速通Python 第四节——函数

一、函数

编程中的函数和数学中的函数有一定的相似之处. 数学上的函数, 比如 y = sin x , x 取不同的值, y 就会得到不同的结果. 编程中的函数, 是一段 可以被重复使用的代码片段
代码示例 : 求一段范围的数的和 , 不使用函数

# 1. 求 1 - 100 的和
sum = 0
for i in range(1, 101):
    sum += i
print(sum)
# 2. 求 100 - 400 的和
sum = 0
for i in range(100, 401):
    sum += i
print(sum)
# 3. 求 1 - 1000 的和
sum = 0
for i in range(1, 1001):
    sum += i
print(sum)

可以发现 , 这几组代码基本是相似的 , 只有一点点差异 . 可以把重复代码提取出来 , 做成一个函数
在实际开发中, 复制粘贴是一种不太好的策略. 实际开发的重复代码可能存在几十份甚至上百份.
一旦这个重复代码需要被修改, 那就得改多次
因此我们可以定义一个函数来解决这些问题

def calcSum(beg, end):
    sum = 0
    for i in range(beg, end + 1):
        sum += i
    print(sum)

因此上面的代码最终就是

def calcSum(beg, end):
    sum = 0
    for i in range(beg, end + 1):
        sum += i
    print(sum)

sum(1, 100)
sum(100, 400)
sum(1, 1000)

1.语法格式

创建函数/定义函数

def 函数名(形参列表):
    函数体
    return 返回值

调用函数 / 使用函数

函数名(实参列表)           // 不考虑返回值
返回值 = 函数名(实参列表)   // 考虑返回值

函数定义并不会执行函数体内容 , 必须要调用才会执行 . 调用几次就会执行几次

def test1():
    print('hello')

如果光是定义函数, 而不调用, 则不会执行
函数必须先定义，在使用
如果还没有执行到定义, 就先执行调用了, 此时就会报错.
例如：

test1()          # 还没有执行到定义, 就先执行调用了, 此时就会报错. 
def test1():
    print('hello')

2.函数参数

在函数定义的时候 , 可以在 ( ) 中指定 " 形式参数 " ( 简称 形参 ), 然后在调用的时候 , 由调用者把 " 实际参数 " (简称 实参 ) 传递进去 .
这样就可以做到一份函数 , 针对不同的数据进行计算处理
参考前面的代码案例 :

def calcSum(beg, end):
    sum = 0
    for i in range(beg, end + 1):
        sum += i
    print(sum)
    
sum(1, 100)
sum(100, 400)
sum(1, 1000)

上面的代码中 , beg, end 就是函数的形参 . 1, 100 / 100, 400 就是函数的实参 .

在执行 sum(1, 100) 的时候, 就相当于 beg = 1, end = 100 , 然后在函数内部就可以针对 1-
100 进行运算.
在执行 sum(300, 400) 的时候, 就相当于 beg = 100, end = 400 , 然后在函数内部就可以针对
100-400 进行运算.
注意 :
一个函数可以有一个形参 , 也可以有多个形参 , 也可以没有形参 .
一个函数的形参有几个 , 那么传递实参的时候也得传几个 . 保证个数要匹配 .

def test(a, b, c):
    print(a, b, c)
test(10)

和 C++ / Java 不同 , Python 是动态类型的编程语言 , 函数的形参不必指定参数类型 . 换句话说 , 一个
函数可以支持多种不同类型的参数 .

def test(a, b, c):
    print(a, b, c)
test(10)
def test(a):
    print(a)
test(10)
test('hello')
test(True)

3.函数返回值

函数的参数可以视为是函数的 " 输入 ", 则函数的返回值 , 就可以视为是函数的 " 输出 "
下面的代码：

def calcSum(beg, end):
    sum = 0
    for i in range(beg, end + 1):
        sum += i
    print(sum)
    
calc(1, 100)

可以转换成

def calcSum(beg, end):
    sum = 0
    for i in range(beg, end + 1):
        sum += i
    return sum
result = calcSum(1, 100)
print(result)

这两个代码的区别就在于 , 前者直接在函数内部进行了打印 , 后者则使用 return 语句把结果返回给函数调用者, 再由调用者负责打印

我们一般倾向于第二种写法.实际开发中我们的一个通常的编程原则, 是 "逻辑和用户交互分离". 而第一种写法的函数中, 既包含了计算逻辑, 又包含了和用户交互(打印到控制台上). 这种写法是不太好的, 如果后续我们需要的是把计算结果保存到文件中, 或者通过网络发送, 或者展示到图形化界面里, 那么第一种写法的函数,就难以胜任了，第二种写法则专注于做计算逻辑, 不负责和用户交互. 那么就很容易把这个逻辑搭配不同的用户交互代码, 来实现不同的效果。

1）一个函数中可以有多个 return 语句

例如：

# 判定是否是奇数
def isOdd(num):
    if num % 2 == 0:
        return False
    else:
        return True
  
result = isOdd(10)
print(result)

执行到 return 语句, 函数就会立即执行结束, 回到调用位置如果 num 是偶数, 则进入 if 之后, 就会触发 return False , 也就不会继续执行 return True

2）一个函数是可以一次返回多个返回值的. 使用 , 来分割多个返回值

例如：

def getPoint():
    x = 10
    y = 20
    return x, y
a, b = getPoint()

3）如果只想关注其中的部分返回值, 可以使用 _ 来忽略不想要的返回值

def getPoint():
    x = 10
    y = 20
    return x, y
_, b = getPoint()

4.变量作用域

def getPoint():
    x = 10
    y = 20
    return x, y
x, y = getPoint()

