【Python】函数

Albert Edison2026-02-05 16:02

文章目录

  • [1. 函数是什么](#1. 函数是什么)
  • [2. 语法格式](#2. 语法格式)
  • [3. 函数参数](#3. 函数参数)
  • [4. 函数返回值](#4. 函数返回值)
  • [5. 变量作用域](#5. 变量作用域)
  • [6. 函数执行过程](#6. 函数执行过程)
  • [7. 链式调用](#7. 链式调用)
  • [8. 嵌套调用](#8. 嵌套调用)
  • [9. 函数递归](#9. 函数递归)
  • [10. 参数默认值](#10. 参数默认值)
  • [11. 关键字参数](#11. 关键字参数)
  • 小结

1. 函数是什么

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。

示例一：求数列的和，不使用函数

python 复制代码 
# 1. 求 1 - 100 的和
sum = 0
for i in range(1, 101):
    sum += i
print(sum)

# 2. 求 300 - 400 的和
sum = 0
for i in range(300, 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。

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，那就得改几十次，非常不便于维护。

示例二：求数列的和（使用函数）

python 复制代码 
# 定义函数
def calcSum(beg, end):
    sum = 0
    for i in range(beg, end + 1):
        sum += i
    print(sum)

# 调用函数
calcSum(1, 100)
calcSum(300, 400)
calcSum(1, 1000)

可以明显看到，重复的代码已经被消除了。

2. 语法格式

创建函数 / 定义函数

python 复制代码 
def 函数名(形参列表):
    函数体
    return 返回值

调用函数 / 使用函数

python 复制代码 
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
python 复制代码 
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，再使用。
python 复制代码 
test3()  # 还没有执行到定义，就先执行调用了，此时就会报错。

def test3():
    print('hello')

3. 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。

代码示例

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

calcSum(1, 100)
calcSum(300, 400)
calcSum(1, 1000)

在这个例子里：

  • beg 和 end 是函数的形参
  • 1, 100 / 300, 400 是函数的实参

当执行 calcSum(1, 100) 时，相当于 beg = 1，end = 100，函数内部就可以针对 1-100 进行运算。

当执行 calcSum(300, 400) 时，相当于 beg = 300，end = 400，函数内部就可以针对 300-400 进行运算。

实参和形参之间的关系，就像签合同一样：

  • 形参是合同里的 "甲方"、"乙方"，是占位符
  • 实参是具体签约的公司或个人，是实际的值

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。
python 复制代码 
def test(a, b, c):
    print(a, b, c)

test(10)  # 报错：缺少 2 个必要的位置参数 'b' 和 'c'

报错信息如下：

复制代码 
TypeError: test() missing 2 required positional arguments: 'b' and 'c'
  • 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。
python 复制代码 
def test(a):
    print(a)

test(10)
test('hello')
test(True)

运行结果如下：

4. 函数返回值

函数的参数可以视为函数的"输入"，函数的返回值则是函数的"输出"。

我们可以把函数想象成一个工厂：

  • 函数的参数就是原材料
  • 函数的返回值就是生产出的产品

写法一：函数内部直接打印

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

calcSum(1, 100)

运行结果如下：

写法二：返回结果，由调用者处理

python 复制代码 
def calcSum(beg, end):
    sum = 0
    for i in range(beg, end + 1):
        sum += i
    return sum

result = calcSum(1, 100)
print(result)

运行结果如下：

原则上，我们一般倾向于第二种写法，因为它遵循 "逻辑和用户交互分离"的编程原则。

  • 第一种写法把计算逻辑和打印交互耦合在一起，后续如果需要把结果保存到文件或通过网络发送，就很难适配。

  • 第二种写法只专注计算逻辑，不负责交互，更容易搭配不同的用户交互代码，实现不同效果。

  • 一个函数可以有多个 return 语句

python 复制代码 
# 判断是否上奇数
def isOdd(num):
    if num % 2 == 0:
        return False
    else:
        return True

result = isOdd(10)
print(result)

运行结果如下：

  • 执行到 return 语句，函数会立即结束
python 复制代码 
def isOdd(num):
    if num % 2 == 0:
        return False
    return True

result = isOdd(10)
print(result)

如果 num 是偶数，进入 if 之后触发 return False，就不会继续执行 return True。

运行结果如下：

  • 一个函数是可以一次返回多个返回值的。可以使用 , 来分割多个返回值。
python 复制代码 
def getPoint():
    x = 10
    y = 20
    return x, y

a, b = getPoint()
print(a, b)

