老齐教室

Python初学者应该了解的星号（*）

2020-03-23

作者：mingrammer

翻译：老齐

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与其他编程语言相比，Python语言的操作类型更多样化。

特别是星号（*），在Python中是一个用途广泛的操作符，而不仅仅用于两个数字相乘的运算之中。在本文中，我们将讨论星号的多种用途。

这里总结了4种星号的应用场景：

  • 作为乘法和乘方的运算符
  • 表示序列中元素的重复
  • 用于收集参数（可以称之为“打包”）
  • 用于容器类对象的解包

下面逐一进行说明。

乘法或乘方的运算符

对此你一定不陌生，像乘法一样，Python中也内置了乘方运算符。

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>>> 2 * 3 
6 
>>> 2 ** 3 
8 
>>> 1.414 * 1.414 
1.9993959999999997
>>> 1.414 ** 1.414
1.6320575353248798

重复类列表的容器元素

Python也支持类列表的容器类对象（即序列）与整数相乘，即为按照整数实现重复其中的元素数量。

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# Initialize the zero-valued list with 100 length
zeros_list = [0] * 100 

# Declare the zero-valued tuple with 100 length
zeros_tuple = (0,) * 100  

# Extending the "vector_list" by 3 times
vector_list = [[1, 2, 3]] 
for i, vector in enumerate(vector_list * 3):     
    print("{0} scalar product of vector: {1}".format((i + 1), [(i + 1) * e for e in vector]))
# 1 scalar product of vector: [1, 2, 3]
# 2 scalar product of vector: [2, 4, 6]
# 3 scalar product of vector: [3, 6, 9]

参数收集

很多函数中，都会有不确定个数的参数。例如，如果我们不知道要提供多少个参数，或者因为什么原因必须传任意个参数等。

在Python中有两类参数，一类是位置参数，另外一类是关键词参数，前者根据位置确定相应值，后者则是依据参数名称确定。

在研究任意个位置/关键词参数之前，先讨论确定数量的位置参数和关键词参数。

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# A function that shows the results of running competitions consisting of 2 to 4 runners.
def save_ranking(first, second, third=None, fourth=None):
    rank = {}
    rank[1], rank[2] = first, second
    rank[3] = third if third is not None else 'Nobody'
    rank[4] = fourth if fourth is not None else 'Nobody'
    print(rank)    

# Pass the 2 positional arguments
save_ranking('ming', 'alice')
# Pass the 2 positional arguments and 1 keyword argument
save_ranking('alice', 'ming', third='mike')
# Pass the 2 positional arguments and 2 keyword arguments (But, one of them was passed as like positional argument)
save_ranking('alice', 'ming', 'mike', fourth='jim')

上述代码中的函数有2个位置参数：first、second，2个关键词参数：third、fourth。位置参数不能省略，必须给所有的位置参数按照其正确的位置传值。然而，对于关键词参数，在定义函数的时候你可以设置默认值，如果调用函数的时候省略了相应的实参，会以默认值作为实参，即关键词参数可以省略。

如你所见，关键词参数可以省略，所以，它们就不能在未知参数前面进行声明，如果按照下面的方式声明参数，就必然抛出异常。

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def save_ranking(first, second=None, third, fourth=None):
    ...

但是，在save_ranking('alice', 'ming', 'mike', fourth='jim')调用中，提供了3个位置实参和一个关键词参数。是的，对于关键词参数，你也可以按照位置参数的方式传值，所对应的关键词能够接受依据位置所传的数据。按照此处的调用方法，'mike'就自动传给了third。

以上我们已经讨论了参数的基本含义，从上述示例中，我们也能看出来，上面所定义的函数不能接收任意个数的参数，因为该函数的参数是固定数量的。因此，需要对该函数进行改造，让它能够接收任意个参数，不论是位置参数还是关键词参数。看下面的示例：

收集位置参数

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def save_ranking(*args):
    print(args) 
save_ranking('ming', 'alice', 'tom', 'wilson', 'roy')
# ('ming', 'alice', 'tom', 'wilson', 'roy')

收集位置参数和关键词参数

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def save_ranking(*args, **kwargs):
    print(args)     
    print(kwargs)
save_ranking('ming', 'alice', 'tom', fourth='wilson', fifth='roy')
# ('ming', 'alice', 'tom')
# {'fourth': 'wilson', 'fifth': 'roy'}

在上面的示例中，*args意味着收集任意个数的位置参数，**kwargs意味着收集任意个数的关键词参数。这里的*args和**kwargs可以称之为打包。

如你所见，在上面我们按照位置或关键词传了任意个数的参数。按照位置传的参数被收集到元组中，并用变量args引用；以关键词传的参数则用变量kwargs引用为字典类型。

前面提到过，关键词参数不能写在位置参数前面，所以，下面的定义方式是错误的：

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def save_ranking(**kwargs, *args):
    ...

任意个数的参数很有价值，在很多开源项目中都能够看到，一般都是用*args或者**kwargs作为收集任意参数的名称，当然，你可以用其他名称，比如*requeired或者**optional等，都可以。只是对于开源项目而言，我们习惯使用*args和**kwargs罢了。

解包

星号还可以用于对容器的解包，这与前面的参数收集类似，比如，有一个包含数据的列表、元组或者字典，还有一个收集任意参数的函数：

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from functools import reduce

primes = [2, 3, 5, 7, 11, 13]

def product(*numbers):
    p = reduce(lambda x, y: x * y, numbers)
    return p 

product(*primes)
# 30030

product(primes)
# [2, 3, 5, 7, 11, 13]

因为product()能接收任意参数，我们本来需要将列表中的元素取出来，然后传给此函数。但在这里，如果以*primes的方式向函数提供primes列表数据，则primes所引用的列表会被解包，其中的每个素数都被传给函数，并被收集后用变量numbers引用。如果传该列表primes给函数，就不能解包，numbers所引用的元组中只有一个primes列表。

对于元组也如此，对于字典，需要用**代替*。

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headers = {
    'Accept': 'text/plain',
    'Content-Length': 348, 
    'Host': 'http://mingrammer.com' 
}  

def pre_process(**headers): 
    content_length = headers['Content-Length'] 
    print('content length: ', content_length) 
    
    host = headers['Host']
    if 'https' not in host: 
        raise ValueError('You must use SSL for http communication')  
        
pre_process(**headers)
# content length:  348
# Traceback (most recent call last):
#   File "<stdin>", line 1, in <module>
#   File "<stdin>", line 7, in pre_process
# ValueError: You must use SSL for http communication

还有很多种解包的实现方式，甚至于不针对函数，只是从列表、元组中取出数据，并用动态变量引用。

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numbers = [1, 2, 3, 4, 5, 6]

# The left side of unpacking should be list or tuple.
*a, = numbers
# a = [1, 2, 3, 4, 5, 6]

*a, b = numbers
# a = [1, 2, 3, 4, 5]
# b = 6

a, *b, = numbers
# a = 1 
# b = [2, 3, 4, 5, 6]

a, *b, c = numbers
# a = 1
# b = [2, 3, 4, 5]
# c = 6

上述操作中说明，可以分别从列表或元组中解包，得到相应值，然后用*a和*b引用解包所得数据，并将其打包为列表。这与前述任意个数的参数是同样的概念。

结论

以上简要介绍了Python语言中的星号（*），作为一个操作符，它有很多用途，特别是在“收集参数”中，显得很重要。但是，初学者容易在此处迷惑，所以，如果你是初学者，上面的内容要认真看一看。

原文链接：https://medium.com/understand-the-python/understanding-the-asterisk-of-python-8b9daaa4a558

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Tags: Python 星号
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