Python函数（一）

一、定义函数

（一）向函数传递信息

（二）实参和形参

二、传递实参

一、定义函数

下面是一个打印问候语的简单函数，名为 greet_user() ：

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def greet_user():
    """显示简单的问候语。"""
    print("Hello!")

greet_user()

本例演示了最简单的函数结构。使用关键字 def 来告诉 Python ，你要定义一个函数。这是函数定义，向 Python 指出了函数名，还可能在圆括号内指出函数为完成任务需要什么样的信息。在这里，函数名为 greet_user() ，它不需要任何信息就能完成工作，因此括号是空的（即便如此，括号也必不可少）。最后，定义以冒号结尾。

紧跟在 def greet_user()：后面的所有缩进行构成了函数体。第2行处的文本是称为文档字符串（docstring）的注释，描述了函数是做什么的。文档字符串用三引号括起，Python 使用它们来生成有关程序中函数的文档。

代码行 print("Hello!") 是函数体内的唯一一行代码，因此 greet_user() 只做一项工作：打印 Hello! 。

要使用这个函数，可调用它。函数调用让 Python 执行函数的代码。要调用函数，可依次指定函数名以及用圆括号括起的必要信息，如第4行处所示。由于这个函数不需要任何信息，调用它时只需输人 greet_user() 即可。和预期一样，它打印 Hello! :

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Hello!

（一）向函数传递信息

只需稍作修改，就可让函数 greet_user() 不仅向用户显示 Hello! ，还将用户的名字作为抬头。为此，可在函数定义 def greet_user() 的括号内添加 username 。通过在这里添加 username ，可让函数接受你给 username 指定的任何值。现在，这个函数要求你调用它时给 username 指定一个值。调用 greet_user() 时，可将一个名字传递给它，如下所示：

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def greet_user(username):
    """显示简单的问候语。"""
    print(f"Hello,{username.title()}!")

greet_user('jesse')

代码 greet_user('jesse') 调用函数 greet_user() ，并向它提供执行函数调用 print() 所需的信息。这个函数接受你传递给它的名字，并向这个人发出问候：

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Hello,Jesse!

同样，greet_user('sarah') 调用函数 greet_user() 并向它传递 'sarah' ，从而打印 Hello,Sarah! 。可根据需要调用函数 greet_user() 任意次，调用时无论传人什么名字，都将生成相应的输出。

（二）实参和形参

前面定义函数 greet_user() 时，要求给变量 username 指定一个值。调用这个函数并提供这种信息（人名）时，它将打印相应的问候语。

在函数 greet_user() 的定义中，变量 username 是一个形参（parameter），即函数完成工作所需的信息。在代码 greet_user('jesse') 中，值 'jesse' 是一个实参（argument），即调用函数时传递给函数的信息。调用函数时，将要让函数使用的信息放在圆括号内。在 greet_user('jesse') 中，将实参 'jesse' 传递给了函数 greet_user() ，这个值被赋给了形参 username 。

二、传递实参

函数定义中可能包含多个形参，因此函数调用中也可能包含多个实参。向函数传递实参的方式很多：可使用位置实参，这要求实参的顺序与形参的顺序相同；也可使用关键字实参，其中每个实参都由变量名和值组成；还可使用列表和字典。下面依次介绍这些方式。

（一）位置实参

调用函数时，Python 必须将函数调用中的每个实参都关联到函数定义中的一个形参。为此，最简单的关联方式是基于实参的顺序。这种关联方式称为位置实参。

为明白其中的工作原理，来看一个显示宠物信息的函数。这个函数指出一个宠物属于哪种动物以及它叫什么名字，如下所示：

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def describe_pet(animal_type,pet_name):
    """显示宠物的信息。"""
    print(f"\nI have a {animal_type}.")
    print(f"My {animal_type}'s name is {pet_name.title()}.")

describe_pet('hamster','harry')

这个函数的定义表明，它需要一种动物类型和一个名字。调用 describe_pet() 时，需要按顺序提供一种动物类型和一个名字。例如，在刚才的函数调用中，实参 'hamster' 被赋给形参 animal_type ，而实参 'harry' 被赋给形参 pet_name 。在函数体内，使用了这两个形参来显示宠物的信息。

输出描述了一只名为 Harry 的仓鼠：

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I have a hamster.
My hamster's name is Harry.

