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Python 解释器	3.10.6

一等公民

概念

一等公民是指在编程语言中，某一类元素拥有与其他元素同等的地位和权利。这意味着这类元素可以作为参数、返回值、变量或者数据结构的元素来使用，也可以在运行时被创建、修改或者销毁。具体而言，一等公民是指语言中的 基本元素，可以被赋值、传递、返回，可以在运行时动态创建和修改，并且可以作为其他函数的参数和返回值。

一等公民具有如下基本权益：

1. 作为函数的参数进行传递
2. 作为函数的返回值进行返回
3. 作为数据结构中的元素
4. 能够被赋值给变量
5. 能够被动态创建和修改

Python 中的一等公民

一切皆对象

在 Python 中，一切皆对象（Everything is an object）是一种哲学和编程思想，它 认为在 Python 中所有的数据类型和操作都是以对象的形式存在的。简单来说，Python 中的所有值都是对象，包括数字、字符串、列表、函数等等，这些对象都可以在程序中被创建、传递、赋值、比较和操作。

在 Python 中，每个对象都具有唯一的标识符、类型和值。对象的标识符是其内存地址，在程序运行期间保持不变。对象的类型指的是其所属的类或类型，可以通过 type() 函数获取。对象的值指的是其具体的内容，可以是任何数据类型，例如整数、浮点数、字符串等等。

由于一切皆对象，Python 中的变量实际上是对象的引用或指针。变量名并不直接与对象相连，而是指向对象的内存地址。当变量被赋值为一个对象时，实际上是将该变量与对象的内存地址绑定在一起。

Python 中一切皆对象的理念，使得 Python 具有很高的灵活性和扩展性。通过将所有的数据类型和操作都封装成对象，Python 可以支持面向对象编程和函数式编程两种编程范式，同时也使得 Python 语言更易于扩展和定制。例如，开发者可以自定义类来实现新的数据类型和操作，也可以通过修改对象的属性和方法来定制对象的行为。

人人平等

在 Python 中，任何对象都是一等公民（first-class citizen）。这意味着 Python 中的所有对象（如整数、字符串、列表、函数、类等）都具有一等公民的地位与权益。这种特性使得 Python 非常的灵活和强大。

作为一等公民的 Python 函数

本文将使用函数来对一等公民这一概念进行讲解。使用函数来对一等公民的概念进行讲解是因为函数作为一等公民的特性在编程中非常重要且常见。通过使用函数来说明一等公民的概念，可以更直观地理解这一概念的含义和应用。

作为函数的参数进行传递

在支持一等公民的编程语言中，函数可以被视为对象（在 Python 中，函数就是对象），并且可以像其他对象一样进行传递。这意味着您可以将一个函数作为参数传递给另一个函数，以便在函数内部使用或操作它。

通过将函数作为参数传递，可以实现许多有用的编程模式和技术，例如：

1. 回调函数
   您可以将一个函数作为参数传递给另一个函数，以便在某个事件发生时调用该函数。这种模式被称为回调函数，用于实现事件处理、异步编程和事件驱动的程序。

2. 高阶函数
   高阶函数是指可以接受一个或多个函数作为参数，并将函数作为返回值的函数。通过将函数作为参数传递给高阶函数，可以实现更灵活的函数组合和操作。

3. 函数式编程
   函数式编程强调将计算视为函数的应用，通过操作和组合函数来进行编程。将函数作为参数传递是函数式编程的核心概念之一，它使得代码更加模块化和可复用。

通过将函数作为参数传递，您可以实现更灵活、可扩展和可复用的代码。这种能力允许您根据不同的需求动态地选择和应用不同的函数，以及实现更高级的编程模式和抽象。

举个栗子

def human():
    print('【Human】 Hello World')


def dog():
    print('【Dog】 Woof Woof')


def disguise(species):
    """通过调用参数所对应的函数以对生物的声音进行模拟"""
    species()
    print('--------------Warning Line--------------')


disguise(dog)
disguise(human)

执行效果

【Dog】 Woof Woof
--------------Warning Line--------------
【Human】 Hello World
--------------Warning Line--------------

作为函数的返回值进行返回

在支持一等公民的编程语言中，函数可以被视为对象（在 Python 中，函数就是对象），并且可以作为另一个函数的返回值返回。这意味着您可以在一个函数内部定义并返回另一个函数。

通过将函数作为返回值，可以实现一些有用的编程模式和技术，例如：

1. 工厂函数
   您可以编写一个工厂函数，它根据不同的条件或上下文返回不同的函数。这种模式可以用于动态地生成函数，使代码更具灵活性和可配置性。

2. 装饰器
   装饰器是一种包装函数的技术，它可以在不修改原始函数代码的情况下添加额外的行为。通过将函数作为返回值，可以方便地实现装饰器模式，使得函数的行为可以在运行时动态修改。

