任何人只要长时间摆弄Python,都会被以下问题所困扰(或撕成碎片):

def foo(a=[]):
    a.append(5)
    return a

Python新手希望这个没有参数的函数总是返回一个只有一个元素的列表:[5]。结果却非常不同,非常令人惊讶(对于新手来说):

>>> foo()
[5]
>>> foo()
[5, 5]
>>> foo()
[5, 5, 5]
>>> foo()
[5, 5, 5, 5]
>>> foo()

我的一位经理曾第一次接触到这个功能,并称其为语言的“戏剧性设计缺陷”。我回答说,这种行为有一个潜在的解释,如果你不了解其内部,这确实非常令人困惑和意外。然而,我无法(对自己)回答以下问题:在函数定义时而不是在函数执行时绑定默认参数的原因是什么?我怀疑有经验的行为是否有实际用途(谁真的在C中使用了静态变量,而没有滋生bug?)

编辑:

Baczek举了一个有趣的例子。连同您的大多数评论,特别是Utaal的评论,我进一步阐述了:

>>> def a():
...     print("a executed")
...     return []
... 
>>>            
>>> def b(x=a()):
...     x.append(5)
...     print(x)
... 
a executed
>>> b()
[5]
>>> b()
[5, 5]

在我看来,设计决策似乎与将参数范围放在哪里有关:放在函数内部,还是与函数“一起”?

在函数内部进行绑定意味着当函数被调用而不是被定义时,x被有效地绑定到指定的默认值,这将带来一个严重的缺陷:def行将是“混合”的,即部分绑定(函数对象)将在定义时发生,部分绑定(默认参数的赋值)将在函数调用时发生。

实际行为更加一致:当执行该行时,该行的所有内容都会得到求值,这意味着在函数定义时。


当前回答

如果考虑到以下因素,这种行为并不奇怪:

尝试赋值时只读类属性的行为,以及函数是对象(在公认的答案中解释得很好)。

(2)的作用已在本主题中广泛讨论。(1) 很可能是令人惊讶的原因,因为这种行为在来自其他语言时并不“直观”。

(1) 在Python教程中对类进行了描述。尝试将值分配给只读类属性时:

…在最内部范围之外找到的所有变量都是只读(尝试写入这样的变量只会创建一个最内部范围中的新局部变量,保留相同的命名的外部变量保持不变)。

回顾最初的示例,并考虑以上几点:

def foo(a=[]):
    a.append(5)
    return a

这里foo是一个对象,a是foo的一个属性(在foo.func_defs[0]中可用)。由于a是一个列表,因此a是可变的,因此是foo读写属性。当函数实例化时,它被初始化为签名指定的空列表,并且只要函数对象存在,它就可用于读取和写入。

在不覆盖默认值的情况下调用foo使用foo.func_defs中的默认值。在这种情况下,foo.func_descfs[0]用于函数内对象的代码范围。更改foo.func_defs[0],它是foo对象的一部分,在执行foo中的代码之间持续存在。

现在,将其与文档中关于模拟其他语言的默认参数行为的示例进行比较,以便每次执行函数时都使用函数签名默认值:

def foo(a, L=None):
    if L is None:
        L = []
    L.append(a)
    return L

考虑到(1)和(2),可以看出为什么这会实现所需的行为:

当foo函数对象被实例化时,foo.func_defs[0]被设置为None,这是一个不可变的对象。当函数以默认值执行时(函数调用中没有为L指定参数),foo.func_defs[0](None)在本地作用域中可用为L。当L=[]时,foo.func_defs[0]处的赋值无法成功,因为该属性是只读的。根据(1),在局部作用域中创建一个新的局部变量(也称为L),并用于函数调用的其余部分。因此,对于未来的foo调用,foo.func_defs[0]保持不变。

其他回答

这种行为很容易解释为:

函数(类等)声明只执行一次,创建所有默认值对象所有内容都通过引用传递

So:

def x(a=0, b=[], c=[], d=0):
    a = a + 1
    b = b + [1]
    c.append(1)
    print a, b, c

a不改变-每次赋值调用都创建新的int对象-打印新对象b不变-新数组是从默认值构建并打印的c更改-对同一对象执行操作-并打印

每个其他的答案都解释了为什么这实际上是一个好的和期望的行为,或者为什么你无论如何都不需要这个。我是为那些顽固的人准备的,他们想行使自己的权利,让语言服从自己的意愿,而不是相反。

