Часто при вызове функции удобно передать список — имен, чисел или более сложных объектов (например, словарей). При передаче списка функция получает прямой доступ ко всему его содержимому. Мы воспользуемся функциями для того, чтобы сделать работу со списком более эффективной.
Допустим, вы хотите вывести приветствие для каждого пользователя из списка. В следующем примере список имен передается функции greet_users(), которая выводит приветствие для каждого пользователя по отдельности:
greet_users.py
def greet_users(names):
. ."""Вывод простого приветствия для каждого пользователя в списке."""
. .for name in names:
. . . .msg = "Hello, " + name.title() + "!"
. . . .print(msg)
(1) usernames = ['hannah', 'ty', 'margot']
greet_users(usernames)
В соответствии со своим определением функция greet_users() рассчитывает получить список имен, который сохраняется в параметре names. Функция перебирает полученный список и выводит приветствие для каждого пользователя. В точке (1) мы определяем список пользователей usernames, который затем передается greet_users() в вызове функции:
Hello, Hannah!
Hello, Ty!
Hello, Margot!
Результат выглядит именно так, как ожидалось. Каждый пользователь получает персональное сообщение, и эту функцию можно вызвать для каждого нового набора пользователей.
Изменение списка в функции
Если вы передаете список функции, код функции сможет изменить список. Все изменения, внесенные в список в теле функции, закрепляются, что позволяет эффективно работать со списком даже при больших объемах данных.
Допустим, компания печатает на 3D-принтере модели, предоставленные пользователем. Проекты хранятся в списке, а после печати перемещаются в отдельный список. В следующем примере приведена реализация, не использующая функции:
printing_models.py
# Список моделей, которые необходимо напечатать.
unprinted_designs = ['iphone case', 'robot pendant', 'dodecahedron']
completed_models = []
# Цикл последовательно печатает каждую модель до конца списка.
# После печати каждая модель перемещается в список completed_models.
while unprinted_designs:
. .current_design = unprinted_designs.pop()
. .# Печать модели на 3D-принтере.
. .print("Printing model: " + current_design)
. .completed_models.append(current_design)
. .
# Вывод всех готовых моделей.
print("\nThe following models have been printed:")
for completed_model in completed_models:
. .print(completed_model)
В начале программы создается список моделей и пустой список completed_models, в который каждая модель перемещается после печати. Пока в unprinted_designs остаются модели, цикл while имитирует печать каждой модели: модель удаляется с конца списка, сохраняется в current_design, а пользователь получает сообщение о том, что текущая модель была напечатана. Затем модель перемещается в список напечатанных. После завершения цикла выводится список напечатанных моделей:
Printing model: dodecahedron
Printing model: robot pendant
Printing model: iphone case
The following models have been printed:
dodecahedron
robot pendant
iphone case
Мы можем изменить структуру этого кода: для этого следует написать две функции, каждая из которых решает одну конкретную задачу. Бульшая часть кода останется неизменной; просто программа становится более эффективной. Первая функция занимается печатью, а вторая выводит сводку напечатанных моделей:
(1) def print_models(unprinted_designs, completed_models):
. ."""
. .Имитирует печать моделей, пока список не станет пустым.
. .Каждая модель после печати перемещается в completed_models.
. ."""
. .while unprinted_designs:
. . . .current_design = unprinted_designs.pop()
. .
. . . .# Имитация печати модели на 3D-принтере.
. . . .print("Printing model: " + current_design)
. . . .completed_models.append(current_design)
. . . .
(2)def show_completed_models(completed_models):
. ."""Выводит информацию обо всех напечатанных моделях."""