3. 高阶函数
   高阶函数是指可以返回一个函数的函数。通过将函数作为返回值，可以实现更灵活的函数组合和操作，使代码更具表现力和可复用性。

将函数作为返回值可以使代码更加灵活和可扩展。它允许您在运行时动态地创建和选择函数，并将函数作为值进行处理。这种能力使得函数可以成为编程中强大的工具，用于实现各种编程模式和范式。

def kit(tool):
    """通过指定参数来获取所需的函数"""
    if tool == 'range':
        return range
    elif tool == 'abs':
        return abs
    elif tool == 'sum':
        return sum


# 通过 kit 函数获取 range 函数
tool_range = kit('range')
print(tool_range(0, 36, 3))
print(list(tool_range(0, 36, 3)))

# 通过 kit 函数获取 abs 函数
tool_abs = kit('abs')
print(tool_abs(-99))
print(tool_abs(-0))

# 通过 kit 函数获取 sum 函数
tool_sum = kit('sum')
print(tool_sum([1, 2, 3, 4, 5]))

执行效果

range(0, 36, 3)
[0, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30, 33]
99
0
15

作为数据结构中的元素

在支持一等公民的编程语言中，函数可以被视为对象（在 Python 中，函数就是对象），并且可以像其他数据类型一样存储在数据结构中，例如列表、字典、集合等。

通过将函数作为数据结构的元素，可以实现一些有用的编程模式和技术，例如：

1. 函数列表
   您可以将多个函数存储在列表中，以便按需选择和调用这些函数。这样可以方便地实现分发机制，根据不同的条件选择合适的函数执行。

2. 回调注册
   当需要在特定事件发生时执行一系列回调函数时，您可以将这些回调函数存储在数据结构中。这使得可以方便地添加、删除或者按特定顺序执行回调函数。

3. 策略模式
   将不同的函数存储在数据结构中，每个函数实现一种特定的策略。通过选择合适的函数来执行，可以实现动态选择和切换策略的能力。

4. 数据处理管道
   将函数存储在列表或其他数据结构中，按特定顺序组成数据处理管道。每个函数负责一种数据转换或处理操作，将数据传递给下一个函数进行处理。

通过将函数作为数据结构的元素，您可以更灵活地处理函数，并以一种结构化的方式组织和使用它们。这种能力使得函数可以参与到更复杂的程序逻辑中，实现更高级的数据处理和控制流程。

举个栗子

def add(a, b):
    return a + b


def subtract(a, b):
    return a - b


def multiply(a, b):
    return a * b


operations = (add, subtract, multiply)

for operation in operations:
    print(operation(2, 3))

执行效果

5
-1
6

能够赋值给变量

在支持一等公民的编程语言中，函数可以被视为对象（在 Python 中，函数就是对象），并且可以被赋值给变量。赋值操作将创建一个对函数对象的引用，使得变量可以引用该函数并对其进行操作。

使用函数赋值给变量可以实现一些有用的编程模式和技术，例如：

1. 函数别名
   通过将函数赋值给变量，可以为函数创建一个别名，使得可以方便地引用该函数并对其进行操作。

2. 函数参数化
   将函数赋值给变量，可以将函数作为参数（形参的本质是一个局部变量）传递给其他函数。这样可以实现动态选择和传递函数，并在运行时根据特定条件执行不同的函数。

3. 函数式编程
   将函数赋值给变量，可以实现函数式编程的核心原则之一——将函数作为数据处理和转换的基本单位。

通过将函数赋值给变量，您可以将函数作为一种可操作的数据类型，并以一种简洁而灵活的方式处理和操作函数。这种能力使得函数可以参与到更高级别的程序逻辑中，实现更加抽象和灵活的编程模式。

举个栗子

# 将内置函数赋值给变量 echo
echo = print

# 由于执行了 echo = print
# 此时 echo 与 print 指向同一个函数对象
print('Hello print')
echo('Hello echo')

执行效果

Hello print
Hello echo

能够被动态创建与修改

在支持一等公民的编程语言中，函数被视为对象（在 Python 中，函数就是对象），并且可以像其他对象一样进行动态创建和修改。这意味着您可以在运行时动态地定义新的函数，或者修改现有的函数的行为。