在这个代码中 , 函数内部存在 x, y, 函数外部也有 x, y.
但是这两组 x, y 不是相同的变量 , 而只是恰好有一样的名字

1）变量只能在所在的函数内部生效**.**

在函数 内部定义的 x, y 只是在函数内部生效 . 一旦出了函数的范围 , 这两个变量就不再生
效了 .

def getPoint():
    x = 10
    y = 20
    return x, y
getPoint()
print(x, y)

2）在不同的作用域中**,**允许存在同名的变量

虽然名字相同 , 实际上是不同的变量

x = 20
def test():
    x = 10
    print(f'函数内部 x = {x}')
test()
print(f'函数外部 x = {x}')

注意 :

• 在函数内部的变量, 也称为 "局部变量"
• 不在任何函数内部的变量, 也称为 "全局变量"

3）如果函数内部尝试访问的变量在局部不存在**,**就会尝试去全局作用域中查找

x = 20
def test():
    print(f'x = {x}')
test()

4）如果是想在函数内部**,修改全局变量的值,需要使用global****关键字声明**

x = 20
def test():
    global x
    x = 10
    print(f'函数内部 x = {x}')
test()
print(f'函数外部 x = {x}')

如果此处没有 global , 则函数内部的 x = 10 就会被视为是创建一个局部变量 x, 这样就和全局
变量 x 不相关了

5）if / while / for****等语句块不会影响到变量作用域

换而言之, 在 if / while / for 中定义的变量, 在语句外面也可以正常使用

for i in range(1, 10):
    print(f'函数内部 i = {i}')
print(f'函数外部 i = {i}')

5.函数执行过程

• 调用函数才会执行函数体代码. 不调用则不会执行.
• 函数体执行结束(或者遇到 return 语句), 则回到函数调用位置, 继续往下执行.

def test():
    print("执行函数内部代码")
    print("执行函数内部代码")
    print("执行函数内部代码")
print("1111")
test()
print("2222")
test()
print("3333")

6.链式调用

前面的代码很多都是写作

def isOdd(num):
    if num % 2 == 0:
        return False
    else:
        return True
  
result = isOdd(10)
print(result)

打印那边实际上也可以简化写作

print(isOdd(10))

把一个函数的返回值 , 作为另一个函数的参数 , 这种操作称为 链式调用

7.嵌套调用

函数内部还可以调用其他的函数, 这个动作称为 "嵌套调用"

def test():
    print("执行函数内部代码")
    print("执行函数内部代码")
    print("执行函数内部代码")

test 函数内部调用了 print 函数 , 这里就属于嵌套调用

1）test 函数内部调用了 print 函数, 这里就属于嵌套调用

函数嵌套的过程是非常灵活的

def a():
    print("函数 a")
def b():
    print("函数 b")
    a()
def c():
    print("函数 c")
    b()
def d():
    print("函数 d")
    c()
d()

如果把代码稍微调整 , 打印结果则可能发生很大变化 .
例如：

def a():
    print("函数 a")
def b():
    a()
    print("函数 b")
def c():
    b()
    print("函数 c")
def d():
    c()
    print("函数 d")
d()

函数之间的调用关系 , 在 Python 中会使用一个特定的数据结构来表示 , 称为 函数调用栈 . 每次函数调用 ,都会在调用栈里新增一个元素, 称为 栈帧 .

2）每个函数的局部变量**,**都包含在自己的栈帧中

def a():
    num1 = 10
    print("函数 a")
def b():
    num2 = 20
    a()
    print("函数 b")
def c():
    num3 = 30
    b()
    print("函数 c")
def d():
    num4 = 40
    c()
    print("函数 d")
d()

选择不同的栈帧 , 就可以看到各自栈帧中的局部变量 .

8.函数递归

递归是 嵌套调用 中的一种特殊情况, 即一个函数嵌套调用自己.

举个例子，我们通过递归求5！

def factor(n):
    if n == 1:
        return 1
    return n * factor(n - 1)
result = factor(5)
print(result)

上述代码中, 就属于典型的递归操作. 在 factor 函数内部, 又调用了 factor 自身

注意:

• 存在递归结束条件. 比如 if n == 1 就是结束条件. 当 n 为 1 的时候, 递归就结束了.

• 每次递归的时候, 要保证函数的实参是逐渐逼近结束条件的

如果上述条件不能满足, 就会出现 "无限递归" . 这是一种典型的代码错误

递归的优点

• 递归类似于 "数学归纳法" , 明确初始条件, 和递推公式, 就可以解决一系列的问题.
• 递归代码往往代码量非常少.

递归的缺点

• 递归代码往往难以理解, 很容易超出掌控范围
• 递归代码容易出现栈溢出的情况
• 递归代码往往可以转换成等价的循环代码. 并且通常来说循环版本的代码执行效率要略高于递归版本

9.参数默认值

Python 中的函数, 可以给形参指定默认值.，带有默认值的参数, 可以在调用的时候不传参.

代码示例：计算两个数字的和

def add(x, y, debug=False):
    if debug:
        print(f'调试信息: x={x}, y={y}')
    return x + y
print(add(10, 20))
print(add(10, 20, True))

此处 debug=False 即为参数默认值 . 当我们不指定第三个参数的时候 , 默认 debug 的取值即为 False
注意：带有默认值的参数需要放到没有默认值的参数的后面

10. 关键字参数

在调用函数的时候, 需要给函数指定实参. 一般默认情况下是按照形参的顺序, 来依次传递实参的. 但是我们也可以通过 关键字参数, 来调整这里的传参顺序, 显式指定当前实参传递给哪个形参.

def test(x, y):
    print(f'x = {x}')
    print(f'y = {y}')
test(x=10, y=20)
test(y=100, x=200)

形如上述 test(x=10, y=20) 这样的操作 , 即为 关键字参数 .