1、多次调用函数

可以根据需要调用函数任意次。要再描述一个宠物，只需再次调用 describe_pet() 即可：

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def describe_pet(animal_type,pet_name):
    """显示宠物的信息。"""
    print(f"\nI have a {animal_type}.")
    print(f"My {animal_type}'s name is {pet_name.title()}.")

describe_pet('hamster','harry')
describe_pet('dog','willie')

第二次调用 describe_pet() 函数时，向它传递了实参 'dog' 和 'willie' 。与第一次调用时一样，Python 将实参 'dog' 关联到形参 animal_type ，并将实参 'Willie' 关联到形参 pet_name 。与前面一样，这个函数完成了任务，但打印的是一条名为 Willie 的小狗的信息。至此，有一只名为 Harry 的仓鼠，还有一条名为 Willie 的小狗：

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I have a hamster.
My hamster's name is Harry.

I have a dog.
My dog's name is Willie.

多次调用函数是一种效率极高的工作方式。只需在函数中编写一次描述宠物的代码，然后每当需要描述新宠物时，都调用该函数并向它提供新宠物的信息。即便描述宠物的代码增加到了10行，依然只需使用一行调用函数的代码，就可描述一个新宠物。

在函数中，可根据需要使用任意数量的位置实参，Python 将按顺序将函数调用中的实参关联到函数定义中相应的形参。

2、位置实参的顺序很重要

使用位置实参来调用函数时，如果实参的顺序不正确，结果可能出乎意料：

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def describe_pet(animal_type,pet_name):
    """显示宠物的信息。"""
    print(f"\nI have a {animal_type}.")
    print(f"My {animal_type}'s name is {pet_name.title()}.")

describe_pet('harry','hamster')

在这个函数调用中，先指定名字，再指定动物类型。由于实参 'harry' 在前，这个值将赋给形参 animal_type 。同理，'hamster' 将赋给形参 pet_name 。结果是有一个名为 Hamster 的 harry ：

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I have a harry.
My harry's name is Hamster.

如果你得到的结果像上面一样可笑，请确认函数调用中实参的顺序与函数定义中形参的顺序一致。

（二）关键字实参

关键字实参是传递给函数的名称值对。因为直接在实参中将名称和值关联起来，所以向函数传递实参时不会混淆（不会得到名为Hamster的harry这样的结果）。关键字实参让你无须考虑函数调用中的实参顺序，还清楚地指出了函数调用中各个值的用途。

下面来重新编写 pets.py ，在其中使用关键字实参来调用 describe_pet() ：

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def describe_pet(animal_type,pet_name):
    """显示宠物的信息。"""
    print(f"\nI have a {animal_type}.")
    print(f"My {animal_type}'s name is{pet_name.title()}.")

describe_pet(animal_type='hamster',pet_name='harry')

函数 describe_pet() 还和之前一样，但调用这个函数时，向 Python 明确地指出了各个实参对应的形参。看到这个函数调用时，Python 知道应该将实参 'hamster' 和 'harry' 分别赋给形参 animal_type 和 pet_name 。输出正确无误，指出有一只名为 Harry 的仓鼠。

关键字实参的顺序无关紧要，因为 Python 知道各个值该赋给哪个形参。下面两个函数调用是等效的：

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describe_pet(animal_type='hamster',pet_name='harry')
describe_pet(pet_name='harry',animal_type='hamster')

注意：使用关键字实参时，务必准确指定函数定义中的形参名。

（三）默认值

编写函数时，可给每个形参指定默认值。在调用函数中给形参提供了实参时，Python 将使用指定的实参值；否则，将使用形参的默认值。因此，给形参指定默认值后，可在函数调用中省略相应的实参。使用默认值可简化函数调用，还可清楚地指出函数的典型用法。

例如，如果你发现调用 describe_pet() 时，描述的大多是小狗，就将形参 animal_type 的默认值设置为 'dog' 。这样，调用 describe_pet() 来描述小狗时，就可不提供这种信息：

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def describe_pet(pet_name, animal_type='dog'):
    """显示宠物的信息。"""
    print(f"\nI have a {animal_type}.")
    print(f"My {animal_type}'s name is {pet_name.title()}.")
    
describe_pet(pet_name='willie')

这里修改了函数 describe_pet() 的定义，在其中给形参 animal_type 指定了默认值 'dog' 。这样，调用这个函数时，如果没有给 animal_type 指定值，Python 就将把这个形参设置为 'dog' ：

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I have a dog.
My dog's name is Willie.

