无框架手写实现Function Calling：原理拆解+纯Python手写实现

TianXinCoord2026-05-23 18:43

零、文章基础说明

很多朋友在使用Function Calling时，都会依赖 LangChain、LlamaIndex 等框架，对function calling完全不清楚底层调用逻辑、对话流转机制、参数解析原理

  1. 本文零框架、零第三方AI工具库依赖，基于阿里云通义千问 OpenAI 兼容接口，从底层原理、对话流转、原生参数解析、手写代码实现四个维度，完整拆解 Function Calling 核心能力，理清楚大模型工具调用的本质

  2. 所有内容均为原生实现，不依赖任何封装框架，全程可追溯、可调试、可自定义改造

  3. 大模型使用阿里云百炼的qwen-plus：help.aliyun.com/zh/model-st...

  • 用DeepSeek或者别的任何模型都行，最核心的是理解执行原理

一、Function Calling 核心本质

Function Calling（工具调用）的本质并不是大模型自动执行代码，而是 在给大模型问题的时候，将可能用到的工具信息（函数）一起全部发给大模型。大模型根据用户问题，判断是否需要调用对应的工具（函数），如需要则大模型结构化输出工具名称和入参，由本地代码（例如你自己的Python项目）完成工具执行、然后将Python执行结果回传给大模型，大模型集合工具输出和问题返回最终答案 的流程。

整个流程分为三段核心逻辑：

  1. 第一轮对话：传入用户问题+工具描述，大模型判断需要调用工具，返回结构化的工具调用参数（不直接回答用户）
  2. 本地执行：解析大模型返回的工具参数，本地Python代码执行对应函数，获取真实结果
  3. 第二轮对话：将工具执行结果回传给大模型，大模型整合结果，生成最终自然语言回答

二、通义千问 Function Calling 对话全流程（原生参数详解）

这部分将通过普通的 http 请求完成function calling的演示，无论用postman/apifox/apipost都可以，此处使用的是 Reqable（即使使用CURL也完全OK）

  1. 本文基于阿里云通义千问 OpenAI 兼容接口实现（接口地址：https://dashscope.aliyuncs.com/compatible-mode/v1/chat/completions），适配标准 OpenAI 格式的 Function Calling 参数。

  2. 以「查询深圳天气」场景为例，完整拆解第一轮请求、第一轮响应、第二轮请求、最终响应的路数据流转。

2.1 核心请求参数详解（Function Calling 必备）

  1. 区别于普通对话，Function Calling 需要新增tools、tool_choice 两个核心参数，结合基础对话参数，完整必填参数说明如下：
  • model ：必选，模型名称，本文使用 qwen-plus
  • messages：必选，对话上下文数组，包含 system（角色设定）、user（用户提问）、assistant（模型回复）、tool（工具返回结果）四类消息
  • tools：必选，工具描述数组，告知大模型「有哪些工具、工具作用、需要什么参数」，是大模型判断调用逻辑的核心依据
  • tool_choice ：可选，工具调用策略，auto 表示大模型自主判断是否调用工具、调用哪个工具

2.2 第一轮对话：用户提问，模型触发工具调用

第一轮核心目的：告诉大模型用户需求 + 可用工具，让大模型输出标准化工具调用指令。此时大模型不会直接回答问题，只会返回工具调用参数

  • 重点：这里的function信息实际上就是对应一个Python函数的描述

第一轮完整请求体

json 复制代码 
{
  "model": "qwen-plus",
  "messages": [
    {
      "role": "system",
      "content": "你是一位天气预报专家，能够预测给定城市的天气情况"
    },
    {
      "role": "user",
      "content": "深圳今天的天气怎么样"
    }
  ],
  "tools": [
    {
      "type": "function",
      "function": {
        "name": "get_weather_for_location",
        "description": "Get weather for a given city",
        "parameters": {
          "type": "object",
          "properties": {
            "city": {
              "type": "string",
              "description": "需要查询天气的城市名称"
            }
          },
          "required": ["city"]
        }
      }
    }
  ],
  "tool_choice": "auto"
}

