淺談Python3中函數(shù)參數(shù)傳遞方式

之前在看北理工嵩天等老師的python3的課程，在第五周中老師講到了函數(shù)的調(diào)用傳遞。老師講了這樣一個(gè)例子

#處理多個(gè)銀行賬戶(hù)的余額信息
def addInterest(balances, rate):  
    for i in range(len(balances)):  
        balances[i] = balances[i] * (1+rate)  
def test():  
    amounts = [1000, 105, 3500, 739]  
    rate = 0.05  
    addInterest(amounts, rate)  
    print(amounts)  
  
test()  

在這個(gè)例子中可以看到為了處理多個(gè)銀行賬戶(hù)設(shè)置了amounts這個(gè)列表，老師的原話(huà)是這樣的：

“在test函數(shù)中一開(kāi)始設(shè)置了amounts為4個(gè)值的列表，然后將amounts作為第一個(gè)參數(shù)傳遞給函數(shù)addInterest,并調(diào)用執(zhí)行該函數(shù)，最后打印輸出amounts的結(jié)果，運(yùn)行結(jié)果如下：

[1050.0，110.25，3675.0，775.95] 

”

然后禮欣老師得出結(jié)論，以下為原話(huà)

“在這個(gè)例子中可以看到，amounts變量的值好像是被修改了，但是函數(shù)是不能改變變量本身即amounts的”
①

接下來(lái)是分析下函數(shù)的執(zhí)行過(guò)程，過(guò)程如下圖

addinterest()函數(shù).png-267.9kB

分析原話(huà)如下

“接下來(lái)分析下整個(gè)執(zhí)行過(guò)程，查看amounts輸出結(jié)果是如何發(fā)生變化的。首先函數(shù)test的前兩條語(yǔ)句建立了兩個(gè)變量amounts和rate，然后控制傳遞給addinterest,這里amounts是一個(gè)包含4個(gè)整數(shù)類(lèi)型值的列表對(duì)象，以實(shí)參的形式傳遞給函數(shù)addinterest形參balances,下一步執(zhí)行函數(shù)addinterest，從0到length－1范圍執(zhí)行循環(huán)，并更新balances的值?！?/p>

重點(diǎn)來(lái)了：原話(huà)如下

“圖中舊值 [1000, 105, 3500, 739]
并沒(méi)有改變，只是Python又創(chuàng)建了一組新值[1050.0，110.25，3675.0，775.95]
,并且使列表對(duì)象指向該組新值，而舊值會(huì)在Python的垃圾數(shù)據(jù)回收的時(shí)候被清除掉③，從圖中我們可以清楚的看出，為什么包含列表參數(shù)的程序addinterest修改了列表的值？但程序addinterest結(jié)束時(shí)存儲(chǔ)在amounts中的是新balances的值，實(shí)際上變量amounts從來(lái)沒(méi)有被改變過(guò)。”

“它（amounts，作者注）仍然指向的是調(diào)用addinterest函數(shù)之前的同一個(gè)列表，只是當(dāng)控制返回到調(diào)用函數(shù)中時(shí)，列表呈現(xiàn)了被修改的狀態(tài)”②

最后是得出結(jié)論，原話(huà)如下：

"通過(guò)上述過(guò)程我們可以了解到：Python的參數(shù)是通過(guò)值來(lái)傳遞的。但是如果變量是可變對(duì)象，比如是列表或者是圖形對(duì)象，返回到調(diào)用程序后，該對(duì)象會(huì)呈現(xiàn)出被修改的狀態(tài)。"

^_
注：課程原始視頻部分結(jié)束。

看了老師的這段講解之后產(chǎn)生了很多疑問(wèn)：在前面（①處）講的amounts是不能被修改的，但是在(②處)又說(shuō)列表呈現(xiàn)了被修改的狀態(tài),這不是自相矛盾嗎?在(③)處講列表創(chuàng)建了新值并且使列表指向了新值,這里不就是說(shuō)amounts發(fā)生了改變嗎？怎么能說(shuō)沒(méi)變呢？最后結(jié)論也是列表呈現(xiàn)出了被修改的狀態(tài)。這個(gè)結(jié)論云山霧繞，看得人似懂非懂。

那在Python3中參數(shù)變量是列表，在調(diào)用函數(shù)完返回后到底是被修改了還是沒(méi)被修改呢？

為了弄清這個(gè)問(wèn)題，我做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，id()可以查看變量在內(nèi)存中的地址，這個(gè)值相當(dāng)于一個(gè)對(duì)象的“身份證”。

# 處理多個(gè)銀行賬戶(hù)的余額信息
def addInterest(balances, rates):
print()
print("第二處", id(balances))
    for i in range(len(balances)):
        balances[i]= balances[i]*(1+rates)
        print()
        print("第三處",id(balances))
def test():
    amounts = [1000,105,3500,739]
    print()
    print("第一處",id(amounts))
    rate = 0.05
    addInterest(amounts, rate)
    print()
    print(amounts)
    print()
    print("第四處",id(amounts))
test()

