在Python對(duì)象中使用C語言編寫的擴(kuò)展模塊,必須將其編譯成動(dòng)態(tài)鏈接庫的形式,通常使用Python的C語言擴(kuò)展接口提供的函數(shù)PyArg_ParseTuple()來獲得這些參數(shù)值,希望本文能夠?qū)Υ蠹矣袔椭?/p>
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Python是用C語言實(shí)現(xiàn)的一種腳本語言,本身具有優(yōu)良的開放性和可擴(kuò)展性,并提供了方便靈活的應(yīng)用程序接口(API)。從而使得C/C++程序員能夠在各個(gè)級(jí)別上對(duì)Python解釋器的功能進(jìn)行擴(kuò)展。在使用C/C++對(duì)Python進(jìn)行功能擴(kuò)展之前,必須首先掌握Python解釋所提供的C語言接口。
Python是一門面向?qū)ο蟮哪_本語言,所有的對(duì)象在Python解釋器中都被表示成PyObject,PyObject結(jié)構(gòu)包含Python對(duì)象的所有成員指針。并且對(duì)Python對(duì)象的類型信息和引用計(jì)數(shù)進(jìn)行維護(hù)。在進(jìn)行Python的擴(kuò)展編程時(shí),一旦要在C或者C++中對(duì)Python對(duì)象進(jìn)行處理,就意味著要維護(hù)一個(gè)PyObject結(jié)構(gòu)。
在Python的C語言擴(kuò)展接口中,大部分函數(shù)都有一個(gè)或者多個(gè)參數(shù)為PyObject指針類型,并且返回值也大都為PyObject指針。為了簡化內(nèi)存管理,Python通過引用計(jì)數(shù)機(jī)制實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)的垃圾回收功能,Python中的每個(gè)對(duì)象都有一個(gè)引用計(jì)數(shù)。
用來計(jì)數(shù)該對(duì)象在不同場所分別被引用了多少次。每當(dāng)引用一次Python對(duì)象,相應(yīng)的引用計(jì)數(shù)就增1,每當(dāng)消毀一次Python對(duì)象,則相應(yīng)的引用就減1,只有當(dāng)引用計(jì)數(shù)為零時(shí),才真正從內(nèi)存中刪除Python對(duì)象。
下面的例子說明了Python解釋器如何利用引用計(jì)數(shù)來對(duì)Pyhon對(duì)象進(jìn)行管理:
#include?Python.h??PyObject*?wrap_fact(PyObject*?self,?PyObject*?args)?
{????int?n,?result;?????
if?(!?PyArg_ParseTuple(args,?"i:fact",?n))??????return?NULL;?
result?=?fact(n);????return?Py_BuildValue("i",?result);??}?
static?PyMethodDef?exampleMethods[]?=???{?
{"fact",?wrap_fact,?METH_VARARGS,?"Caculate?N!"},????{NULL,?NULL}??};
void?initexample()???{????PyObject*?m;?
m?=?Py_InitModule("example",?exampleMethods);??}
在C/C++中處理Python對(duì)象時(shí),對(duì)引用計(jì)數(shù)進(jìn)行正確的維護(hù)是一個(gè)關(guān)鍵問題,處理不好將很容易產(chǎn)生內(nèi)存泄漏。Python的C語言接口提供了一些宏來對(duì)引用計(jì)數(shù)進(jìn)行維護(hù),最常見的是用Py_INCREF()來增加使Python對(duì)象的引用計(jì)數(shù)增1,用Py_DECREF()來使Python對(duì)象的引用計(jì)數(shù)減1。
該函數(shù)是Python解釋器和C函數(shù)進(jìn)行交互的接口,帶有兩個(gè)參數(shù):self和args。參數(shù)self只在C函數(shù)被實(shí)現(xiàn)為內(nèi)聯(lián)方法(built-in method)時(shí)才被用到。通常該參數(shù)的值為空(NULL),參數(shù)args中包含了Python解釋器要傳遞給C函數(shù)的所有參數(shù),通常使用Python的C語言擴(kuò)展接口提供的函數(shù)PyArg_ParseTuple()來獲得這些參數(shù)值。