运行结果如下：

  • 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。
python 复制代码 
def getPoint():
    x = 10
    y = 20
    return x, y

_, b = getPoint()

运行结果如下：

5. 变量作用域

观察以下代码

python 复制代码 
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。

  • 变量只能在所在的函数内部生效。

在函数 getPoint() 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。

python 复制代码 
def getPoint():
    x = 10
    y = 20
    return x, y

getPoint()
print(x, y)

报错：

bash 复制代码 
NameError: name 'x' is not defined
  • 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。

python 复制代码 
x = 20

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

test()
print(f'函数外部 x = {x}')

运行结果如下：

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"。

  • 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

python 复制代码 
x = 20

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

test()

运行结果如下：

  • 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
python 复制代码 
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}')

运行结果如下：

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。

  • 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。

python 复制代码 
for i in range(1, 10):
    print(f'函数内部 i = {i}')

print(f'函数外部 i = {i}')

运行结果如下：

6. 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。

代码示例：

python 复制代码 
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")

运行结果如下：

这个过程还可以使用 PyCharm 自带的调试器来观察。

  • 点击行号右侧的空白，可以在代码中插入断点。
  • 右键，选择 Debug，可以按照调试模式执行代码。每次执行到断点，程序都会暂停下来。
  • 使用 Step Into (F7) 功能可以逐行执行代码。

7. 链式调用

代码示例：

python 复制代码 
# 判定是否是奇数
def isOdd(num):
    if num % 2 == 0:
        return False
    else:
        return True

result = isOdd(10)
print(result)

实际上也可以进行简化：

python 复制代码 
print(isOdd(10))

运行结果如下：

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。这是一种比较常见的写法。

8. 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"。

代码示例：

python 复制代码 
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()

test 函数内部调用了 print 函数，这里就属于嵌套调用。

运行结果如下：

一个函数里面可以嵌套调用任意多个函数。函数嵌套的过程是非常灵活的。

代码示例：

python 复制代码 
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()

运行结果如下：

如果把代码稍微调整，打印结果则可能发生很大变化。

python 复制代码 
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()

运行结果如下：

注意：上述代码的执行顺序，可以通过画图的方式来理解。

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。

可以通过 PyCharm 调试器看到函数调用栈和栈帧。在调试状态下，PyCharm 左下角一般就会显示出函数调用栈。

每个函数的局部变量，都包含在自己的栈帧中。代码示例：

python 复制代码 
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。如下所示：

思考：上述代码，a, b, c, d 函数中的局部变量名各不相同。如果变量名是相同的，比如都是 num，那么这四个函数中的 num 是属于同一个变量，还是不同变量呢？

答案：是不同的变量。即使四个函数中都使用相同的变量名 num，它们仍然是完全独立的变量，互不影响。

9. 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。

代码示例：递归计算 5!

python 复制代码 
def factor(n):
    if n == 1:
        return 1
    return n * factor(n - 1)

result = factor(5)
print(result)

运行结果如下：

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：递归代码务必要保证

  • 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。

python 复制代码 
def factor(n):
    return n * factor(n - 1)

result = factor(5)
print(result)

报错：

复制代码 
RecursionError: maximum recursion depth exceeded

如前面所描述，函数调用时会在函数调用栈中记录每一层函数调用的信息。

但是函数调用栈的空间不是无限大的。如果调用层数太多，就会超出栈的最大范围，导致出现问题。

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。

实际开发的时候，使用递归要慎重！

10. 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

python 复制代码 
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))

运行结果如下：

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。

错误代码示例：

python 复制代码 
def add(x, debug=False, y):
    if debug:
        print(f'调试信息：x={x}, y={y}')
    return x + y

print(add(10, 20))

报错：

复制代码 
SyntaxError: non-default argument follows default argument

11. 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。

python 复制代码 
def test(x, y):
    print(f'x = {x}')
    print(f'y = {y}')

test(x=10, y=20)
test(y=100, x=200)

运行结果如下：

形如上述 test(x=10, y=20) 这样的操作，即为关键字参数。

小结

函数是编程语言中的一个核心语法机制。Python 中的函数和大部分编程语言中的函数功能都是基本类似的。

我们当下最关键要理解的主要就是三个点：

  • 函数的定义
  • 函数的调用
  • 函数的参数传递

在后续的编程中，会广泛的使用到函数，所以需要反复加深对于函数的理解。

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