精通Python函数，深入了解*args和**kwargs

大家好，如果能在Python中创建适应不同场景的函数，而无需每次都重写它们，会使得操作简洁方便，这就是*args和**kwargs的魔力所在。就像为函数准备了一个神奇的袋子，可以装下任意多的参数——使代码更整洁、更灵活。

为了帮助大家更好地理解Python中的*args和**kwargs，接下来展示一下如果没有这些概念，代码将会是什么状态。

这里展示一个简单的函数simple_sum，用于将两个数字相加：

def simple_sum(a, b):
    return a + b

result = simple_sum(3, 7)
print(result)

想象一下如果想创建一个将三个数字相加的函数，最终可能会以如下方式重写这个函数：

def simple_sum_three(a, b, c):
    return a + b + c

result_three = simple_sum_three(3, 7, 5)
print(result_three)

如果想将更多的数字相加，不得不为每种情况创建新函数，这既不优雅也不灵活。为了解决这个问题，有一个称为“参数打包”的概念，可以在函数定义语句中使用*符号，将一个参数转换为超级参数，它可以作为一个袋子，并在调用函数时容纳/打包传递它的所有值，存储在一个变量中。

同样，符号*也可以用于解包数据结构，具体取决于它的使用方式，本文将在后面介绍如何做到这一点。

1.使用*args进行参数打包

在Python中，当在函数定义中看到一个星号（*）紧跟在一个参数前面时，这是参数打包的信号。这意味着可以向函数传递任意数量的参数，它们将被整洁地打包成一个元组。就像为函数准备了一个神奇的袋子，使它能够适应不同的情况，而无需不断地重写函数。

def magic_sum(*args):
    result = sum(args)
    return result

# 三个数字相加
result1 = magic_sum(3, 7, 5)
print("Result 1:", result1)  # 预期输出：15(3+7+5)

# 五个数字相加
result2 = magic_sum(1, 2, 3, 4, 5)
print("Result 2:", result2)  # 预期输出：15(1+2+3+4+5)

# 相加更多数字
result3 = magic_sum(10, 20, 30, 40, 50, 60)
print("Result 3:", result3)  # 预期输出：210(10+20+30+40+50+60)

在这个示例中，magic_sum函数使用*args进行参数打包。可以使用不同数量的参数调用这个函数，它会将这些参数整洁地打包成一个元组进行加法运算。在这种情况下，变量args就变成了一个元组。就像有了一个可以处理任意数量输入的计算器，而无需更改其公式。

2.参数解包

另一方面，在调用函数时，可以使用星号（*）表示正在解包一个值序列（元组、列表、集合、字符串），并将其元素作为单独的值传递。这种方法适用于将数据保存在集合（例如元组）中，但希望从集合中提取每个值，并将其作为单独参数传递给函数的情况。

def display_values(a, b, c):
    print("Value of a:", a)
    print("Value of b:", b)
    print("Value of c:", c)

# 解包一个元组并将其元素作为单独的值传递
tuple_values = (7, 14, 21)
display_values(*tuple_values) # 等同于 display_values(7, 14, 21)

可以使用此方法从多个集合类型数据中提取值：

def display_values(a, b, c):
    print("Value of a:", a)
    print("Value of b:", b)
    print("Value of c:", c)

# 解包一个元组并将其元素作为单独的值传递
tuple_values = (7, 14, 21)
display_values(*tuple_values)  # 等同于 display_values(7, 14, 21)

# 解包一个列表
list_values = [30, 40, 50]
display_values(*list_values)  # 等同于 display_values(30, 40, 50)

# 解包一个字符串（每个字符成为单独的参数）
string_values = "XYZ"
display_values(*string_values)  # 等同于 display_values('X', 'Y', 'Z')

# 解包一个集合
set_values = {60, 70, 80}
display_values(*set_values)  # 顺序可能会有变化，等同于 display_values(60, 70, 80)

# 解包一个范围
range_values = range(3, 6)
display_values(*range_values)  # 等同于 display_values(3, 4, 5)

还可以将函数定义部分的a、b、c更改为values以接收可变数量的参数。values将成为传递的所有参数的元组。这可以理解为同时进行打包和解包。

def display_values(*values): # 将数值打包到一个变量中。
    print("Values:", values)

# 解包一个元组并将其元素作为单独的值传递
tuple_values = (7, 14, 21)
display_values(*tuple_values)

3.使用**进行关键字参数打包

接下来，本文将使用双星号（**），这是Python的一个运算符，它将字典的打包和解包引入其中。当一个函数参数以“**”为前缀时，它表示相应的参数应该是键值对，并整齐地打包成一个字典。这与元组参数的打包相同，但用于函数参数为关键字参数的情况。

def display_info(**kwargs):
    for key, value in kwargs.items():
        print(f"{key}: {value}")

# 在函数调用中直接传递关键字参数
display_info(name='Alice', age=25, city='Wonderland')

4.关键字参数解包

解包字典，并将其内容作为单独的关键字参数传递给函数。这种方法适用于将数据保存在字典中，但又想从字典中提取每个键值对，并将其作为单独的关键字参数传递给函数的情况：

def display_person_info(name, age, city):
    print("Name:", name)
    print("Age:", age)
    print("City:", city)

# 解包一个包含预期键值对的字典
person_info = {'name': 'Alice', 'age': 25, 'city': 'Wonderland'}
display_person_info(**person_info)

5.结合使用*args和**kwargs

结合*args和**kwargs的力量，将它们分别视为长度可变的位置参数列表和关键字参数列表。

def display_information(*args, **kwargs):
    print("Positional Arguments (*args):")
    for arg in args:
        print(arg)

    print("\nKeyword Arguments (**kwargs):")
    for key, value in kwargs.items():
        print(f"{key}: {value}")

# 使用位置参数和关键字参数的混合调用函数
display_information(1, 'apple', name='Alice', age=25, city='Wonderland')

在此示例中，display_information函数接收*args以处理任意数量的位置参数，接收**kwargs以处理任意数量的关键字参数，然后该函数分别打印每种类型的参数。

6.一次性进行多次解包

Python中的另一个有趣功能是能够在单个函数调用中执行多次解包。

def display_values(*args):
    for value in args:
        print(value)

# 在单个函数调用中进行多次解包
list_values = [1, 2, 3]
tuple_values = (4, 5, 6)
set_values = {7, 8, 9}

display_values(*list_values, *tuple_values, *set_values)

在此示例中，display_values函数使用多次解包以单行方式调用三种不同的可迭代类型（列表、元组和集合）。在函数调用期间，通过多次解包（*list_values，*tuple_values，*set_values）收集所有值，存储在单个args参数中。