通过动态创建和修改函数，可以实现一些有用的编程模式和技术，例如：

1. 动态函数生成
   您可以在运行时根据条件或配置生成新的函数。这种能力使得程序能够根据不同的情况动态地生成适当的函数，增加了程序的灵活性和可配置性。

2. 动态函数装饰器
   您可以动态地为函数添加装饰器，从而在运行时改变函数的行为。这使得可以根据需要动态地为函数添加额外的功能或逻辑。

3. 函数替换和修改
   您可以在运行时修改现有的函数的实现或行为。这允许您在程序运行过程中根据需求修改函数的逻辑，实现动态的行为变化。

4. 函数组合和重组
   通过动态创建和修改函数，可以在运行时动态地组合和重组函数。这样可以实现更灵活的函数组合和调用，满足不同的需求和场景。

通过动态创建和修改函数，您可以根据程序运行时的需求灵活地调整和定制函数的行为。这种能力使得函数可以更好地适应变化的需求和情况，提高了程序的灵活性和可扩展性。

举个栗子

def create_add_function(n):
    def add(x):
        return x + n
    return add


add_five = create_add_function(5)
print(add_five(10))

执行效果

15

在上述示例中，create_add_function 函数动态生成了一个新的函数 add，该函数将给定的参数 n 与输入值相加。通过调用 create_add_function，我们可以在运行时生成不同的函数，然后使用这些函数进行计算。

优势（仅部分）

1. 匿名函数（Lambda 函数）
   一等公民的概念使得在需要临时或简单函数时，可以使用匿名函数来实现。匿名函数通常以 lambda 表达式的形式定义，并可以直接作为参数或返回值使用，无需事先定义具名函数。

2. 函数的内部状态
   由于函数是一等公民，因此 函数可以具有自己的内部状态。函数可以捕获和维护自己的状态信息，可以在多次调用之间保留状态。这为实现闭包（Closure）和函数式编程的某些概念提供了支持。

将函数视为一等公民的语言特性使得函数成为 Python 中强大而灵活的工具，可以像其他数据类型一样进行操作和使用。这为构建复杂的逻辑和实现高级的编程范式提供了可能性，并推动了函数式编程的发展和应用。

匿名函数

作为一等公民的 Python 函数与匿名函数之间存在密切关系，因为 ·匿名函数本质上也是函数，也具有函数作为一等公民的所有特性·。

在 Python 中，我们可以使用 lambda 关键字来创建匿名函数，其语法为：

lambda arguments: expression

其中，arguments 是函数的参数列表，用逗号隔开，expression 是函数体，只能包含一条语句，这条语句的结果将作为函数的返回值。

以下是一个使用 lambda 表达式创建匿名函数的示例：

add = lambda x, y: x + y

print(add(2, 3))

执行效果

5

在这个例子中，lambda x, y: x + y 创建了一个接受两个参数的匿名函数，函数的功能是将两个参数相加并返回结果。我们将这个匿名函数赋值给变量 add，然后通过调用 add(2, 3) 来计算 2 和 3 的和，最终输出结果 5。

可以看到，使用 lambda 表达式创建匿名函数非常方便，而且可以避免定义大量的命名函数，使代码更加简洁、易读。

函数的内部状态

函数作为一等公民使其具有自己的内部状态，这是由于函数在被定义时可以捕获和维持其自身作用域中的变量和状态信息。这种特性称为闭包（Closure）。

在一等公民的概念中，函数可以被视为对象（在 Python 中，函数就是对象），因此 函数可以拥有属性（状态）。当函数被定义时，它可以引用和访问其所在作用域中的变量。这些变量在函数定义之后仍然可以被函数引用，即使它们在函数执行时已经超出了其作用域。

当一个函数捕获了其所在作用域中的变量，并将其绑定到函数的内部状态时，就形成了闭包。闭包允许函数在执行过程中保持对捕获变量的引用，即使这些变量已经超出了其定义时的作用域。这使得函数可以在多次调用之间保留和更新状态信息。

通过闭包，函数可以存储和更新自己的内部状态，就像其他对象可以存储和更新自己的属性一样。 这为函数式编程和一些特定的编程模式（如生成器、装饰器等）提供了基础和强大的能力。

因此，函数作为一等公民的特性使得函数具有自己的内部状态，可以在函数执行过程中保持和更新状态信息，从而增加了函数的灵活性和适用性。

举个栗子

def counter():
    count = 0

    def increment():
        nonlocal count
        count += 1
        return count

    return increment


# 调用函数后将创建一个函数对象
counter1 = counter()
counter2 = counter()

print('Counter1', counter1())
print('Counter1', counter1())

print('Counter2', counter2())

print('Counter1', counter1())

这段代码定义了一个函数 Counter()，该函数返回一个内部函数 increment()，并且在外层作用域中定义了一个变量 count，初始值为 0。

调用 Counter() 函数会创建一个函数对象，并将该对象赋值给变量 counter。

每次调用 counter()，实际上是在调用内部的 increment() 函数。这个内部函数通过使用 nonlocal 关键字来访问并修改外层作用域中的变量 count。每次调用 increment() 函数，count 的值都会增加 1，并返回新的计数值。

在代码的输出部分，连续调用 counter() 三次，并打印每次调用的结果。

执行效果

1
2
3