輸出結(jié)果：

第一處 41203656

第二處 41203656

第三處 41203656

第三處 41203656

第三處 41203656

第三處 41203656

[1050.0, 110.25, 3675.0, 775.95]

第四處 41203656

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中可以清楚的看到，amounts這個(gè)對(duì)象的身份證號(hào)碼在整個(gè)程序運(yùn)行過(guò)程中從未變過(guò)，而非視頻中老師講的創(chuàng)建了新的列表對(duì)象。所以amounts作為一個(gè)列表對(duì)象在程序運(yùn)行過(guò)程中是被直接修改了，是的就是直接被修改了，而非指向新balances的值。為什么可以得出這一結(jié)論？我們可以看下第一、三處的id，在未進(jìn)入函數(shù)之前id是41203656（第一處），進(jìn)入函數(shù)之后對(duì)象id仍然未變，函數(shù)運(yùn)行完返回之后對(duì)象id仍然未變！

所以結(jié)論應(yīng)該這樣寫(xiě)會(huì)比較清楚：

改變參數(shù)值值的函數(shù)：
實(shí)參傳給形參時(shí)，python的參數(shù)是通過(guò)值來(lái)傳遞的；
如果變量是可變對(duì)象（如列表或者圖形對(duì)象），該對(duì)象會(huì)在函數(shù)中會(huì)被直接修改，返回到調(diào)用程序后也是被修改后的狀態(tài)。

那是不是Python3中函數(shù)都是像這種傳遞方式呢？我們對(duì)課程視頻中的另一個(gè)例子做一個(gè)簡(jiǎn)單的修改。

 # 計(jì)算單個(gè)銀行賬戶(hù)余額
def addinterest(balance, rate):
    print("第二處", id(balance))
    newBalance = balance * (1 + rate)
    print()
    print("第三處", id(balance))
    print()
    print("第四處", id(newBalance))
    return newBalance


def main():
    amount = 1000
    print("第一處", id(amount))
    print()
    rate = 0.05
    amount = addinterest(amount, rate)
    print()
    print("第五處", id(amount))
    print()
    print(amount)
    print("第六處", id(amount))


main()

運(yùn)行結(jié)果如下：

第一處 33533648

第二處 33533648

第三處 33533648

第四處 33563344

第五處 33563344

1050.0
第六處 33563344

不是說(shuō)好的直接修改的嗎？怎么身份證又變了？其實(shí)這里的對(duì)象amount是個(gè)常數(shù)，即為不可變對(duì)象，當(dāng)在函數(shù)中要對(duì)對(duì)象進(jìn)行處理時(shí)，由于對(duì)象不可變，只能新建一個(gè)新對(duì)象，然后return出新的對(duì)象了。

這個(gè)也就是目前網(wǎng)絡(luò)上大部分博客的結(jié)論：
1、不可變對(duì)象作為函數(shù)參數(shù)，Python通過(guò)值傳遞；
2、 可變對(duì)象作為函數(shù)參數(shù)，Python通過(guò)引用傳遞。
注：Python中，數(shù)值類(lèi)型（int和float）、字符串str、元組tuple都是不可變類(lèi)型。而列表list、字典dict、集合set是可變類(lèi)型。
（但是也有博客把這兩個(gè)結(jié)論搞反了）

但是也有博客提出了一個(gè)類(lèi)似這樣的例子

def change(val):
    val = val + [10]
nums = [0, 1]
change(nums)
print(nums)

輸出結(jié)果為

[0, 1]

其實(shí)這里是寫(xiě)的不嚴(yán)謹(jǐn)，不能直接用加號(hào)添加列表元素
可以改為這樣

def change(val):
    newval = [10]
    val= val + newval
    
nums = [0, 1]
change(nums)
print(nums)

但是輸出結(jié)果還是

[0, 1]

難道上面的結(jié)論不對(duì)嗎？
其實(shí)這里要補(bǔ)充另外一種情況：對(duì)于可變對(duì)象作為函數(shù)參數(shù)，且參數(shù)不指向其他對(duì)象時(shí)，相當(dāng)于引用傳遞；否則，若參數(shù)指向其他對(duì)象，則對(duì)參數(shù)變量的操作并不影響原變量的對(duì)象值

函數(shù)里的參數(shù)變量val指向了與nums不同的內(nèi)存變量,所以函數(shù)里的參數(shù)變量val不影響原變量nums的值

3.png-23.8kB

用下面這個(gè)看下

def change(val):
    newval = [10]
    print("第二處",id(val))
    val = val + newval
    print("第三處",id(val))
nums = [0, 1]
print("第一處",id(nums))
change(nums)
print("第四處",id(nums))
print(nums)

運(yùn)行結(jié)果如下：

第一處 39695944
第二處 39695944
第三處 39710024
第四處 39695944
[0, 1]