请注意，在这个函数的定义中，修改了形参的排列顺序。因为给 animal_type 指定了默认值，无须通过实参来指定动物类型，所以在函数调用中只包含一个实参------宠物的名字。然而，Python 依然将这个实参视为位置实参，因此如果函数调用中只包含宠物的名字，这个实参将关联到函数定义中的第一个形参。这就是需要将 pet_name 放在形参列表开头的原因。

现在，使用这个函数的最简单方式是在函数调用中只提供小狗的名字：

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describe_pet('willie')

这个函数调用的输出与前一个示例相同。只提供了一个实参 'willie' ，这个实参将关联到函数定义中的第一个形参 pet_name。由于没有给animal_type提供实参，Python 将使用默认值 'dog' 。

如果要描述的动物不是小狗，可使用类似于下面的函数调用：

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describe_pet(pet_name='harry',animal_type='hamster')

由于显式地给 animal_type 提供了实参，Python 将忽略这个形参的默认值。

注意：使用默认值时，必须先在形参列表中列出没有默认值的形参，再列出有默认值的实参。这让Python依然能够正确地解读位置实参。

（四）等效的函数调用

鉴于可混合使用位置实参、关键字实参和默认值，通常有多种等效的函数调用方式。请看下面对函数 describe_pet() 的定义，其中给一个形参提供了默认值：

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def describe_pet(pet_name,animal_type='dog'):

基于这种定义，在任何情况下都必须给 pet_name 提供实参。指定该实参时可采用位置方式，也可采用关键字方式。如果要描述的动物不是小狗，还必须在函数调用中给 animal_type 提供实参。同样，指定该实参时可以采用位置方式，也可采用关键字方式。

下面对这个函数的所有调用都可行：

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#一条名为Willie的小狗。
describe_pet('willie')
describe_pet(pet_name='willie')

#一只名为Harry的仓鼠。
describe_pet('harry','hamster')
describe_pet(pet_name='harry', animal_type='hamster')
describe_pet(animal_type='hamster',pet_name='harry')

这些函数调用的输出与前面的示例相同。

注意：使用哪种调用方式无关紧要，只要函数调用能生成你期望的输出就行。使用对你来说最容易理解的调用方式即可。

（五）避免实参错误

等你开始使用函数后，如果遇到实参不匹配错误，不要大惊小怪。你提供的实参多于或少于函数完成工作所需的信息时，将出现实参不匹配错误。例如，如果调用函数 describe_pet() 时没有指定任何实参，结果将如何呢？

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def describe_pet(animal_type,pet_name):
    """显示宠物的信息。"""
    print(f"\nI have a {animal_type}.")
    print(f"My {animal_type}'s name is {pet_name.title()}.")

describe_pet()

Python 发现该函数调用缺少必要的信息，traceback 指出了这一点：

traceback 指出了问题出在什么地方，让我们能够回过头去找出函数调用中的错误。指出了导致问题的函数调用。traceback 指出该函数调用少了两个实参，并指出了相应形参的名称。如果这个函数存储在一个独立的文件中，我们也许无须打开这个文件并查看函数的代码，就能重新正确地编写函数调用。

Python 读取函数的代码并指出需要为哪些形参提供实参，这提供了极大的帮助。这也是应该给变量和函数指定描述性名称的另一个原因：如果这样做了，那么无论对于你，还是可能使用你编写的代码的其他任何人来说，Python 提供的错误消息都将更有帮助。