我们将使用一个装饰器来“修复”这个行为,该装饰器将复制默认值,而不是为保留在默认值的每个位置参数重复使用相同的实例。

import inspect
from copy import deepcopy  # copy would fail on deep arguments like nested dicts

def sanify(function):
    def wrapper(*a, **kw):
        # store the default values
        defaults = inspect.getargspec(function).defaults # for python2
        # construct a new argument list
        new_args = []
        for i, arg in enumerate(defaults):
            # allow passing positional arguments
            if i in range(len(a)):
                new_args.append(a[i])
            else:
                # copy the value
                new_args.append(deepcopy(arg))
        return function(*new_args, **kw)
    return wrapper

现在让我们使用这个装饰器重新定义我们的函数:

@sanify
def foo(a=[]):
    a.append(5)
    return a

foo() # '[5]'
foo() # '[5]' -- as desired

对于具有多个参数的函数来说,这一点尤为简洁。比较:

# the 'correct' approach
def bar(a=None, b=None, c=None):
    if a is None:
        a = []
    if b is None:
        b = []
    if c is None:
        c = []
    # finally do the actual work

with

# the nasty decorator hack
@sanify
def bar(a=[], b=[], c=[]):
    # wow, works right out of the box!

需要注意的是,如果您尝试使用关键字args,则上述解决方案会中断,如下所示:

foo(a=[4])

可以调整装饰器以允许这一点,但我们将此作为读者的练习;)

我将演示一种将默认列表值传递给函数的替代结构(它与字典同样适用)。

正如其他人广泛评论的那样,列表参数在定义时绑定到函数,而不是在执行时。由于列表和字典是可变的,因此对该参数的任何更改都将影响对该函数的其他调用。因此,对函数的后续调用将接收此共享列表,该列表可能已被对函数的任何其他调用更改。更糟糕的是,两个参数同时使用该函数的共享参数,而忽略了另一个参数所做的更改。

错误的方法(可能…):

def foo(list_arg=[5]):
    return list_arg

a = foo()
a.append(6)
>>> a
[5, 6]

b = foo()
b.append(7)
# The value of 6 appended to variable 'a' is now part of the list held by 'b'.
>>> b
[5, 6, 7]  

# Although 'a' is expecting to receive 6 (the last element it appended to the list),
# it actually receives the last element appended to the shared list.
# It thus receives the value 7 previously appended by 'b'.
>>> a.pop()             
7

您可以使用id:

>>> id(a)
5347866528

>>> id(b)
5347866528

根据Brett Slatkin的《有效的Python:59种编写更好Python的具体方法》,第20项:使用None和Docstring指定动态默认参数(第48页)

在Python中实现所需结果的惯例是提供默认值None,并记录实际行为在docstring中。

此实现确保对函数的每个调用都接收默认列表或传递给函数的列表。

首选方法:

def foo(list_arg=None):
   """
   :param list_arg:  A list of input values. 
                     If none provided, used a list with a default value of 5.
   """
   if not list_arg:
       list_arg = [5]
   return list_arg

a = foo()
a.append(6)
>>> a
[5, 6]

b = foo()
b.append(7)
>>> b
[5, 7]

c = foo([10])
c.append(11)
>>> c
[10, 11]

“错误方法”可能有合法的用例,程序员希望共享默认列表参数,但这更可能是例外而不是规则。

这个“bug”给了我很多加班时间!但我开始看到它的潜在用途(但我还是希望它在执行时使用)

我会给你一个我认为有用的例子。

def example(errors=[]):
    # statements
    # Something went wrong
    mistake = True
    if mistake:
        tryToFixIt(errors)
        # Didn't work.. let's try again
        tryToFixItAnotherway(errors)
        # This time it worked
    return errors

def tryToFixIt(err):
    err.append('Attempt to fix it')

def tryToFixItAnotherway(err):
    err.append('Attempt to fix it by another way')

def main():
    for item in range(2):
        errors = example()
    print '\n'.join(errors)

main()

打印以下内容

Attempt to fix it
Attempt to fix it by another way
Attempt to fix it
Attempt to fix it by another way

嗯,原因很简单,绑定是在代码执行时完成的,函数定义是执行的,嗯。。。当定义函数时。

比较一下:

class BananaBunch:
    bananas = []

    def addBanana(self, banana):
        self.bananas.append(banana)

这段代码遭遇了完全相同的意外事件。香蕉是一个类属性,因此,当您向它添加内容时,它会添加到该类的所有实例中。原因完全相同。

这只是“它是如何工作的”,在函数情况下使它以不同的方式工作可能会很复杂,在类情况下可能是不可能的,或者至少会大大降低对象实例化的速度,因为您必须保留类代码,并在创建对象时执行它。

是的,这是出乎意料的。但一旦一分钱下降,它就完全符合Python的工作原理。事实上,这是一个很好的教学辅助工具,一旦你了解了为什么会发生这种情况,你就会更好地了解python。

也就是说,它应该在任何好的Python教程中占据突出位置。因为正如你提到的,每个人迟早都会遇到这个问题。