可以看到第一處的nums和第二處的val的內(nèi)存地址完全一樣，然后執(zhí)行到第三處時(shí)，由于函數(shù)內(nèi)VAL重新指向了別的內(nèi)存變量，所以?xún)?nèi)存地址不同。但是最后結(jié)果要輸出變量nums，即第一處第二處內(nèi)存地址的值，所以和第三處的val就沒(méi)關(guān)系了。其實(shí)這里的val是沒(méi)有返回值的。

想要直接在列表中添加元素可以寫(xiě)成這樣：

def change(val):
    val.append(10)
nums = [0, 1]
change(nums)
print(nums)

輸出結(jié)果是

[0, 1, 10]

關(guān)于變量無(wú)類(lèi)型，對(duì)象有類(lèi)型可以這樣理解：只有放在內(nèi)存空間中的對(duì)象（也就是數(shù)據(jù)）才有類(lèi)型，而變量是沒(méi)有類(lèi)型的。

如果還是不明白可以做這樣一種比喻：變量就好比釣魚(yú)者，湖水就好像內(nèi)存，里面有各種各樣的魚(yú)，它們就是對(duì)象。釣魚(yú)者（變量）的任務(wù)就是用某種方式把自己和魚(yú)（對(duì)象）通過(guò)魚(yú)線(xiàn)連接起來(lái)。那么，魚(yú)（對(duì)象）是有類(lèi)型的，有鰱魚(yú)、鯽魚(yú)、帶魚(yú)。釣魚(yú)者（變量）沒(méi)有類(lèi)型，他釣到不同類(lèi)型的魚(yú)（對(duì)象）。

用釣魚(yú)的比喻解釋下上面的例子

def change(val):
    newval = [10]
    val= val + newval
    
nums = [0, 1]
change(nums)
print(nums)

1、釣魚(yú)人已經(jīng)釣了一桶魚(yú)用nums桶裝著，nums桶可以裝很多魚(yú)。

2、現(xiàn)在提著這個(gè)nums桶繼續(xù)在湖里釣魚(yú)，這時(shí)候nums桶暫時(shí)叫做裝魚(yú)桶val,突然釣魚(yú)人釣了一條大魚(yú)，發(fā)現(xiàn)裝魚(yú)桶val裝不下，于是釣魚(yú)人又在漁具店買(mǎi)了另一個(gè)大的裝魚(yú)桶VAL，把大魚(yú)和之前的魚(yú)一塊裝了。

釣魚(yú)活動(dòng)結(jié)束。
3、最后要看看那個(gè)叫nums的桶有哪些魚(yú)，這時(shí)候當(dāng)然只能看之前的情況。

即這個(gè)結(jié)論：對(duì)于可變對(duì)象作為函數(shù)參數(shù)，且參數(shù)不指向其他對(duì)象時(shí)，相當(dāng)于引用傳遞；否則，若參數(shù)指向其他對(duì)象，則對(duì)參數(shù)變量的操作并不影響原變量的對(duì)象值。

同樣的針對(duì)其他兩個(gè)結(jié)論，也可以用這個(gè)比喻解釋?zhuān)?/p>

def change( val):
    newval = val + 10
    return  newval
num = 1
num = change(num)
print(num)

1、釣魚(yú)人手上的東西num是個(gè)小蚯蚓。
2、釣魚(yú)人拿著num去湖邊釣魚(yú)，小蚯蚓被大魚(yú)吃了，釣魚(yú)人釣到了一條大魚(yú)，釣魚(yú)人拿著魚(yú)回家。
釣魚(yú)活動(dòng)結(jié)束。
3、問(wèn)釣魚(yú)人手上現(xiàn)在拿著什么東西num？當(dāng)然是一條大魚(yú)。

def change(val):
    val.append(10)
nums = [0, 1]
change(nums)
print(nums)

1、釣魚(yú)人提著一個(gè)叫nums的桶，桶里裝著2條魚(yú) 2、釣魚(yú)人來(lái)到湖邊釣魚(yú)，此時(shí)桶暫時(shí)叫裝魚(yú)桶val，釣魚(yú)人釣到了一條魚(yú)放進(jìn)裝魚(yú)桶val。
釣魚(yú)活動(dòng)結(jié)束。
3、看看釣魚(yú)人桶里的有幾條魚(yú)。

總結(jié)來(lái)說(shuō)：

對(duì)于不可變對(duì)象作為函數(shù)參數(shù)，相當(dāng)于C系語(yǔ)言的值傳遞；
對(duì)于可變對(duì)象作為函數(shù)參數(shù)，且參數(shù)不指向其他對(duì)象時(shí)，相當(dāng)于C系語(yǔ)言的引用傳遞。
對(duì)于可變對(duì)象作為函數(shù)參數(shù)，參數(shù)指向其他對(duì)象，對(duì)參數(shù)變量的操作不影響原變量的值。