. .print("\nThe following models have been printed:")
. .for completed_model in completed_models:
. . . .print(completed_model)
. . . .
unprinted_designs = ['iphone case', 'robot pendant', 'dodecahedron']
completed_models = []
print_models(unprinted_designs, completed_models)
show_completed_models(completed_models)
В точке (1) определяется функция print_models() с двумя параметрами: список моделей для печати и список готовых моделей. Функция имитирует печать каждой модели, последовательно извлекая модели из первого списка и перемещая их во второй список. В точке (1) определяется функция show_completed_models() с одним параметром: списком напечатанных моделей. Функция show_completed_models() получает этот список и выводит имена всех напечатанных моделей.
Программа выводит тот же результат, что и версия без функций, но структура кода значительно улучшилась. Код, выполняющий бульшую часть работы, разнесен по двум разным функциям; это упрощает чтение основной части программы. Теперь любому разработчику будет намного проще просмотреть код программы и понять, что делает программа:
unprinted_designs = ['iphone case', 'robot pendant', 'dodecahedron']
completed_models = []
print_models(unprinted_designs, completed_models)
show_completed_models(completed_models)
Программа создает список моделей для печати и пустой список для готовых моделей. Затем, поскольку обе функции уже определены, остается вызвать их и передать правильные аргументы. Мы вызываем print_models() и передаем два необходимых списка; как и ожидалось, print_models() имитирует печать моделей. Затем вызывается функция show_completed_models(), и ей передается список готовых моделей, чтобы функция могла вывести информацию о напечатанных моделях. Благодаря содержательным именам функций другой разработчик сможет прочитать этот код и понять его даже без комментариев.
Вдобавок эта программа создает меньше проблем с расширением и сопровождением, чем версия без функций. Если позднее потребуется напечатать новую партию моделей, достаточно снова вызвать print_models(). Если окажется, что код печати необходимо модифицировать, изменения достаточно внести в одном месте, и они автоматически распространятся на все вызовы функции. Такой подход намного эффективнее независимой правки кода в нескольких местах программы.
Этот пример также демонстрирует принцип, в соответствии с которым каждая функция должна решать одну конкретную задачу. Первая функция печатает каждую модель, а вторая выводит информацию о готовых моделях. Такой подход предпочтительнее решения обеих задач в функции. Если вы пишете функцию и видите, что она решает слишком много разных задач, попробуйте разделить ее код на две функции.
Помните, что функции всегда можно вызывать из других функций. Эта возможность может пригодиться для разбиения сложных задач на серию составляющих.
Запрет изменения списка в функции
Иногда требуется предотвратить изменение списка в функции. Допустим, у вас имеется список моделей для печати, и вы пишете функцию для перемещения их в список готовых моделей, как в предыдущем примере. Возможно, даже после печати всех моделей исходный список нужно оставить для отчетности. Но, поскольку все имена моделей были перенесены из списка unprinted_designs, остался только пустой список; исходная версия списка потеряна. Проблему можно решить передачей функции копии списка вместо оригинала. В этом случае все изменения, вносимые функцией в список, будут распространяться только на копию, а оригинал списка остается неизменным.
Чтобы передать функции копию списка, можно поступить так:
имя_функции(имя_списка[:])
Синтаксис среза [:] создает копию списка для передачи функции. Если удаление элементов из списка unprinted_designs в print_models.py нежелательно, функцию print_models() можно вызвать так:
print_models(unprinted_designs[:], completed_models)
Функция print_models() может выполнить свою работу, потому что она все равно получает имена всех ненапечатаных моделей. Но на этот раз она получает не сам список unprinted_designs, а его копию. Список completed_models заполняется именами напечатанных моделей, как и в предыдущем случае, но исходный список функцией не изменяется.
Несмотря на то что передача копии позволяет сохранить содержимое списка, обычно функциям следует передавать исходный список (если у вас нет веских причин для передачи копии). Работа с существующим списком более эффективна, потому что программе не приходится тратить время и память на создание отдельной копии (лишние затраты особенно заметны при работе с большими списками).
Упражнения
8-9. Фокусники: создайте список с именами фокусников. Передайте список функции show_magicians(), которая выводит имя каждого фокусника в списке.
