PEP 3107 -- 函数注解[译]

本文是PIP 3137的翻译。

背景

Python 2.x系列缺乏一个标准的方式来说明一个函数的参数和返回值，各种工具和库的出现填补了这一空白。一些工具使用了“PEP 318”中的装饰器，而其他的工具则去解析函数的文档注释，寻找注解。 在这一点上，众多已存在的机制和语法造成了很大的混乱。本PEP的目的是提供一个单一的，标准的方式指定这些信息，减少这些混乱。

函数注解的基础知识

在仔细讨论Python 3.0的函数注解的细节之前，首先让我们大致讨论下注解是什么、不是什么：

1. 函数注解，无论是对参数的还是对返回值的函数注解，完全是可选的。

2. 函数注解无非是一种方法，用来在编译时将任意Python表达式和函数的不同部分关联起来。就这点而言，Python并没有给注解赋予特殊的意义和重要性。Python仅仅让这些表达式可以被访问而已，以一种像本文的“访问函数注解”中描述的方法。注解对含义产生作用的唯一方式是当它们被第三方库解释的时候。这些注解的使用者可以用这些函数注解做他们想做的任何事情。例如，一个库可以利用字符串类型的注解来提供改进过的帮助信息：

   def compile(source: "something compilable",
               filename: "where the compilable thing comes from",
               mode: "is this a single statement or a suite?"):
       ...

   另一个库可以用来提供Python函数和方法的类型检查。这个库可以使用注解来说明函数的预期输入和返回值的类型：

   def haul(item: Haulable, \*vargs: PackAnimal) -> Distance:
       ...

   然而，不论是第一个例子中的字符串还是第二个例子中的类型信息，它们自己没有任何含义；含义来自第三方库。

3. 根据第二点，该PEP不会试图引入一种标准的语义，即使是为那些内置类型。这个工作留给第三方库。

语法

参数

对参数的注解跟随着参数名，采用了一种可选表达式的形式：

def foo(a: expression, b: expression = 5):
    ...

在伪语法中，参数现在看起来像identifier [: expression] [= expression] 。即，注解在参数的默认值之前，而且两者都是可选的。就像等号是用来标记一个默认值的，冒号用来标记注解。像默认值一样，所有的注解表达式都会在函数定义的时候被求值。 “多余”的参数（例如：*args 和**kwargs ）的注解以同样的方式标记：

def foo((x1, y1: expression),
        (x2: expression, y2: expression)=(None, None)):
    ...

返回值

到目前为止，例子都忽略了如何注解一个函数的返回值类型。方法如下：

def sum() -> expression:
    ...

即，参数列表后可以跟着字符-> 和一个Python表达式。像对参数的注解一样，这个表达式会在函数定义的时候被求值。 现在函数定义的语法是：

decorator: '@' dotted\_name \[ '(' \[arglist\] ')' \] NEWLINE
decorators: decorator+
funcdef: \[decorators\] 'def' NAME parameters \['->' test\] ':' suite
parameters: '(' \[typedargslist\] ')'
typedargslist: ((tfpdef \['=' test\] ',')\*
                ('\*' \[tname\] (',' tname \['=' test\])\* \[',' '\*\*' tname\]
                 | '\*\*' tname)
                | tfpdef \['=' test\] (',' tfpdef \['=' test\])\* \[','\])
tname: NAME \[':' test\]
tfpdef: tname | '(' tfplist ')'
tfplist: tfpdef (',' tfpdef)\* \[','\]

Lambda表达式

lambda 的语法不支持注解。本可以通过修改lambda 的语法来支持注解，即要求用圆括号围住参数列表。但是，已经决定不进行此项更改，因为：

1. 这将是一个不兼容的更改。
2. 不论如何，Lambda会被阉割。
3. 一个Lambda总是可以被改为一个函数。

访问函数注解

一旦被编译，函数注解是可以通过函数的func_annotations 属性来访问的。该属性是一个可变字典类型，参数名称映射到一个对象，这个对象代表求值后的注解。 return 在func_annotations 中是一个特殊的键。只有在为函数的返回值提供了注解的情况下，return 键才会出现。 例如，如下注解：

def foo(a: 'x', b: 5 + 6, c: list) -> max(2, 9):
    ...

将会产生一个这样的func_annotation 映射：

{'a': 'x',
 'b': 11,
 'c': list,
 'return': 9}

选择return 键，是因为它不会和参数名称冲突。任何用return 作为函数参数名的尝试都会导致语法错误（SyntaxError ） 如果函数没有注解，或者函数创建自一个lamba 表达式，则func_annotations 是一个空的、可变的字典。

使用案例

在讨论注解的过程中，一些使用案例已经出现。有些在这里列出，以它们要传达的信息来分组。还包括在现有的产品和包中使用注解的例子。

• 提供类型信息
  • 类型检查（link 1, link 2）
  • 让IDE显示函数期望的类型和返回的类型(link)
  • 函数重载/泛型函数(link)
  • 其他语言的桥[Foreign-language bridges](link 1, link 2)
  • 配接[Adaptation](link 1, link 2)
  • 逻辑谓词功能[Predicate logic functions]
  • 数据库查询映射
  • RPC参数封装(link)
• 其他信息
  • 为参数和返回值的文档说明(link)