方法列表中的每項(xiàng)由四個(gè)部分組成:方法名、導(dǎo)出函數(shù)、參數(shù)傳遞方式和方法描述。方法名是從Python解釋器中調(diào)用該方法時(shí)所使用的名字。參數(shù)傳遞方式則規(guī)定了Python向C函數(shù)傳遞參數(shù)的具體形式,可選的兩種方式是METH_VARARGS和METH_KEYWORDS。
其中METH_VARARGS是參數(shù)傳遞的標(biāo)準(zhǔn)形式,它通過Python的元組在Python解釋器和C函數(shù)之間傳遞參數(shù),若采用METH_KEYWORD方式,則Python解釋器和C函數(shù)之間將通過Python的字典類型在兩者之間進(jìn)行參數(shù)傳遞。
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python的函數(shù)參數(shù)傳遞是"引用傳遞(地址傳遞)"。
python中賦值語句的過程(x = 1):先申請(qǐng)一段內(nèi)存分配給一個(gè)整型對(duì)象來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)1,然后讓變量x去指向這個(gè)對(duì)象,實(shí)際上就是指向這段內(nèi)存(這里有點(diǎn)和C語言中的指針類似)。
在Python中,會(huì)為每個(gè)層次生成一個(gè)符號(hào)表,里層能調(diào)用外層中的變量,而外層不能調(diào)用里層中的變量,并且當(dāng)外層和里層有同名變量時(shí),外層變量會(huì)被里層變量屏蔽掉。函數(shù)? 調(diào)用 ?會(huì)為函數(shù)局部變量生成一個(gè)新的符號(hào)表。
局部變量:作用于該函數(shù)內(nèi)部,一旦函數(shù)執(zhí)行完成,該變量就被回收。
全局變量:它是在函數(shù)外部定義的,作用域是整個(gè)文件。全局變量可以直接在函數(shù)里面應(yīng)用,但是如果要在函數(shù)內(nèi)部改變?nèi)肿兞?,必須使用global關(guān)鍵字進(jìn)行聲明。
注意 :默認(rèn)值在函數(shù)? 定義 ?作用域被解析
在定義函數(shù)時(shí),就已經(jīng)執(zhí)行力它的局部變量
python中不可變類型是共享內(nèi)存地址的:把相同的兩個(gè)不可變類型數(shù)據(jù)賦給兩個(gè)不同變量a,b,a,b在內(nèi)存中的地址是一樣的。
parameter 是函數(shù)定義的參數(shù)形式
argument 是函數(shù)調(diào)用時(shí)傳入的參數(shù)實(shí)體。
對(duì)于函數(shù)調(diào)用的傳參模式,一般有兩種:
此外,
也是關(guān)鍵字傳參
python的函數(shù)參數(shù)定義一般來說有五種: 位置和關(guān)鍵字參數(shù)混合 , 僅位置參數(shù) , 僅關(guān)鍵字參數(shù) , 可變位置參數(shù) , 可變關(guān)鍵字參數(shù) 。其中僅位置參數(shù)的方式僅僅是一個(gè)概念,python語法中暫時(shí)沒有這樣的設(shè)計(jì)。
通常我們見到的函數(shù)是位置和關(guān)鍵字混合的方式。
既可以用關(guān)鍵字又可以用位置調(diào)用
或
這種方式的定義只能使用關(guān)鍵字傳參的模式
f(*some_list) 與 f(arg1, arg2, ...) (其中some_list = [arg1, arg2, ...])是等價(jià)的
網(wǎng)絡(luò)模塊request的request方法的設(shè)計(jì)
多數(shù)的可選參數(shù)被設(shè)計(jì)成可變關(guān)鍵字參數(shù)
有多種方法能夠?yàn)楹瘮?shù)定義輸出:
非常晦澀
如果使用可變對(duì)象作為函數(shù)的默認(rèn)參數(shù),會(huì)導(dǎo)致默認(rèn)參數(shù)在所有的函數(shù)調(diào)用中被共享。
例子1:
addItem方法的data設(shè)計(jì)了一個(gè)默認(rèn)參數(shù),使用不當(dāng)會(huì)造成默認(rèn)參數(shù)被共享。
python里面,函數(shù)的默認(rèn)參數(shù)被存在__default__屬性中,這是一個(gè)元組類型