第一轮响应结果（核心）

大模型识别到「天气查询需要外部工具」，返回 tool_calls 字段，代表需要进行工具调用（对应需要执行Python方法拿到结果）

  • 特别注意：tool_calls里面有对应的Id，也就是函数调用Id：call_734c63b9a3d44470937769
json 复制代码 
{
  "model": "qwen-plus",
  "id": "chatcmpl-0ba4eb7c-101b-9da5-ac3b-aa09a0bbb089",
  "choices": [
    {
      "message": {
        "content": "",
        "tool_calls": [
          {
            "index": 0,
            "id": "call_734c63b9a3d44470937769",
            "type": "function",
            "function": {
              "name": "get_weather_for_location",
              "arguments": "{\"city\": \"深圳\"}"
            }
          }
        ],
        "role": "assistant"
      },
      "index": 0,
      "finish_reason": "tool_calls"
    }
  ],
  "created": 1779518579,
  "object": "chat.completion",
  "usage": {
    "total_tokens": 168,
    "completion_tokens": 21,
    "prompt_tokens": 147,
    "prompt_tokens_details": {
      "cached_tokens": 0
    }
  }
}

关键标识：finish_reason: "tool_calls"，代表模型判定需要调用外部工具，终止文本生成

2.3 本地中间处理：解析参数、执行工具函数

拿到第一轮响应后，本地代码需要完成 3 件事：

  1. 解析tool_calls，提取工具名称 get_weather_for_location 和入参 city=深圳
  2. 匹配本地同名Python函数，传入参数执行，获取工具结果（模拟天气接口返回：多云转阴）
  3. 拼接 tool 类型消息，用于第二轮对话回传

2.4 第二轮对话：工具结果回传，模型生成最终答案

第二轮核心目的：将「用户问题+模型工具调用指令+本地工具执行结果」完整回传给大模型，让大模型整合信息，输出自然语言最终回答。

重点：messages 必须完整拼接上下文，不可截断，需要包含 system、user、assistant(工具调用指令)、tool(工具结果) 四类消息

第二轮完整请求体

json 复制代码 
{
  "model": "qwen-plus",
  "messages": [
    {
      "role": "system",
      "content": "你是一位天气预报专家，能够预测给定城市的天气情况"
    },
    {
      "role": "user",
      "content": "深圳今天的天气怎么样"
    },
    {
      "content": "",
      "tool_calls": [
        {
          "index": 0,
          "id": "call_734c63b9a3d44470937769",
          "type": "function",
          "function": {
            "name": "get_weather_for_location",
            "arguments": "{\"city\": \"深圳\"}"
          }
        }
      ],
      "role": "assistant"
    },
    {
      "role": "tool",
      "content": "多云转阴",
      "tool_call_id": "call_734c63b9a3d44470937769"
    }
  ],
  "tools": [
    {
      "type": "function",
      "function": {
        "name": "get_weather_for_location",
        "description": "Get weather for a given city",
        "parameters": {
          "city": "string"
        }
      }
    }
  ],
  "tool_choice": "auto"
}

第二轮最终响应（用户可见答案）

json 复制代码 
{
  "model": "qwen-plus",
  "id": "chatcmpl-9affd19c-da42-9516-a028-70ef17f90d17",
  "choices": [
    {
      "message": {
        "content": "深圳今天的天气是多云转阴。",
        "role": "assistant"
      },
      "index": 0,
      "finish_reason": "stop"
    }
  ],
  "created": 1779523575,
  "object": "chat.completion",
  "usage": {
    "total_tokens": 195,
    "completion_tokens": 9,
    "prompt_tokens": 186,
    "prompt_tokens_details": {
      "cached_tokens": 0
    }
  }
}

恭喜，function calling的核心原理就是这样的交互方式

三、原生Python函数参数解析原理（无框架）

  1. 上文的 tools 结构体是固定的大模型工具格式
  2. 了解了对应的交互原理后，我们只需要将http请求转成Python即可
  3. 生产环境中，我们需要自动解析本地Python函数，生成标准tools参数 ，核心依赖Python内置 inspect 库，无需任何第三方库

3.1 核心原理：inspect 库能力

inspect 是Python内置反射库，可实现对函数的逆向解析，获取三大核心信息，完美适配大模型工具参数格式：

  1. 函数名称：对应 tool function 的 name 字段
  2. 函数文档注释：对应 tool function 的 description 字段（工具功能描述）
  3. 函数参数签名：获取参数名、参数类型、是否必填，对应 tool function 的 parameters 字段

