Python 基础进阶与底层原理梳理（一）

本文系统梳理了 Python 编程中经常困扰初学者和进阶者的底层原理，包括参数传递顺序、作用域、装饰器链、面向对象类与属性、魔术方法、容器实现原理、字符串格式化、正则库使用等。所有内容均以代码实例和详细原理解读为主，帮助读者”知其然，更知其所以然”。

1. Python 函数参数传递与作用域

1.1 参数传递方式

• 位置传参：按顺序为形参赋值。
• 关键词传参：通过参数名赋值，顺序无关。
• 混合传参：必须先位置后关键词。

示例：

# 定义函数
def foo(a, b, c):
    print(a, b, c)

foo(1, 2, 3)              # 位置传参
d = {'b': 20, 'c': 30}
foo(1, **d)               # 位置 + 关键词
foo(a=100, b=200, c=300)  # 关键词传参

1.2 函数参数定义顺序

• 位置参数 → 默认参数 → *args → 仅关键词参数 → **kwargs

def bar(a, b=2, *args, c=3, **kwargs):
    pass

1.3 变量作用域与 LEGB

• Local：局部变量（函数体内部）
• Enclosing：外层函数的局部变量（嵌套函数）
• Global：全局变量（模块级）
• Builtin：Python 内置命名空间

查找顺序： Local → Enclosing → Global → Builtin

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2. 装饰器链与执行顺序

装饰器有两个时间点：定义函数时执行包装，调用函数时执行包装后的逻辑。多层装饰器可以先展开成 f = outer(inner(f))，再沿调用栈读；把这两个阶段混在一起，是判断打印顺序时最容易出错的地方。

2.1 装饰器链基本原理

• 多个装饰器 @ 叠加时，最靠近函数体的先执行装饰，最外层最后装饰。
• 实际调用时，执行顺序”由外到内”。

示例：

def deco1(fn):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        print('deco1 before')
        res = fn(*args, **kwargs)
        print('deco1 after')
        return res
    return wrapper

def deco2(fn):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        print('deco2 before')
        res = fn(*args, **kwargs)
        print('deco2 after')
        return res
    return wrapper

@deco1
@deco2
def hello():
    print('hello world')

hello()
# 输出：
# deco1 before
# deco2 before
# hello world
# deco2 after
# deco1 after

2.2 闭包、递归链与作用域

def fun(n=None, o=None):
    print(o)
    return {'fun': lambda m: fun(m, n)}

a = fun(0)          # None
# a['fun'](1)      # 0
# a['fun'](2)      # 0

b = fun(0)['fun'](1)    # None 0
# b['fun'](2)       # 1
# b['fun'](3)       # 1

c = fun(0)['fun'](1)['fun'](2)
# c['fun'](3)       # 2
# c['fun'](6)       # 2

• 每一层 lambda 都捕获了”上一次 n”，体现了闭包和递归链的状态传递。

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3. Python 面向对象编程深度剖析

3.1 类、对象、属性、方法

• 类是模板，描述一类事物的特征和行为。
• 对象是类的实例，具体的”某个东西”。
• 属性是对象的状态/特征，通常在 init 里用 self.xxx 初始化。
• 方法是类内定义的函数，第一个参数是 self。

class Student:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age
    def introduce(self):
        print(f"大家好，我叫{self.name}，今年{self.age}岁。")

stu = Student("张三", 18)
stu.introduce()

3.2 self 语义

• self 代表”谁调用方法，self 就是谁”
• 类属性 vs 实例属性：类属性属于类本身，实例属性属于对象。

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4. 属性查找顺序（MRO）与继承链

• 访问属性时顺序为：对象自身 → 类属性 → 父类属性 → object → AttributeError

class A:
    x = 'A-x'
class B(A):
    pass
class C(B):
    pass
c = C()
print(c.x)   # 查找顺序 C→B→A
print(isinstance(c, A))    # True
print(issubclass(C, B))    # True

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5. 魔术方法与 __str__、__repr__

• 魔术方法是以 __xxx__ 命名，由 Python 自动调用，赋予类特殊能力。
• __str__：决定 print(obj) 的友好字符串表示。
• __repr__：开发者视角，交互式环境和 repr(obj) 调用，建议可还原。

class Cat:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    def __str__(self):
        return f"Cat({self.name})"
    def __repr__(self):
        return f"Cat(name={self.name!r})"

c = Cat("小白")
print(c)        # Cat(小白)
print(repr(c))  # Cat(name='小白')