【python】函数详解

目录

一、函数

1.1 函数是什么

1.2 语法格式

1.3 函数参数

1.4 函数的返回值

1.5 变量作用域

1.6 函数的执行过程

1.7 链式调用

1.8 嵌套调用

1.9 函数递归

1.10 参数默认值

1.11 关键字参数

1.12 小结

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一、函数

1.1 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.

求数列的和,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 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

求 数列 的和,使用函数

# 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 sum(1, 100) sum(300, 400) sum(1, 1000)

可以明显看到,重复的代码已经被消除了.

1.2 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

deftest1():

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.

test3()#还没有执行到定义,就先执行调用了,此时就会报错.

deftest3():

print('hello')

就像昆虫记里面，必须先念诗才能成尊。

1.3 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.

考虑前面的代码案例:

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)

上面的代码中,beg, end就是函数的形参.1, 100/300, 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 = 300, end = 400,然后在函数内部就可以针对

300-400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): print(a) test(10) test('hello') test(True)

1.4 函数的返回值

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" .

此处的 "输入", "输出" 是更广义的输入输出, 不是单纯指通过控制台输入输出.

我们可以把函数想象成一个 "工厂". 工厂需要买入原材料, 进行加工, 并生产出产品.

函数的参数就是原材料, 函数的返回值就是生产出的产品.

下列代码

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

而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.

一个函数中可以有多个return语句

# 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.

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

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

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.

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

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()

1.5 变量作用域

观察以下代码

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.

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

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

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()

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.

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}')

1.6 函数的执行过程

• 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")

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, 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.

1.7 链式调用

前面的代码很多都是写作

# 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.

这是一种比较常见的写法.

1.8 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" .

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.

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.

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.

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()

注意体会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

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.

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?

显然是不同的。

1.9 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.

递归计算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.

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.

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

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!

1.10 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.

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.

带有默认值的参数需要放到没有默认值的参数的后面

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))

1.11 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.

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.

1.12 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

我们在后续的编程中,会广泛的使用到函数.大家在练习的过程中再反复加深对于函数的理解.