Python函数的命名参数相关
起因
今天师弟问了一个关于Python函数参数的一个问题：
#1
def func(x, l=[]):
pass
#2
def func(x, l=None):
if l is None:
l = []
为啥第一个函数会把l每次调用完的值保留下来？
起初我认为问的是这两个函数使用的时候，为何会保持对传入的参数l的修改。从这个方面来讲，是因为Python对于数据赋值的处理的原因。
在Python中，赋值是传引用的。一个列表，比如[1, 2, 3]，或者一个字符串，’tonychow’，这些对象在创建的时候会在内存中分配一段空间。如果将这些对象赋值给一个变量名，那就会导致在Python的命名空间中该变量名指向内存中这个对象。对该变量名的操作就是对内存中这个对象的操作。所以如果尝试直接将一个变量a赋值给另外一个变量b，导致的后果是，命名空间中，这两个变量名a和b指向内存中同样一个对象，也就是所谓传引用赋值。对其中任意一个变量的操作，实质是对该对象进行操作，所以同样的操作后结果也会可以在另外一个变量中看到。如下：
>>> a = [1, 2, 3]
>>> b = a
>>> a.pop()
3
>>> b
[1, 2]
>>> a
[1, 2]
>>>
从上面的代码可以看到，在将a赋值给b之后，对a列表调用pop方法，导致的是b列表也发生了变化。我们还可以通过Python内置的globals函数和id函数来加深这个理解。globals函数将会返回一个字典，这个字典是当前的全局符号表。而id函数则会返回一个对象的标识，实际上就是这个对象在内存中的地址。
>>> globals()
{'a': [1, 2], 'b': [1, 2],
'__builtins__': <module '__builtin__' (built-in)>,
'value': None, '__package__': None,
'key': '__doc__', '__name__': '__main__', '__doc__': None}
>>> id(a)
3077280588L
>>> id(b)
3077280588L
>>>
可以看到，a和b都在当前的全局字符表中，他们的值也都是一致的。此外，id函数的结果明确地说明了a和b这两个变量名都是指向了内存中的同一个对象。而在Python中，调用函数的时候，传入参数，也是进行传引用的赋值。所以我师弟说的这两个函数都会保留对于传入参数的修改，也就是：
>>> def func(l=None):
... if l is None:
... l = []
... l.append(1)
...
>>> bar = [2]
>>> bar
[2]
>>> func(bar)
>>> func(bar)
>>> bar
[2, 1, 1]
>>>
题外话，在Python内置的数据类型中，有两种不同的数据类型。一种是可变类型，比如list，dict等;另外一种就是不可变类型，比如字符串或者tuple。
可是后来师弟贴出了另外一段代码：
>>> def func2(items=None):
... if items == None:
... items = []
... items.append(1)
... return items
...
>>> func2()
[1]
>>> func2()
[1]
>>>
这下我明白了，师弟说的不是我想到的那个问题，而是命名参数的问题。
解决
说实话这个问题一开始我也没有想到答案。大家在学习Python的时候，无论看的是哪本入门书，应该在开始的时候都会看到一句话“Python中一切都是对象”。看代码：
>>> isinstance(1, int)
True
>>> isinstance('test', str)
True
>>> def func():
... pass
...
>>> type(func)
<type 'function'>
>>> dir(func)
['__call__', '__class__', '__closure__', '__code__', '__defaults__',
'__delattr__', '__dict__', '__doc__', '__format__', '__get__',
'__getattribute__', '__globals__', '__hash__', '__init__',
'__module__', '__name__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__',
'__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__',
'func_closure', 'func_code', 'func_defaults', 'func_dict', 'func_doc',
'func_globals', 'func_name']
>>> func.__code__
<code object func at 0xb76c8410, file "<stdin>", line 1>
>>> func.__name__
'func'
>>>
对的，数字1是一个对象，字符串’test’也是一个对象，甚至一个函数也是一个类型为function的对象，也有一堆的属性和方法。对于function对象而言，有一个特殊属性defaults，这个属性用一个元组保存了是这个function对象的命名参数的缺省值，如下：
>>> def func(a=1, b=2):
... pass
...
>>> func.__defaults__
(1, 2)
>>> def foo(a, b):
... pass
...
>>> foo.__defaults__ is None
True
>>> def func_no():
... pass
...
>>> func_no.__defaults__ is None
True
>>>
如果一个函数有命名参数，则按顺序保存了命名参数的缺省值。如果这个函数命名参数没有缺省值或者没有命名参数，则为None。回到问题，为什么第一个函数中指定缺省值为[]会导致随着执行过程中，缺省参数的值会被保留下来呢？代码如下：
>>> def foo(l=[]):
... l.append(1)
... return l
...
>>> foo()
[1]
>>> foo()
[1, 1]
>>> foo()
[1, 1, 1]
>>>
其实通过上面的罗嗦一大堆，答案很容易就可以得到了：foo是一个function类型的对象，这个对象中有个defaults属性，保存了命名参数l的值，而在一次次的调用过程中，因为没有传入参数，所以实际上foo函数改变的是命名参数的缺省值。也就是师弟所说的这个函数在一次次调用中保留了对命名参数l的结果的修改。而师弟贴出的第二个函数的命名参数缺省值是None，实质上就是没有缺省值，所以l的值修改没有在调用中保留下来。是不是真的这样？我们来看下：
>>> def foo(l=[]):
... print 'default_arg_addr:' + str(id(l))
... l.append(1)
... print 'changed_var_addr:' + str(id(l))
... print l
...
>>> id(foo.__defaults__[0])
3077402860L
>>> foo()
default_arg_addr:3077402860
changed_var_addr:3077402860
[1]
>>> foo()
default_arg_addr:3077402860
changed_var_addr:3077402860
[1, 1]
>>> foo.__defaults__
([1, 1],)
>>>
上面这个函数foo有一个命名参数l，它的命名参数缺省值是一个空的列表，虽然是空列表，可是它确确实实是一个对象，已经在内存给它分配了空间。我们可以通过id函数的结果看出来。然后是两次的调用foo函数可以看到，因为没有传入参数，所以这两次修改的都是这个缺省的命名参数的值，所以可以得到所谓的对l的值的修改保留下来了的感觉。
深入
首先我们应该明白，在Python中，一个对象的实例化和初始化是不同的。一个对象实例化调用的是对象的new函数，而初始化调用的是init函数。所以，要深入地去看在Python中，函数在实例化的时候到底发生了什么，我们应该要去看Python源码。如下，源码版本为Python2.7.4。
Python2.7.4/Objects/funcobject.c, func_new, L436-L439
if (defaults != Py_None) {
Py_INCREF(defaults);
newfunc->func_defaults = defaults;
}
Python2.7.4/Include/object.h, L765-L767
#define Py_INCREF(op) ( \
_Py_INC_REFTOTAL _Py_REF_DEBUG_COMMA \
((PyObject*)(op))->ob_refcnt++)
上面第一断代码是funcobject的func_new中的代码，也就应该是functions对象的new函数代码。可以看到，如果defaults不是None，也就是说有值，而我们上面也提到Python中一切都是对象，所以就会对这个对象进行Py_INCREF操作，并且将这个defaults值设定为func_defaults。Py_INCREF操作是什么？从第二段代码可以看到，这是一个宏定义，将参数op的ob_refcnt值加一。ob_refcnt是什么？refcnt——reference count，这样明白了，就是将该对象的引用计数值加一。在执行了函数函数之后，该命名函数的缺省值对象并没有被销毁，而是随着该函数对象的存在而存在。对这个缺省之对象的修改当然也会被保留下来。
-EOF-