8-10. Великие фокусники: начните с копии вашей программы из упражнения 8-9. Напишите функцию make_great(), которая изменяет список фокусников, добавляя к имени каждого фокусника приставку «Great». Вызовите функцию show_magicians() и убедитесь в том, что список был успешно изменен.
8-11. Фокусники без изменений: начните с программы из упражнения 8-10. Вызовите функцию make_great() и передайте ей копию списка имен фокусников. Поскольку исходный список остался неизменным, верните новый список и сохраните его в отдельном списке. Вызовите функцию show_magicians() с каждым списком, чтобы показать, что в одном списке остались исходные имена, а в другом к имени каждого фокусника добавилась приставка «Great».
Передача произвольного набора аргументов
В некоторых ситуациях вы не знаете заранее, сколько аргументов должно быть передано функции. К счастью, Python позволяет функции получить произвольное количество аргументов из вызывающей команды.
Для примера рассмотрим функцию для создания пиццы. Функция должна получить набор дополнений к пицце, но вы не знаете заранее, сколько дополнений закажет клиент. Функция в следующем примере получает один параметр *toppings, но этот параметр объединяет все аргументы, заданные в командной строке:
pizza.py
def make_pizza(*toppings):
. ."""Вывод списка заказанных дополнений."""
. .print(toppings)
. . . .
make_pizza('pepperoni')
make_pizza('mushrooms', 'green peppers', 'extra cheese')
Звездочка в имени параметра *toppings приказывает Python создать пустой кортеж с именем toppings и упаковать в него все полученные значения. Результат команды print в теле функции показывает, что Python успешно справляется и с вызовом функции с одним значением, и с вызовом с тремя значениями. Разные вызовы обрабатываются похожим образом. Обратите внимание: Python упаковывает аргументы в кортеж даже в том случае, если функция получает всего одно значение:
('pepperoni',)
('mushrooms', 'green peppers', 'extra cheese')
Теперь команду print можно заменить циклом, который перебирает список дополнений и выводит описание заказанной пиццы:
def make_pizza(*toppings):
. ."""Выводит описание пиццы."""
. .print("\nMaking a pizza with the following toppings:")
. .for topping in toppings:
. . . .print("- " + topping)
. . . .
make_pizza('pepperoni')
make_pizza('mushrooms', 'green peppers', 'extra cheese')
Функция реагирует соответственно независимо от того, сколько значений она получила — одно или три:
Making a pizza with the following toppings:
- pepperoni
Making a pizza with the following toppings:
- mushrooms
- green peppers
- extra cheese
Этот синтаксис работает независимо от количества аргументов, переданных функции.
Позиционные аргументы с произвольными наборами аргументов
Если вы хотите, чтобы функция могла вызываться с разными количествами аргументов, параметр для получения произвольного количества аргументов должен стоять на последнем месте в определении функции. Python сначала подбирает соответствия для позиционных и именованных аргументов, а потом объединяет все остальные аргументы в последнем параметре.
Например, если функция должна получать размер пиццы, этот параметр должен стоять в списке до параметра *toppings:
def make_pizza(size, *toppings):
. ."""Выводит описание пиццы."""
. .print("\nMaking a " + str(size) +
. . . . "-inch pizza with the following toppings:")
. .for topping in toppings:
. . . .print("- " + topping)
. . . .
make_pizza(16, 'pepperoni')
make_pizza(12, 'mushrooms', 'green peppers', 'extra cheese')
В определении функции Python сохраняет первое полученное значение в параметре size. Все остальные значения, следующие за ним, сохраняются в кортеже toppings. В вызовах функций на первом месте располагается аргумент для параметра size, а за ним следует сколько угодно дополнений.
