作者：Arpit
翻译：老齐
重载函数，即多个函数具有相同的名称，但功能不同。例如一个重载函数fn，调用它的时候，要根据传给函数的参数判断调用哪个函数，并且执行相应的功能。
int area(int length, int breadth) {
return length * breadth;
}
float area(int radius) {
return 3.14 * radius * radius;
}上例是用C++写的代码，函数area就是有两个不同功能的重载函数，一个是根据参数length和breadth计算矩形的面积，另一个是根据参数radius(圆的半径)计算圆的面积。如果用area(7)的方式调用函数area，就会实现第二个函数功能，当area(3, 4)时调用的是第一个函数。
为什么Python中没有重载函数
Python中本没有重载函数，如果我们在同一命名空间中定义的多个函数是同名的，最后一个将覆盖前面的各函数，也就是函数的名称只能是唯一的。通过执行locals()和globals()两个函数，就能看到该命名空间中已经存在的函数。
def area(radius):
return 3.14 * radius ** 2
>>> locals()
{
...
'area': ,
...
}定义了一个函数之后，执行locals()函数，返回了一个字典，其中是本地命名空间中所定义所有变量，键是变量，值则是它的引用。如果有另外一个同名函数，就会将本地命名空间的内容进行更新，不会有两个同名函数共存。所以，Python不支持重载函数，这是发明这个语言的设计理念，但是这并不能阻挡我们不能实现重载函数。下面就做一个试试。
在Python中实现重载函数
我们应该知道Python怎么管理命名空间，如果我们要实现重载函数，必须：
- 在稳定的虚拟命名空间管理所定义的函数
- 根据参数调用合适的函数
为了简化问题，我们将实现具有相同名称的重载函数，它们的区别就是参数的个数。
封装函数
创建一个名为Function的类，并重写实现调用的__call__方法，再写一个名为key的方法，它会返回一个元组，这样让就使得此方法区别于其他方法。
from inspect import getfullargspec
class Function:
"""Function is a wrap over standard python function.
"""
def __init__(self, fn):
self.fn = fn
def __call__(self, *args, **kwargs):
"""when invoked like a function it internally invokes
the wrapped function and returns the returned value.
"""
return self.fn(*args, **kwargs)
def key(self, args=None):
"""Returns the key that will uniquely identify
a function (even when it is overloaded).
"""
# if args not specified, extract the arguments from the
# function definition
if args is None:
args = getfullargspec(self.fn).args
return tuple([
self.fn.__module__,
self.fn.__class__,
self.fn.__name__,
len(args or []),
])在上面的代码片段中，key方法返回了一个元组，其中的元素包括：
- 函数所属的模块
- 函数所属的类
- 函数名称
- 函数的参数长度
在重写的__call__方法中调用作为参数的函数，并返回计算结果。这样，实例就如同函数一样调用，它的表现效果与作为参数的函数一样。
def area(l, b):
return l * b
>>> func = Function(area)
>>> func.key()
('__main__', , 'area', 2)
>>> func(3, 4)
12在上面的举例中，函数area作为Function实例化的参数，key()返回的元组中，第一个元素是模块的名称__main__，第二个是类，第三个是函数的名字area，第四个则是此函数的参数个数2。
从上面的示例中，还可以看出，调用实例func的方式，就和调用area函数一样，提供参数3和4，就返回12，前面调用area(3, 4)也是同样结果。这种方式，会在后面使用装饰器的时候很有用。
构建虚拟命名空间
我们所构建的虚拟命名空间，会保存所定义的所有函数。
class Namespace(object):
"""Namespace is the singleton class that is responsible
for holding all the functions.
"""
__instance = None
def __init__(self):
if self.__instance is None:
self.function_map = dict()
Namespace.__instance = self
else:
raise Exception("cannot instantiate a virtual Namespace again")
@staticmethod
def get_instance():
if Namespace.__instance is None:
Namespace()
return Namespace.__instance
def register(self, fn):
"""registers the function in the virtual namespace and returns
an instance of callable Function that wraps the
function fn.