例子2:
在例子1中,默認(rèn)參數(shù)是一個(gè)列表,它是mutable的數(shù)據(jù)類型,當(dāng)它寫進(jìn) __defauts__屬性中時(shí),函數(shù)addItem的操作并不會(huì)改變它的id,相當(dāng)于 __defauts__只是保存了data的引用,對(duì)于它的內(nèi)存數(shù)據(jù)并不關(guān)心,每次調(diào)用addItem,都可以修改 addItem.__defauts__中的數(shù)據(jù),它是一個(gè)共享數(shù)據(jù)。
如果默認(rèn)參數(shù)是一個(gè)imutable類型,情況將會(huì)不一樣,你無法改變默認(rèn)參數(shù)第一次存入的值。
例子1中,連續(xù)調(diào)用addItem('world') 的結(jié)果會(huì)是
而不是期望的
python函數(shù)傳對(duì)象對(duì)性能有影響。在Python中,一切皆對(duì)象,Python參數(shù)傳遞采用的都是“傳對(duì)象引用”的方式。實(shí)際上,這種方式相當(dāng)于傳值和傳引用的一種綜合。如果函數(shù)收到的是一個(gè)可變對(duì)象(比如字典或者列表)的引用,就能修改對(duì)象的原始值,相當(dāng)于通過“傳引用”來傳遞對(duì)象。如果函數(shù)收到的是一個(gè)不可變對(duì)象(比如數(shù)字、字符或者元組)的引用,就不能直接修改原始對(duì)象,相當(dāng)于通過“傳值’來傳遞對(duì)象,此時(shí)如果想改變這些變量的值,可以將這些變量申明為全局變量。
python的一切數(shù)據(jù)類型都是對(duì)象。但是python的對(duì)象分為不可變對(duì)象和可變對(duì)象。python的變量是引用,對(duì)python變量的賦值是引用去綁定該對(duì)象。
可變對(duì)象的數(shù)據(jù)發(fā)生改變,例如列表和字典,引用不會(huì)更改綁定對(duì)象,畢竟本身就是用于增刪改查的,頻繁地產(chǎn)生新對(duì)象必然導(dǎo)致開銷巨大,只需要該對(duì)象內(nèi)部變化就行;但對(duì)于綁定了不可變對(duì)象的引用,對(duì)象一旦改變就會(huì)使引用綁定新的對(duì)象。
這一點(diǎn)也會(huì)反應(yīng)到函數(shù)的參數(shù)上。python的傳值方式是“傳對(duì)象”引用。python的函數(shù),形參實(shí)際上是引用,實(shí)參便是對(duì)象綁定到該引用上。本質(zhì)是形參會(huì)被作為函數(shù)的局部變量,在開辟的函數(shù)的棧內(nèi)存中被聲明。
簡要來講:
如果參數(shù)是數(shù),則類似值傳遞,
如果參數(shù)是列表和字典,則類似引用傳遞。
每個(gè)對(duì)象都會(huì)有個(gè)id, 可以用id()驗(yàn)證以上說法:
這個(gè)函數(shù)的參數(shù)是列表,是可變對(duì)象。
Python函數(shù)的參數(shù)類型主要包括必選參數(shù)、可選參數(shù)、可變參數(shù)、位置參數(shù)和關(guān)鍵字參數(shù),本文介紹一下他們的定義以及可變數(shù)據(jù)類型參數(shù)傳遞需要注意的地方。
必選參數(shù)(Required arguments)是必須輸入的參數(shù),比如下面的代碼,必須輸入2個(gè)參數(shù),否則就會(huì)報(bào)錯(cuò):
其實(shí)上面例子中的參數(shù) num1和num2也屬于關(guān)鍵字參數(shù),比如可以通過如下方式調(diào)用:
執(zhí)行結(jié)果:
可選參數(shù)(Optional arguments)可以不用傳入函數(shù),有一個(gè)默認(rèn)值,如果沒有傳入會(huì)使用默認(rèn)值,不會(huì)報(bào)錯(cuò)。
位置參數(shù)(positional arguments)根據(jù)其在函數(shù)定義中的位置調(diào)用,下面是pow()函數(shù)的幫助信息:
x,y,z三個(gè)參數(shù)的的順序是固定的,并且不能使用關(guān)鍵字:
輸出:
在上面的pow()函數(shù)幫助信息中可以看到位置參數(shù)后面加了一個(gè)反斜杠 / ,這是python內(nèi)置函數(shù)的語法定義,Python開發(fā)人員不能在python3.8版本之前的代碼中使用此語法。但python3.0到3.7版本可以使用如下方式定義位置參數(shù):
