Python 的 Keyword-Only Arguments 理解

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正文开始：

PEP-3102 建议了 Keyword-Only Arguments，并且在 Python3 中实现。本文试着在 Python 函数参数的基本理解 基础上，更深入的理解 Keyword-Only Arguments.

普通用法

在 位置参数 和 关键字参数 中我们看到，普通情形下，一个参数既可以通过位置捕获，也可以直接用名称捕获。

举个例子：

>>> def f(a):
...     print(a)
...
>>> f(1)    # 通过位置隐式地捕获
1
>>> f(a=1)    # 通过 Keyword Arguments 形式显式地提供
1
>>>

定义

Keyword-Only Arguments，意思是这种参数只能通过形如 a=1 的写法给出，不再接受通过位置隐式地捕获。

具体的做法是用一个单独的星号 * 参数，表示其后面的参数全部必须以 Keyword Arguments 形式提供。

举个例子：

>>> def f(*, a):    # 声明 a 必须以 Keyword Arguments 形式提供
...     print(a)
...
>>> f(1)    # 尝试通过位置隐式提供，被抛出异常
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: f() takes 0 positional arguments but 1 was given
>>>
>>> f(a=1)     # 通过 Keyword Arguments 形式显式地提供
1
>>>

初衷

在 这一节 中提到，Python 2.x 的时代，(*a, b) 这么定义函数是不合法的： 因为前面的 *a 会收集它后面的所有位置参数，如果存在一个 b， 一定会被收集到 *a 中。

但是有这么一种场景需要(*a, b) 的写法：*a 是一系列主要参数，而 b 是一些辅助的、可选的、不那么重要的参数，可以不作为 位置参数 提供，而是作为 关键字参数 提供。

既然 *a 只收集位置参数，那么将 b 作为 关键字参数 提供，并不会引发歧义。

这就是 仅限关键字参数 Keyword-Only Arguments 的初衷。

例子

内置函数 max() 就是个很好的例子，定义如下：

max(arg1, arg2, *args[, key])

前面所有的 args 是参与比较的数值或者其他变量，而最后一个可选参数 key 以关键字参数的形式提供函数对象。

举个例子：

>>> max(1,2,3,4,5)
5
>>> max(1,2,3,4,5,key=lambda x:-x)
1
>>>

这个 key 参数是可选的、补充的。与此类似的还有 print()

>>> print('a', 'b', 'c', 'd', sep='|')
a|b|c|d
>>>

实现

为了实现这一需求，需要对 Python 2.x 的语法做出改变。

第1步改变

首先要做的是：允许 f(*a, b) 这种参数形式。下面的例子展示了两个版本不同的反应。

Python 2.x

# Python 2.x
>>> def f(*a, b):
  File "<stdin>", line 1
    def f(*a, b):
              ^
SyntaxError: invalid syntax
>>>

Python 3.x

# Python 3.x
>>> def f(*a, b):
...     pass
...
>>>

可见在 Python2中不接受这种形式，而Python 3.x则允许了，允许的前提是，后面的参数必须以关键字形式提供：也就是类似 f(b=1) 这种形式，而不能仅仅提供一个数值，即 f(1) 这种形式是不接受的。

为什么能支持关键字参数，这里有一个隐含的逻辑是：f(*a, b) 参数列表中，*a 负责收集所有的 位置参数，而且是贪婪的行为，即尽可能多的收集位置参数，直到碰到第一个例外为止。如果这里碰到一个关键字参数，那么自然 *a 停止收集，就为后面的关键字参数的存在提供了可能性。

仅限关键字参数（Keyword-Only Arguments）是对调用者（也就是函数 arguments）的要求，而非对设计者（也就是 parameter）的要求。 具体说来，在声明函数的时候，没有必要为了显示关键字参数，而给出默认值；但是在使用函数的时候，必须以关键字参数的形式提供数值，而非位置参数。

第2步改变

第2步改变是在 第1步 基础上，进一步对语法的放宽。

现在已经允许这种写法：f(*a, b)，但是有一种场景：关键字参数 b 前面没有 *a 这种 可变长度位置参数 的需求，而是一些固定的位置参数。除此之外，仅仅想规定后面的 b 为仅限关键字参数（Keyword-Only Arguments）。

下面举个例子：

def add(left, right, key):
    ...

这个二元加法函数明确的只接受两个操作数，而第三个参数 key 则希望规定为仅限关键字参数（Keyword-Only Arguments）。例如：

# 不接受
add('a', 'bc', len)

# 仅接受
add('a', 'bc', key=len)

key 前面没有了类似 *a 这样的可变长度参数引导。需要设计一种新语法标记后方的参数为仅限关键字参数（Keyword-Only Arguments）。仁慈的终生独裁者（BDFL）：Guido van Rossum 决定使用单个星号作为位置参数的结束标志。

上面的函数声明应该写作：

def add(left, right, *, key):
    ...

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参考资料

1. https://www.python.org/dev/peps/pep-3102/