如果提供的实参太多，将出现类似的 traceback ，帮助你确保函数调用和函数定义匹配。

三、返回值

函数并非总是直接显示输出，它还可以处理一些数据，并返回一个或一组值。函数返回的值称为返回值。在函数中，可使用 return 语句将值返回到调用函数的代码行。返回值让你能够将程序的大部分繁重工作移到函数中去完成，从而简化主程序。

（一）返回简单值

下面来看一个函数，它接受名和姓并返回整洁的姓名：

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def get_formatted_name(first_name,last_name):
    """返回整洁的姓名。"""
    full_name=f"{first_name} {last_name}"
    return full_name.title()
musician=get_formatted_name('jimi','hendrix')
print(musician)

函数 get_formatted_name() 的定义通过形参接受名和姓。它将姓和名合而为一，在中间加上一个空格，并将结果赋给变量 full_name 。然后，将 full_name 的值转换为首字母大写格式，并将结果返回到函数调用行。

调用返回值的函数时，需要提供一个变量，以便将返回的值赋给它。在这里，将返回值赋给了变量 musician 。输出为整洁的姓名：

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Jimi Hendrix

原本只需编写下面的代码就可输出整洁的姓名，相比于此，前面做的工作好像太多了：

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print("Jimi Hendrix")

但在需要分别存储大量名和姓的大型程序中，像 get_formatted_name() 这样的函数非常有用。可以分别存储名和姓，每当需要显示姓名时都调用这个函数。

（二）让实参变成可选的

有时候，需要让实参变成可选的，这样使用函数的人就能只在必要时提供额外的信息。可使用默认值来让实参变成可选的。

例如，假设要扩展函数 get_formatted_name() ，使其同时处理中间名。为此，可将其修改成类似于下面这样：

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def get_formatted_name(first_name, middle_name, last_name):
    """返回整洁的姓名。"""
    full_name=f"{first_name} {middle_name} {last_name}"
    return full_name.title()

musician=get_formatted_name('john','lee','hooker')
print(musician)

只要同时提供名、中间名和姓，这个函数就能正确运行。它根据这三部分创建一个字符串，在适当的地方加上空格，并将结果转换为首字母大写格式：

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John Lee Hooker

并非所有的人都有中间名，但如果调用这个函数时只提供了名和姓，它将不能正确运行。为了让中间名变成可选的，可给形参 middle_name 指定一个空的默认值，并在用户没有提供中间名时不使用这个形参。为让 get_formatted_name() 在没有提供中间名时依然可行，可将形参 middle_name 的默认值设置为空字符串，并将其移到形参列表的末尾：

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def get_formatted_name(first_name, last_name, middle_name=''):
    """返回整洁的姓名。"""
    if middle_name:
        full_name = f"{first_name} {middle_name} {last_name}"
    else:
        full_name = f"{first_name} {last_name}"
    return full_name.title()
    
musician = get_formatted_name('jimi', 'hendrix')
print(musician)

musician = get_formatted_name('john', 'hooker', 'lee')
print(musician)

在本例中，姓名是根据三个可能提供的部分创建的。由于人都有名和姓，因此在函数定义中首先列出了这两个形参。中间名是可选的，因此在函数定义中最后列出该形参，并将其默认值设置为空字符串。

在函数体中，检查是否提供了中间名。Python 将非空字符串解读为 True ，因此如果函数调用中提供了中间名，if middle_name 将为 True 。如果提供了中间名，就将名、中间名和姓合并为姓名，再将其修改为首字母大写格式，并返回到函数调用行。在函数调用行，将返回的值赋给变量 musician ，然后这个变量的值被打印出来。如果没有提供中间名，middle_name 将为空字符串，导致 if 测试未通过，进而执行 else 代码块：只使用名和姓来生成姓名，并将格式设置好的姓名返回给函数调用行。在函数调用行，将返回的值赋给变量 musician ，然后这个变量的值被打印出来。

调用这个函数时，如果只想指定名和姓，调用起来将非常简单。如果还要指定中间名，就必须确保它是最后一个实参，这样 Python 才能正确地将位置实参关联到形参。

这个修改后的版本不仅适用于只有名和姓的人，而且适用于还有中间名的人：

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Jimi Hendrix
John Lee Hooker