"""
func = Function(fn)
self.function_map[func.key()] = fn
return funcNamespace类中的方法register以函数fn为参数，在此方法内，利用fn创建了Function类的实例，还将它作为字典的值。那么，方法register的返回值，也是一个可调用对象，其功能与前面封装的fn函数一样。
def area(l, b):
return l * b
>>> namespace = Namespace.get_instance()
>>> func = namespace.register(area)
>>> func(3, 4)
12用装饰器做钩子
我们已经定义了一个虚拟命名空间，并且可以向其中注册一个函数，下面就需要一个钩子，在该函数生命周期内调用它，为此使用Python的装饰器。在Python中，装饰器是一种封装的函数，可以将它加到一个已有函数上，并不需要理解其内部结构。装饰器接受函数fn作为参数，并且返回另外一个函数，在这个函数被调用的时候，可以用args和kwargs为参数，并得到返回值。
下面是一个简单的封装器示例：
import time
def my_decorator(fn):
"""my_decorator is a custom decorator that wraps any function
and prints on stdout the time for execution.
"""
def wrapper_function(*args, **kwargs):
start_time = time.time()
# invoking the wrapped function and getting the return value.
value = fn(*args, **kwargs)
print("the function execution took:", time.time() - start_time, "seconds")
# returning the value got after invoking the wrapped function
return value
return wrapper_function
@my_decorator
def area(l, b):
return l * b
>>> area(3, 4)
the function execution took: 9.5367431640625e-07 seconds
12在上面的示例中，定义了名为my_decorator的装饰器，并用它装饰函数area，在交互模式中调用，打印出area(3,4)的执行时间。
装饰器my_decorator装饰了一个函数之后，当执行函数的时候，该装饰器函数也每次都要调用，所以，装饰器函数是一个理想的钩子，借助它可以向前述定义的虚拟命名空间中注册函数。下面创建一个名为overload的装饰器，用它在虚拟命名空间注册函数，并返回一个可执行对象。
def overload(fn):
"""overload is the decorator that wraps the function
and returns a callable object of type Function.
"""
return Namespace.get_instance().register(fn)overload装饰器返回Function实例，作为.register()的命名空间。现在，不论什么时候通过overload调用函数，都会返回.register()，即Function实例，并且，在调用的时候，__call__也会执行。
从命名空间中查看函数
除通常的模块类和名称外，消除歧义的范围是函数接受的参数数，因此我们在虚拟命名空间中定义了一个称为get的方法，该方法接受Python命名空间中的函数(将是最后一个同名定义 - 因为我们没有更改 Python 命名空间的默认行为)和调用期间传递的参数(我们的非义化因子)，并返回要调用的消除歧义函数。
此get函数的作用是决定调用函数的实现(如果重载)。获取适合函数的过程非常简单，从函数和参数创建使用key函数的唯一键(在注册时完成)，并查看它是否存在于函数注册表中，如果在，就执行获取针对它存储操作。
def get(self, fn, *args):
"""get returns the matching function from the virtual namespace.
return None if it did not fund any matching function.
"""
func = Function(fn)
return self.function_map.get(func.key(args=args))在get函数中创建了Function的实例，它可以用key方法得到唯一的键，并且不会在逻辑上重复，然后使用这个键在函数注册表中得到相应的函数。
调用函数
如上所述，每当被overload装饰器装饰的函数被调用时，类Function中的方法__call__也被调用，从而通过命名空间的get函数得到恰当的函数，实现重载函数功能。__call__方法的实现如下：
def __call__(self, *args, **kwargs):
"""Overriding the __call__ function which makes the
instance callable.
"""
# fetching the function to be invoked from the virtual namespace
# through the arguments.
fn = Namespace.get_instance().get(self.fn, *args)
if not fn:
raise Exception("no matching function found.")
# invoking the wrapped function and returning the value.
return fn(*args, **kwargs)这个方法从虚拟命名空间中得到恰当的函数，如果它没有找到，则会发起异常。
重载函数实现
将上面的代码规整到一起，定义两个名字都是area的函数，一个计算矩形面积，另一个计算圆的面积，两个函数均用装饰器overload装饰。
@overload
def area(l, b):
return l * b
@overload
def area(r):
import math
return math.pi * r ** 2
>>> area(3, 4)
12
>>> area(7)
153.93804002589985当我们给调用的area传一个参数时，返回圆的面积，两个参数时则计算了矩形面积，这样就实现了重载函数area。
结论
Python不支持函数重载，但通过使用常规的语法，我们找到了它的解决方案。我们使用修饰器和用户维护的命名空间来重载函数，并使用参数数作为消除歧义因素。还可以使用参数的数据类型(在修饰中定义)来消除歧义—— 它允许具有相同参数数但不同类型的函数重载。重载的粒度只受函数getfullargspec和我们的想象力的限制。更整洁、更简洁、更高效的方法也可用于上述构造。