3.2 解析规则（适配通义千问工具格式）

我们自定义一套原生解析规则，将Python原生函数，标准化转为大模型可识别的 tools 结构体：

  • 函数名 → function.name
  • 函数首行docstring → function.description
  • 函数参数名/类型注解 → parameters.properties
  • 无默认值的参数 →required 必填列表
  • 统一参数类型映射：str→string、int→integer、float→number、bool→boolean

3.3 解析示例演示

本地原生Python工具函数：

python 复制代码 
def get_weather_for_location(city: str) -> str:
    """Get weather for a given city
    Args:
        city: 需要查询天气的城市名称
    """
    # 模拟天气查询接口
    weather_map = {"深圳": "多云转阴", "北京": "晴", "上海": "小雨"}
    return weather_map.get(city, "未知天气")

通过inspect自动解析后，自动生成前文标准的tools结构体

四、纯Python无框架 Function Calling 完整实现

基于上述原理，我们手写完整可运行代码，包含：函数自动解析、两轮对话流转、工具参数解析、本地函数执行、结果回传全流程，零框架依赖。

4.1 整体流程流程图

整体闭环流程：

定义本地工具函数 → inspect自动解析生成tools参数 → 第一轮API请求（触发工具调用）→ 解析tool_calls参数 → 本地执行工具函数 → 拼接完整对话上下文 → 第二轮API请求 → 输出最终自然语言答案

结构化流程图：可以使用 www.jyshare.com/front-end/9... 在线的 Mermaid 渲染功能实现

less 复制代码 
graph TD
    %% 样式定义：区分不同类型节点，适配博客可视化
    classDef init fill:#e6f7ff,stroke:#1890ff,stroke-width:1px;
    classDef parse fill:#f0f8ff,stroke:#40a9ff,stroke-width:1px;
    classDef api fill:#fff7e6,stroke:#faad14,stroke-width:1px;
    classDef local fill:#f6ffed,stroke:#52c41a,stroke-width:1px;
    classDef endnode fill:#f0f2f5,stroke:#8c8c8c,stroke-width:1px;

    %% 流程节点
    A[初始化全局配置]:::init --> B[定义本地Python工具函数]:::init
    B --> C[inspect反射自动解析生成标准Tools参数]:::parse
    C --> D[第一轮API请求传入用户问题+工具列表]:::api
    D --> E{模型判断是否需要调用工具?}

    %% 分支流程
    E -->|无需调用工具| F[模型直接生成自然语言答案]:::api
    E -->|需要调用工具| G[解析Tool_Calls参数提取工具名+入参]:::local
    
    G --> H[本地执行对应Python函数获取真实业务结果]:::local
    H --> I[拼接完整对话上下文挂载Tool执行结果]:::local
    I --> J[第二轮API请求回传全部对话数据]:::api
    J --> K[模型整合数据输出最终回答]:::api
    
    %% 流程收尾
    F --> L[流程结束]:::endnode
    K --> L

4.2 完整可运行代码

  1. 依赖安装：仅需安装官方 openai 基础SDK（仅用于请求封装，无框架逻辑）， pip install openai 或 uv add openai，此处使用uv，还需要添加 dotenv 用于加载环境变量
shell 复制代码 
uv add openai dotenv
  1. 代码实现
python 复制代码 
import os
import json
import inspect
from typing import Callable, Dict, Any
from openai import OpenAI

# 加载环境变量（兼容本地.env配置）
from dotenv import load_dotenv

load_dotenv()

# 1. 初始化通义千问兼容客户端（无框架，原生请求）
client = OpenAI(
    api_key=os.getenv("DASHSCOPE_API_KEY"),
    base_url="https://dashscope.aliyuncs.com/compatible-mode/v1"
)


# 2. 定义本地工具函数（可自定义扩展）
def get_weather_for_location(city: str) -> str:
    """Get weather for a given city
    Args:
        city: 需要查询天气的城市名称
    """
    weather_map = {"深圳": "多云转阴", "北京": "晴", "上海": "小雨", "广州": "多云"}
    return weather_map.get(city, "暂无该城市天气数据")


