> f('spam')
Annotations: {'ham': <class 'str'>, 'return': <class 'str'>, 'eggs': <class 'str'>}
Arguments: spam eggs
'spam and eggs'
4.8. 小插曲:编码风格¶
现在你将要写更长,更复杂的 Python 代码,是时候讨论一下 代码风格 了。 大多数语言都能以不同的风格被编写(或更准确地说,被格式化);有些比其他的更具有可读性。 能让其他人轻松阅读你的代码总是一个好主意,采用一种好的编码风格对此有很大帮助。
Python 项目大多都遵循 PEP 8 的风格指南;它推行的编码风格易于阅读、赏心悦目。Python 开发者均应抽时间悉心研读;以下是该提案中的核心要点:
缩进,用 4 个空格,不要用制表符。
4 个空格是小缩进(更深嵌套)和大缩进(更易阅读)之间的折中方案。制表符会引起混乱,最好别用。
换行,一行不超过 79 个字符。
这样换行的小屏阅读体验更好,还便于在大屏显示器上并排阅读多个代码文件。
用空行分隔函数和类,及函数内较大的代码块。
最好把注释放到单独一行。
使用文档字符串。
运算符前后、逗号后要用空格,但不要直接在括号内使用:
a = f(1, 2) + g(3, 4)
。类和函数的命名要一致;按惯例,命名类用
UpperCamelCase
,命名函数与方法用lowercase_with_underscores
。命名方法中第一个参数总是用self
(类和方法详见 初探类)。编写用于国际多语环境的代码时,不要用生僻的编码。Python 默认的 UTF-8 或纯 ASCII 可以胜任各种情况。
同理,就算多语阅读、维护代码的可能再小,也不要在标识符中使用非 ASCII 字符。
备注
- 1
实际上,对象引用调用 这种说法更好,因为,传递的是可变对象时,调用者能发现被调者做出的任何更改(插入列表的元素)。