星號(hào)前面的參數(shù)為位置參數(shù)或者關(guān)鍵字參數(shù),星號(hào)后面是強(qiáng)制關(guān)鍵字參數(shù),具體介紹見強(qiáng)制關(guān)鍵字參數(shù)。
python3.8版本引入了強(qiáng)制位置參數(shù)(Positional-Only Parameters),也就是我們可以使用反斜杠 / 語法來定義位置參數(shù)了,可以寫成如下形式:
來看下面的例子:
python3.8運(yùn)行:
不能使用關(guān)鍵字參數(shù)形式賦值了。
可變參數(shù) (varargs argument) 就是傳入的參數(shù)個(gè)數(shù)是可變的,可以是0-n個(gè),使用星號(hào)( * )將輸入?yún)?shù)自動(dòng)組裝為一個(gè)元組(tuple):
執(zhí)行結(jié)果:
關(guān)鍵字參數(shù)(keyword argument)允許將任意個(gè)含參數(shù)名的參數(shù)導(dǎo)入到python函數(shù)中,使用雙星號(hào)( ** ),在函數(shù)內(nèi)部自動(dòng)組裝為一個(gè)字典。
執(zhí)行結(jié)果:
上面介紹的參數(shù)可以混合使用:
結(jié)果:
注意:由于傳入的參數(shù)個(gè)數(shù)不定,所以當(dāng)與普通參數(shù)一同使用時(shí),必須把帶星號(hào)的參數(shù)放在最后。
強(qiáng)制關(guān)鍵字參數(shù)(Keyword-Only Arguments)是python3引入的特性,可參考:。 使用一個(gè)星號(hào)隔開:
在位置參數(shù)一節(jié)介紹過星號(hào)前面的參數(shù)可以是位置參數(shù)和關(guān)鍵字參數(shù)。星號(hào)后面的參數(shù)都是強(qiáng)制關(guān)鍵字參數(shù),必須以指定參數(shù)名的方式傳參,如果強(qiáng)制關(guān)鍵字參數(shù)沒有設(shè)置默認(rèn)參數(shù),調(diào)用函數(shù)時(shí)必須傳參。
執(zhí)行結(jié)果:
也可以在可變參數(shù)后面命名關(guān)鍵字參數(shù),這樣就不需要星號(hào)分隔符了:
執(zhí)行結(jié)果:
在Python對(duì)象及內(nèi)存管理機(jī)制中介紹了python中的參數(shù)傳遞屬于對(duì)象的 引用傳遞 (pass by object reference),在編寫函數(shù)的時(shí)候需要特別注意。
先來看個(gè)例子:
執(zhí)行結(jié)果:
l1 和 l2指向相同的地址,由于列表可變,l1改變時(shí),l2也跟著變了。
接著看下面的例子:
結(jié)果:
l1沒有變化!為什么不是[1, 2, 3, 4]呢?
l = l + [4]表示創(chuàng)建一個(gè)“末尾加入元素 4“的新列表,并讓 l 指向這個(gè)新的對(duì)象,l1沒有進(jìn)行任何操作,因此 l1 的值不變。如果要改變l1的值,需要加一個(gè)返回值:
結(jié)果:
下面的代碼執(zhí)行結(jié)果又是什么呢?
執(zhí)行結(jié)果:
和第一個(gè)例子一樣,l1 和 l2指向相同的地址,所以會(huì)一起改變。這個(gè)問題怎么解決呢?
可以使用下面的方式:
也可以使用淺拷貝或者深度拷貝,具體使用方法可參考Python對(duì)象及內(nèi)存管理機(jī)制。這個(gè)問題在Python編程時(shí)需要特別注意。
本文主要介紹了python函數(shù)的幾種參數(shù)類型:必選參數(shù)、可選參數(shù)、可變參數(shù)、位置參數(shù)、強(qiáng)制位置參數(shù)、關(guān)鍵字參數(shù)、強(qiáng)制關(guān)鍵字參數(shù),注意他們不是完全獨(dú)立的,比如必選參數(shù)、可選參數(shù)也可以是關(guān)鍵字參數(shù),位置參數(shù)可以是必選參數(shù)或者可選參數(shù)。
另外,python中的參數(shù)傳遞屬于對(duì)象的 引用傳遞 ,在對(duì)可變數(shù)據(jù)類型進(jìn)行參數(shù)傳遞時(shí)需要特別注意,如有必要,使用python的拷貝方法。
參考文檔:
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