python - 不了解python的内部功能

Question

我有这个问题:

cons(a, b) constructs a pair, and car(pair) and cdr(pair) returns the first and last element of that pair. For example, car(cons(3, 4)) returns 3, and cdr(cons(3, 4)) returns 4.

Given this implementation of cons:

def cons(a, b):
    def pair(f):
        return f(a, b)
    return pair

Implement car and cdr.

我没有功能。

它具有一个内部函数，并在返回中调用另一个函数。据我了解，内部功能是这些功能应取决于它们上面的功能。在这种情况下，使用cons(..)。

但是该函数未使用a或b。为何函数f在那里？任务是实现car和cdr，并应提供函数f。

那么有人可以向我解释这个功能吗？我该如何开始这项任务？

Answer 1

首先:Python函数对象是一流的对象。 def语句会生成一个新的函数对象，您可以使用函数名称来检索该对象:

>>> def foo():
...     return 'foo was called'
...
>>> foo
<function foo at 0x11b3d8ae8>

这意味着您也可以将该对象分配给其他名称，并且可以将它们作为参数传递给函数调用。然后，您可以稍后通过将(...)添加到引用中来调用函数对象:

>>> bar = foo
>>> bar()
'foo was called'

函数名称在当前 namespace 中分配给它。在模块中，这是全局变量，但是在诸如cons之类的函数中，该名称被添加为本地名称。 return pair函数中的cons然后将函数对象pair返回给调用者。

函数参数，例如f和a和b也是变量。如果传入函数对象作为参数，则parameter_name(...)将调用paramater_name并传入...部分中的所有参数。 f(a, b)调用f并传递a和b。

下一个要了解的项目是closures；闭包是附加到函数对象的一个​​额外的命名空间，用于来自周围作用域的变量。

在以下示例中，spam是bar函数闭包中的名称:

>>> def foo():
...     spam = 'Vikings'
...     def bar():
...         return spam
...     return bar
...
>>> foo()
<function foo.<locals>.bar at 0x11b44bf28>
>>> foo()()
'Vikings'

调用foo()返回一个新的函数对象； bar()内部的foo()函数。调用返回的函数对象将生成'Vikings'，即spam函数中foo变量的值。 bar()是如何获得该权限的？通过关闭:

>>> foo().__closure__
(<cell at 0x11b3c05b8: str object at 0x11b469180>,)
>>> foo().__closure__[0].cell_contents
'Vikings'

因此，嵌套函数可以通过闭包访问周围范围的名称。 (注意:不是存储在闭包中的值，而是变量。变量可以随时间变化，就像以后访问该名称的其他变量将反射(reflect)新值一样；如果稍后更改了spam，则再次调用bar()将返回新值)。

现在到您的函数:cons()创建一个内部函数pair()，并且pair()通过其闭包可以访问参数a和b:

>>> def cons(a, b):
...     def pair(f):
...         return f(a, b)
...     return pair
...
>>> cons(42, 81)
<function cons.<locals>.pair at 0x11b46f048>
>>> pair_42_81 = cons(42, 81)
>>> pair_42_81.__closure__
(<cell at 0x11b3c02b8: int object at 0x10f59a750>, <cell at 0x11b3c05b8: int object at 0x10f59ac30>)
>>> pair_42_81.__closure__[0].cell_contents
42
>>> pair_42_81.__closure__[1].cell_contents
81

pair()函数采用参数f并调用该参数，并传入a和b。让我们看看当我们传入print时会发生什么。
print也是一个函数，它是一个您可以调用的对象，它会将参数写入控制台，中间用空格隔开:

>>> print
<built-in function print>
>>> print('arg1', 'arg2')
arg1 arg2

如果将其传递给pair()返回的cons()函数，则可以看到f(a, b)的作用:

>>> pair_42_81(print)
42 81

传递给print的pair()被分配给f，而f(a, b)与print(a, b)完全相同。

我们可以看到调用了print()，因为这些值已写到控制台中。但是您也可以创建一个返回新值的函数。假设您有一个将两个数字相加并返回该值的函数:

>>> def add(first, second):
...     return first + second
...
>>> add(42, 81)
123
>>> pair_42_81(add)
123

我们可以直接调用该函数，并返回123，或者我们可以让pair_42_81()为我们执行此操作，并将相同的结果返回给我们。简单的!

所有这些工作之所以有效，是因为函数是对象，并且可以像其他变量一样传递，并且因为pair_42_81在闭包中存储了a = 42和c = 81，并且将使用它们来调用带有这两个参数的给定对象f。

接下来是cdr()和car()，它们将返回一对中的第一个或最后一个元素。如果cons(a, b)产生返回pair(f)的f(a, b)，则cdr()和car()必须分别创建一个传递给pair()的函数，该函数将提取a或b。

因此，在每个函数中创建一个嵌套函数，并使用该函数让cdr()和car()调用pair()。嵌套函数完成选择a或b的工作，并返回该值。然后将调用结果返回给外界:

def car(pair):
    def return_first(a, b):
        return a
    return pair(return_first)

def cdr(pair):
    def return_last(a, b):
        return b
    return pair(return_last)

pair(return_first)调用return_first(a, b)，返回a，并且car()可以将其返回给调用者:

>>> car(cons(42, 81))
42

同样适用于pair(return_last)，仅现在返回b:

>>> cdr(cons(42, 81))
81

您可能对这些操作的背景感兴趣； car，cdr和cons来自LISP，其中cons a b构造一个带有两个指针(解释名称)的单元，以及car(意味着在LISP的IBM 704指令集中创建了注册号的地址部分的内容)和cdr(含义是704语言中寄存器编号的减量部分的内容)占据了该单元格的第一部分和其余部分。参见this Wikipedia article on the names。