# 3. 核心工具：inspect自动解析函数，生成大模型标准tools格式
def parse_function_to_tool(func: Callable) -> Dict[str, Any]:
    """
    原生解析Python函数，转为通义千问Function Calling标准tool结构
    无任何框架依赖，纯内置inspect实现
    """
    # 获取函数签名、文档、参数
    sig = inspect.signature(func)
    doc = inspect.getdoc(func) or ""
    params = sig.parameters

    # 基础工具结构
    tool = {
        "type": "function",
        "function": {
            "name": func.__name__,
            "description": doc.split("\n")[0],
            "parameters": {
                "type": "object",
                "properties": {},
                "required": []
            }
        }
    }

    # 类型映射：Python类型 -> 大模型参数类型
    type_map = {str: "string", int: "integer", float: "number", bool: "boolean"}

    # 遍历解析每个参数
    for param_name, param in params.items():
        # 获取参数类型，默认string
        param_type = type_map.get(param.annotation, "string")
        # 获取参数描述（从docstring简易解析）
        param_desc = ""
        if f"{param_name}:" in doc:
            param_desc = doc.split(f"{param_name}:")[-1].split("\n")[0].strip()

        # 写入参数属性
        tool["function"]["parameters"]["properties"][param_name] = {
            "type": param_type,
            "description": param_desc
        }

        # 无默认值的参数为必填
        if param.default is param.empty:
            tool["function"]["parameters"]["required"].append(param_name)

    return tool


# 4. 工具调用执行器：【修复兼容问题】解析模型返回的tool_calls对象
def execute_tool_call(tool_calls: list, func_map: Dict[str, Callable]) -> str:
    """执行模型触发的工具调用，返回工具执行结果
    兼容新版OpenAI SDK对象取值，杜绝下标报错
    """
    for call in tool_calls:
        # 修复：新版SDK返回实体对象，不支持字典下标取值，需用属性调用
        func_name = call.function.name
        func_args = json.loads(call.function.arguments)
        # 匹配本地函数并执行
        if func_name in func_map:
            return func_map[func_name](**func_args)
    return "工具调用失败，未匹配到本地函数"


# 5. 完整Function Calling闭环流程
def function_calling_chat(user_query: str):
    # 5.1 初始化对话上下文、工具列表、函数映射
    messages = [
        {"role": "system", "content": "你是一位天气预报专家，能够预测给定城市的天气情况"},
        {"role": "user", "content": user_query}
    ]
    # 注册本地工具函数
    local_functions = [get_weather_for_location]
    # 函数名-函数实体映射，用于快速调用
    func_map = {func.__name__: func for func in local_functions}
    # 自动解析生成标准tools参数
    tools = [parse_function_to_tool(func) for func in local_functions]

    # 5.2 第一轮对话：触发工具调用
    response = client.chat.completions.create(
        model="qwen-plus",
        messages=messages,
        tools=tools,
        tool_choice="auto",
        stream=False,
        extra_body={"enable_thinking": False}
    )

    msg = response.choices[0].message
    # 判断是否需要调用工具
    if not msg.tool_calls:
        return msg.content

    # 5.3 本地执行工具函数
    tool_result = execute_tool_call(msg.tool_calls, func_map)

    # 5.4 拼接第二轮对话上下文
    # 适配新版SDK：对象转字典，避免上下文格式报错
    messages.append(msg.model_dump())
    # 加入工具执行结果
    messages.append({
        "role": "tool",
        "tool_call_id": msg.tool_calls[0].id,
        "content": tool_result
    })

    # 5.5 第二轮对话：生成最终答案
    final_response = client.chat.completions.create(
        model="qwen-plus",
        messages=messages,
        tools=tools,
        tool_choice="auto",
        stream=False,
        extra_body={"enable_thinking": False}
    )

    return final_response.choices[0].message.content


# 6. 测试运行
if __name__ == "__main__":
    result = function_calling_chat("深圳今天的天气怎么样")
    print("最终回答：", result)

五、核心总结

  1. Function Calling 核心不是模型执行代码，而是模型决策调用、本地执行、结果回传的两轮对话闭环；

  2. 所有工具参数均可通过Python内置 inspect 反射自动解析，无需手动维护，彻底解耦；

  3. 无框架实现的核心价值：掌握底层对话流转、参数规范、调用逻辑，为后续学习如LangChain等实现原理才能触类旁通

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