可选值让函数能够处理各种不同的情形，同时确保函数调用尽可能简单。

（三）返回字典

函数可返回任何类型的值，包括列表和字典等较复杂的数据结构。例如。下面的函数接受姓名的组成部分，并返回一个表示人的字典：

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def build_person(first_name, last_name):
    """返回一个字典，其中包含有关一个人的信息。"""
    person = {'first': first_name, 'last': last_name}
    return person

musician = build_person('jimi', 'hendrix')
print(musician)

函数 build_person() 接受名和姓，并将这些值放到字典中。存储 first_name 的值时，使用的键为 'first' ，而存储 last_name 的值时，使用的键为 'last' 。最后，返回表示人的整个字典。打印这个返回的值，此时原来的两项文本信息存储在一个字典中：

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{'first': 'jimi', 'last': 'hendrix'}

这个函数接受简单的文本信息，并将其放在一个更合适的数据结构中，让你不仅能打印这些信息，还能以其他方式处理它们。当前，字符串 'jimi' 和 'hendrix' 被标记为名和姓。你可以轻松地扩展这个函数，使其接受可选值，如中间名、年龄、职业或其他任何要存储的信息。例如，下面的修改让你能存储年龄：

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def build_person(first_name, last_name, age=None):
    """返回一个字典，其中包含有关一个人的信息。"""
    person = {'first': first_name, 'last': last_name}
    if age:
        person['age'] = age
    return person

musician = build_person('jimi', 'hendrix', age=27)
print(musician)

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{'first': 'jimi', 'last': 'hendrix', 'age': 27}

在函数定义中，新增了一个可选形参 age ，并将其默认值设置为特殊值 None（表示变量没有值）。可将 None 视为占位值。在条件测试中，None 相当于 False 。如果函数调用中包含形参 age 的值，这个值将被存储到字典中。在任何情况下，这个函数都会存储人的姓名，但可进行修改，使其同时存储有关人的其他信息。

（四）结合使用函数和while循环

可将函数同前面介绍的任何 Python 结构结合起来使用。例如，下面将结合使用函数 get_formatted_name() 和 while 循环，以更正式的方式问候用户。下面尝试使用名和姓跟用户打招呼：

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def get_formatted_name(first_name, last_name):
    """返回整洁的姓名。"""
    full_name = f"{first_name} {last_name}"
    return full_name.title()

# 这是一个无限循环!
while True:
    print("\nPlease tell me your name:")
    f_name = input("First name: ")
    l_name = input("Last name: ")
    
    formatted_name = get_formatted_name(f_name, l_name)
    print(f"\nHello, {formatted_name}!")

在本例中，使用的是 get_formatted_name() 的简单版本，不涉及中间名。 while 循环让用户输入姓名：依次提示用户输入名和姓。

但这个while循环存在一个问题：没有定义退出条件。请用户提供一系列输人时，该在什么地方提供退出途径呢？要让用户能够尽可能容易地退出，因此每次提示用户输入时，都应提供退出途径。每次提示用户输人时，都使用break语句提供退出循环的简单途径：

python 复制代码

def get_formatted_name(first_name, last_name):
    """返回整洁的姓名。"""
    full_name = f"{first_name} {last_name}"
    return full_name.title()

# 这是一个无限循环!
while True:
    print("\nPlease tell me your name:")
    print("(enter 'q' at any time to quit)")

    f_name = input("First name: ")
    if f_name == 'q':
        break

    l_name = input("Last name: ")
    if l_name == 'q':
        break
    
    formatted_name = get_formatted_name(f_name, l_name)
    print(f"\nHello, {formatted_name}!")

我们添加了一条消息来告诉用户如何退出，然后在每次提示用户输入时，都检查他输入的是否是退出值。如果是，就退出循环。现在，这个程序将不断地问候，直到用户输人的姓或名为 'q' ：

python 复制代码

Please tell me your name:
(enter 'q' at any time to quit)
First name: eric
Last name: matthes

Hello, Eric Matthes!

Please tell me your name:
(enter 'q' at any time to quit)
First name: q

未完，待续......