В итоге для каждой пиццы указывается размер и количество дополнений, и каждый фрагмент информации выводится в положенном месте: сначала размер, а потом дополнения:
Making a 16-inch pizza with the following toppings:
- pepperoni
Making a 12-inch pizza with the following toppings:
- mushrooms
- green peppers
- extra cheese
Использование произвольного набора именованных аргументов
Иногда программа должна получать произвольное количество аргументов, но вы не знаете заранее, какая информация будет передаваться функции. В таких случаях можно написать функцию, получающую столько пар «ключ—значение», сколько указано в команде вызова. Один из возможных примеров — построение пользовательских профилей: вы знаете, что вы получите информацию о пользователе, но не знаете заранее, какую именно. Функция build_profile() в следующем примере всегда получает имя и фамилию, но также может получать произвольное количество именованных аргументов:
user_profile.py
def build_profile(first, last, **user_info):
. ."""Строит словарь с информацией о пользователе."""
. .profile = {}
(1) . .profile['first_name'] = first
. .profile['last_name'] = last
(2) . .for key, value in user_info.items():
. . . .profile[key] = value
. .return profile
user_profile = build_profile('albert', 'einstein',
. . . . . . . . . . . . . . location='princeton',
. . . . . . . . . . . . . . field='physics')
print(user_profile)
Определение build_profile() ожидает получить имя и фамилию пользователя, а также позволяет передать любое количество пар «имя—значение». Две звездочки перед параметром **user_info заставляют Python создать пустой словарь с именем user_info и упаковать в него все полученные пары «имя—значение». Внутри функции вы можете обращаться к парам «имя–значение» из user_info точно так же, как в любом словаре.
В теле build_profile() создается пустой словарь с именем profile для хранения профиля пользователя. В точке (1) в словарь добавляется имя и фамилия, потому что эти два значения всегда передаются пользователем. В точке (2) функция перебирает дополнительные пары «ключ—значение» в словаре user_info и добавляет каждую пару в словарь profile. Наконец, словарь profile возвращается в точку вызова функции.
Вызовем функцию build_profile() и передадим ей имя 'albert', фамилию 'einstein', и еще две пары «ключ—значение» location='princeton' и field='physics'. Программа сохраняет возвращенный словарь в user_profile и выводит его содержимое:
{'first_name': 'albert', 'last_name': 'einstein',
'location': 'princeton', 'field': 'physics'}
Возвращаемый словарь содержит имя и фамилию пользователя, а в данном случае еще и местонахождение и область исследований. Функция будет работать, сколько бы дополнительных пар «ключ—значение» ни было передано при вызове функции.
При написании функций допускаются самые разнообразные варианты смешения позиционных, именованных и произвольных значений. Полезно знать о существовании всех этих типов аргументов, потому что они часто будут встречаться вам при чтении чужого кода. Только с опытом вы научитесь правильно использовать разные типы аргументов и поймете, когда следует применять каждый тип; а пока просто используйте самый простой способ, который позволит решить задачу. С течением времени вы научитесь выбирать наиболее эффективный вариант для каждой конкретной ситуации.
Упражнения
8-12. Сэндвичи: напишите функцию, которая получает список компонентов сэндвича. Функция должна иметь один параметр для любого количества значений, переданных при вызове функции, и выводить описание заказанного сэндвича. Вызовите функцию три раза с разными количествами аргументов.
8-13. Профиль: начните с копии программы user_profile.py. Создайте собственный профиль вызовом build_profile(), укажите имя, фамилию и три другие пары «ключ—значение» для вашего описания.
8-14. Автомобили: напишите функцию для сохранения информации об автомобиле в словаре. Функция всегда должна возвращать производителя и название модели, но при этом она может получать произвольное количество именованных аргументов. Вызовите функцию с передачей обязательной информации и еще двух пар «имя—значение» (например, цвет и комплектация). Ваша функция должна работать для вызовов следующего вида:
car = make_car(‘subaru’, ‘outback’, color=’blue’, tow_package=True)
Выведите возвращаемый словарь и убедитесь в том, что вся информация была сохранена правильно.