函式？類別？可呼叫物件！

在Python中，我們可以使用def定義函式，或者透過lambda建立匿名函式，還有哪些場合會建立函式呢？類別的方法？若單純在類別上定義方法，透過類別「名稱.方法」確實可取得函式，也就是function類別的實例。

不過，如果是@classmethod標註的方法，就不是了，透過「類別實例.方法」取得的綁定方法（bound method）也不是，事實上，它們都會是method類別的實例。

嗯？它們不是可以像函式一樣地呼叫嗎？是的！不過，這類在Python中具有函式呼叫行為的物件，其實是可呼叫（callable）物件，具體而言，就是實現了__call__方法的物件。

是函式還是類別？

Python中有許多長得像函式的物件，如果命名上又特意以小寫名稱開頭，使用上，就真的跟函式沒有兩樣了。

例如，我們在迭代物件時，最常使用的range、enumerate、zip等，並不是函式，只需透過type來查詢一下，就能夠知道這些其實都是類別。

我曾想過：Python中要建立類別實例，為什麼不需要使用new之類的關鍵字來進行嗎？當然，單純認為語法就是如此的規範，這也沒錯，不過，其實類別在行為上，本來就可以像函式進行呼叫，因為類別是type的實例，而type定義了__call__方法。

如果定義了Some類別，以Some(arg)建立實例的話，實際上，相當於Some.__call__(arg)，由於類別是type的實例，type定義的__call__方法第一個參數，接受的就是類別Some，其中的流程預設會依序呼叫Some的__new__與__init__方法，這就是開發者可以藉由定義__new__與__init__方法，來實現類別實例建構與初始化的原因。

進一步地，Python實現meta程式設計的方式之一，是在使用class語法定義類別時指定metaclass，被指定的對象可以是個類別，這讓用來介入類別定義的metaclass可以獨立地設計__new__、__init__等方法，便於維護或重複使用，像是abc模組就提供了可重用的ABCMeta等類別。

事實上，metaclass能夠去指定的對象，只要是可呼叫物件就可以了，Python會呼叫它的__call__方法，傳入類別名稱、父類別資訊與屬性，在簡單的情況下，傳個函式也行，因為函式也是個可呼叫物件（或許比metaclass更貼切的名稱，應該是meta_callable）。

有狀態的函式或可呼叫物件？

看來可呼叫物件是個高級玩意兒，適用於meta程式設計之類的場合？不！可呼叫物件可應用的場合可多了，例如，當需求是比「有狀態的函式」再多一些的時候，所謂有狀態的函式，就是一個構成了閉包（closure）的函式，例如：

def add(n):
return lambda a: n + a

傳回的lambda捕捉了參數n，也就是包含了呼叫add時引數的狀態，有時候這類函式攜帶的狀態可變動，例如捕捉了外包函式的區域變數，每次呼叫時都會變動該變數，這種包含著內部可變動狀態的函式，也常用來模擬一些私有性，例如，在JavaScript中，可藉由傳回一個形成閉包的函式，來模擬物件的私有屬性。

當事情變得更為複雜之時，例如，也許需要能直接存取函式捕捉的狀態，像是透過add函式傳回的函式，來取得呼叫add函式時的n值，單純使用函式去完成這項任務並非做不到，只是有時實現上麻煩，不見得容易閱讀與理解；然而，若定義一個add類別，具有以下兩個方法，問題就可以解決了，不僅容易實現與理解，客戶端的呼叫方式也不用改變：

def __init__(self, n):
self.n = n
def __call__(self, a):
return self.n + a

這就是Python中許多看來像函式的東西，其實是以類別定義的原因之一：必須能像函式一樣地呼叫，需要攜帶狀態，而且可以存取狀態。

方才談到的綁定方法是個具體的例子，雖然不鼓勵，但確實可以透過綁定方法的__self__屬性來取得綁定的實例。

接受／傳回可呼叫物件

用可呼叫物件來攜帶狀態？看來還是個高階需求啊？不！可呼叫物件可應用的場合，根本就是平易近人。在函式為一級公民的語言中，函式可以作為值傳遞給變數、參數，或作為函式、方法的傳回值，因此，Python生態圈中無論是標準或第三方程式庫，才會有那麼多的API可以接受函式、傳回函式，或者接受函式並傳回函式。

然而，別忘了，Python是個動態定型語言，那些API在定義之際，或許只是要求一隻具有可呼叫行為的鴨子，傳回一隻具有可呼叫行為的鴨子，也就是採用鴨子定型罷了，有些看來是高階函式，其實，可以更廣義地視為接受、傳回可呼叫物件的高階可呼叫物件。

Python中有許多裝飾器（decorator）就是這類物件，例如@property、@classmethod；有些API確實可能真的會檢查傳入的是不是函式，functools模組有個 @wraps裝飾器，可以將可呼叫物件偽裝為函式，其實@wraps也是個高階可呼叫物件。

高階物件聽來並不平易近人？來讓需求更普遍化一些，看看sorted函式，如果想自訂排序，我們可以指定其搭配的key或cmp參數，它們接受函式嗎？其實只要可呼叫物件就可以了！

應用的場景之一是，若有個資料類別Point，具有x、y屬性代表座標，定義了dist方法，我們可以指定另一個Point實例，計算兩者之間的距離，如果有一組Point實例points，有個Point實例pt，此時我們若想依points中各點與pt的距離排序，透過sorted函式來處理時，該怎麼寫呢？

sorted(points,key=pt.dist)就可以了，因為pt.dist傳回綁定方法，方才談到綁定方法是method類別的實例，行為上可以像函式進行呼叫，也就是可呼叫物件，作為sorted的key引數，就可以簡單地完成基於與pt點的距離進行排序。

萬物皆可呼叫

知道類別是個可呼叫物件，range、enumerate等其實是類別之後，如果此時有人說range是函式，別去糾正他們！

這是因為，Python並不是要開發者去區分len是函式、range是類別等這種事情，而是要開發者不要去區分函式或類別。Python可以定義可呼叫物件，本意就是要讓函式與行為上可呼叫的物件之間，界線變得模糊。

當這當中的界線變得模糊之後，一級函式的應用就能夠有了更大的擴展能力，只要開發者願意，可以讓任何物件實現__call__方法，而不用局限在一定要傳遞函式，這麼一來，從簡單的sorted之類應用，到複雜的meta程式設計，就都能有更大的實現彈性。

如果你想要知道更多可呼叫物件的應用，〈It's a callable!〉有著更多實際的案例；當然，具有可呼叫物件概念的語言不只有Python，而在這些語言中，如果實作時需要一個函式，我們也可以進一步思考：會不會此時其實所需要的，就是一個可呼叫物件！