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Python 中的函数签名：详解与实例

news 2025/11/5 4:42:02

Python 中的函数签名：详解与实例

函数签名（Function Signature）在 Python 中是对函数调用接口的结构化描述，它定义了函数接收参数的方式、类型提示以及返回值信息。Python 的函数签名具有灵活性，不强制参数类型，但能清晰展示函数的使用规则。

一、函数签名的核心组成

Python 函数签名主要包含以下要素：

函数名称
参数列表（名称、类型注解、默认值、参数种类）
返回值注解

我们可以使用标准库 inspect 模块的 signature() 函数来查看和分析函数签名。

二、不同类型的函数签名实例

1. 基础函数签名

最基本的函数签名包含必选参数和类型注解：

import inspectdef add(a: int, b: int) -> int:return a + b# 获取函数签名
sig = inspect.signature(add)
print(f"函数签名: {sig}")  # 输出: (a: int, b: int) -> int# 分析参数
for param in sig.parameters.values():print(f"参数名: {param.name}, 类型: {param.annotation}, 种类: {param.kind}")

输出：

函数签名: (a: int, b: int) -> int
参数名: a, 类型: <class 'int'>, 种类: POSITIONAL_OR_KEYWORD
参数名: b, 类型: <class 'int'>, 种类: POSITIONAL_OR_KEYWORD

2. 包含默认值的函数签名

当参数有默认值时，签名会明确标示：

def greet(name: str, greeting: str = "Hello") -> str:return f"{greeting}, {name}!"sig = inspect.signature(greet)
print(f"函数签名: {sig}")  # 输出: (name: str, greeting: str = 'Hello') -> strfor param in sig.parameters.values():print(f"参数名: {param.name}, 默认值: {param.default if param.default is not inspect.Parameter.empty else '无'}")

输出：

函数签名: (name: str, greeting: str = 'Hello') -> str
参数名: name, 默认值: 无
参数名: greeting, 默认值: Hello

3. 包含可变参数的函数签名

*args 和 **kwargs 会在签名中特殊标示：

def sum_numbers(*args: int, multiplier: int = 1) -> int:return sum(args) * multipliersig = inspect.signature(sum_numbers)
print(f"函数签名: {sig}")  # 输出: (*args: int, multiplier: int = 1) -> intfor param in sig.parameters.values():print(f"参数名: {param.name}, 种类: {param.kind}")

输出：

函数签名: (*args: int, multiplier: int = 1) -> int
参数名: args, 种类: VAR_POSITIONAL
参数名: multiplier, 种类: KEYWORD_ONLY

4. 关键字-only 参数的函数签名

使用 * 分隔符可以定义关键字-only 参数：

def create_user(name: str, *, age: int, email: str) -> dict:return {"name": name, "age": age, "email": email}sig = inspect.signature(create_user)
print(f"函数签名: {sig}")  # 输出: (name: str, *, age: int, email: str) -> dictfor param in sig.parameters.values():print(f"参数名: {param.name}, 种类: {param.kind}")

输出：

函数签名: (name: str, *, age: int, email: str) -> dict
参数名: name, 种类: POSITIONAL_OR_KEYWORD
参数名: age, 种类: KEYWORD_ONLY
参数名: email, 种类: KEYWORD_ONLY

5. 位置-only 参数的函数签名

Python 3.8+ 支持使用 / 定义位置-only 参数：

def divide(a: float, b: float, /) -> float:return a / bsig = inspect.signature(divide)
print(f"函数签名: {sig}")  # 输出: (a: float, b: float, /) -> floatfor param in sig.parameters.values():print(f"参数名: {param.name}, 种类: {param.kind}")

输出：

函数签名: (a: float, b: float, /) -> float
参数名: a, 种类: POSITIONAL_ONLY
参数名: b, 种类: POSITIONAL_ONLY

6. 混合类型参数的函数签名

实际应用中，函数签名经常混合多种参数类型：

def complex_function(a: int,                  # 位置或关键字参数b: str,                  # 位置或关键字参数/,                       # 位置-only 参数结束标记c: float = 0.0,          # 关键字或位置参数（但在/后，只能关键字传入）*,                       # 关键字-only 参数开始标记d: bool = False,         # 关键字-only 参数**kwargs: str            # 可变关键字参数
) -> None:passsig = inspect.signature(complex_function)
print(f"函数签名: {sig}")for param in sig.parameters.values():print(f"参数名: {param.name}, 种类: {param.kind}")

输出：

函数签名: (a: int, b: str, /, c: float = 0.0, *, d: bool = False, **kwargs: str) -> None
参数名: a, 种类: POSITIONAL_ONLY
参数名: b, 种类: POSITIONAL_ONLY
参数名: c, 种类: POSITIONAL_OR_KEYWORD
参数名: d, 种类: KEYWORD_ONLY
参数名: kwargs, 种类: VAR_KEYWORD

三、函数签名的实际应用

1. 参数验证

可以使用函数签名在运行时验证参数是否符合要求：

def validate_arguments(func, *args, **kwargs):sig = inspect.signature(func)try:# 绑定参数并验证bound_args = sig.bind(*args, **kwargs)print("参数验证通过")return bound_argsexcept TypeError as e:print(f"参数错误: {e}")return None# 测试函数
def greet(name: str, age: int = 18) -> str:return f"Hello, {name} (age {age})"# 正确调用
validate_arguments(greet, "Alice", 30)  # 输出: 参数验证通过# 错误调用（类型不匹配，但Python本身不强制类型检查）
validate_arguments(greet, 123, "30")  # 输出: 参数验证通过（类型注解仅为提示）# 错误调用（参数数量不匹配）
validate_arguments(greet, "Bob", 25, "extra")  # 输出: 参数错误: too many positional arguments

2. 动态生成函数调用

函数签名可用于动态生成符合要求的函数调用：

def dynamic_call(func,** params):sig = inspect.signature(func)# 过滤掉函数不接受的参数valid_params = {k: v for k, v in params.items() if k in sig.parameters}return func(**valid_params)# 使用示例
def create_profile(name: str, age: int, city: str = "Unknown") -> dict:return {"name": name, "age": age, "city": city}# 传入额外参数会被过滤
data = {"name": "Charlie", "age": 35, "city": "New York", "extra": "ignored"}
print(dynamic_call(create_profile,** data))  # 输出: {'name': 'Charlie', 'age': 35, 'city': 'New York'}