Lesson 022 —— python 函数

函数是组织好的，可重复使用的，用来实现单一，或相关联功能的代码段。

函数能提高应用的模块性，和代码的重复利用率。Python提供了许多内建函数，比如print()。也可以自己创建函数，这被叫做用户自定义函数。

定义一个函数

可以定义一个由自己想要功能的函数，以下是简单的规则：

• 函数代码块以 def 关键词开头，后接函数标识符名称和圆括号 ()。
• 任何传入参数和自变量必须放在圆括号中间，圆括号之间可以用于定义参数。
• 函数的第一行语句可以选择性地使用文档字符串——用于存放函数说明。
• 函数内容以冒号起始，并且缩进。
• return [表达式] 结束函数，选择性地返回一个值给调用方。不带表达式的return相当于返回 None。

语法

Python 定义函数使用 def 关键字，一般格式如下：

def 函数名（参数列表）:
    函数体

默认情况下，参数值和参数名称是按函数声明中定义的顺序匹配起来的。

# 计算面积函数
def area(width, height):
    return width * height
 
def print_welcome(name):
    print("Welcome", name)
 
print_welcome("Runoob")
w = 4
h = 5
print("width =", w, " height =", h, " area =", area(w, h))

# 执行结果
Welcome Runoob
width = 4  height = 5  area = 20

函数调用

定义一个函数：给了函数一个名称，指定了函数里包含的参数，和代码块结构。

这个函数的基本结构完成以后，你可以通过另一个函数调用执行，也可以直接从 Python 命令提示符执行。

参数传递

在 python 中，类型属于对象，变量是没有类型的：

a=[1,2,3]

a="Runoob"

以上代码中，[1,2,3] 是 List 类型，"Runoob" 是 String 类型，而变量 a 是没有类型，她仅仅是一个对象的引用（一个指针），可以是指向 List 类型对象，也可以是指向 String 类型对象。

可更改(mutable)与不可更改(immutable)对象

在 python 中，strings, tuples, 和 numbers 是不可更改的对象，而 list,dict 等则是可以修改的对象。

• 不可变类型：变量赋值 a=5 后再赋值 a=10，这里实际是新生成一个 int 值对象 10，再让 a 指向它，而 5 被丢弃，不是改变a的值，相当于新生成了a。
• 可变类型：变量赋值 la=[1,2,3,4] 后再赋值 la[2]=5 则是将 list la 的第三个元素值更改，本身la没有动，只是其内部的一部分值被修改了。

python 函数的参数传递：

• 不可变类型：类似 c++ 的值传递，如 整数、字符串、元组。如fun（a），传递的只是a的值，没有影响a对象本身。比如在 fun（a）内部修改 a 的值，只是修改另一个复制的对象，不会影响 a 本身。（实际上不可变对象的赋值，是指向了一个新的不可变对象，参照上面不可变类型说明）
• 可变类型：类似 c++ 的引用传递，如 列表，字典。如 fun（la），则是将 la 真正的传过去，修改后fun外部的la也会受影响

python 中一切都是对象，严格意义我们不能说值传递还是引用传递，我们应该说传不可变对象和传可变对象。

# 传不可变对象
def ChangeInt( a ):
    a = 10
 
b = 2
ChangeInt(b)
print( b ) # 结果是 2

实例中有 int 对象 2，指向它的变量是 b，在传递给 ChangeInt 函数时，按传值的方式复制了变量 b，a 和 b 都指向了同一个 Int 对象，在 a=10 时，则新生成一个 int 值对象 10，并让 a 指向它。

# 传可变对象
# 可变对象在函数里修改了参数，那么在调用这个函数的函数里，原始的参数也被改变了
def changeme( mylist ):
   "修改传入的列表"
   mylist.append([1,2,3,4])
   print ("函数内取值: ", mylist)
   return
 
# 调用changeme函数
mylist = [10,20,30]
changeme( mylist )
print ("函数外取值: ", mylist)

传入函数的和在末尾添加新内容的对象用的是同一个引用。故输出结果如下：

函数内取值:  [10, 20, 30, [1, 2, 3, 4]]
函数外取值:  [10, 20, 30, [1, 2, 3, 4]]

参数

函数传入参数相当于创建了一个变量（形参），然后指向了被传入的参数（实参）地址。形参是局部变量

以下是调用函数时可使用的正式参数类型：

• 必需参数

  必需参数须以正确的顺序传入函数。调用时的数量必须和声明时的一样。

  #可写函数说明
  def printme( str ):
     "打印任何传入的字符串"
     print (str)
     return
   
  #调用printme函数
  printme()
  
  # 结果
  Traceback (most recent call last):
    File "test.py", line 10, in <module>
      printme()
  TypeError: printme() missing 1 required positional argument: 'str'
  

• 关键字参数

  关键字参数和函数调用关系紧密，函数调用使用关键字参数来确定传入的参数值。

  使用关键字参数允许函数调用时参数的顺序与声明时不一致，因为 Python 解释器能够用参数名匹配参数值。

  #可写函数说明
  def printinfo( name, age ):
     "打印任何传入的字符串"
     print ("名字: ", name)
     print ("年龄: ", age)
     return
   
  #调用printinfo函数
  printinfo( age=50, name="runoob" )
  
  # 结果
  名字:  runoob
  年龄:  50
  

• 默认参数

  调用函数时，如果没有传递参数，则会使用默认参数。

  #可写函数说明
  def printinfo( name, age = 35 ):
     "打印任何传入的字符串"
     print ("名字: ", name)
     print ("年龄: ", age)
     return
   
  #调用printinfo函数
  printinfo( age=50, name="runoob" )
  print ("------------------------")
  printinfo( name="runoob" )
  
  # 结果
  名字:  runoob
  年龄:  50
  ------------------------
  名字:  runoob
  年龄:  35
  

• 不定长参数

  你可能需要一个函数能处理比当初声明时更多的参数。这些参数叫做不定长参数，和上述 2 种参数不同，声明时不会命名。基本语法如下：

  def functionname([formal_args,] *var_args_tuple ):
     "函数_文档字符串"
     function_suite
     return [expression]
  

  加了星号 * 的参数会以元组(tuple)的形式导入，存放所有未命名的变量参数。

  # 可写函数说明
  def printinfo( arg1, *vartuple ):
     "打印任何传入的参数"
     print ("输出: ")
     print (arg1)
     print (vartuple)
   
  # 调用printinfo 函数
  printinfo( 70, 60, 50 )
  
  # 结果
  输出: 
  70
  (60, 50)
  

  如果在函数调用时没有指定参数，它就是一个空元组。我们也可以不向函数传递未命名的变量。

  # 可写函数说明
  def printinfo( arg1, *vartuple ):
     "打印任何传入的参数"
     print ("输出: ")
     print (arg1)
     for var in vartuple:
        print (var)
     return
   
  # 调用printinfo 函数
  printinfo( 10 )
  printinfo( 70, 60, 50 )
  
  # 结果
  输出:
  10
  输出:
  70
  60
  50
  

  还有一种就是参数带两个星号 * * 基本语法如下：

  def functionname([formal_args,] **var_args_dict ):
     "函数_文档字符串"
     function_suite
     return [expression]
  

  加了两个星号 * * 的参数会以字典的形式导入。

  # 可写函数说明
  def printinfo( arg1, **vardict ):
     "打印任何传入的参数"
     print ("输出: ")
     print (arg1)
     print (vardict)
   
  # 调用printinfo 函数
  printinfo(1, a=2,b=3)
  
  # 结果
  输出: 
  1
  {'a': 2, 'b': 3}
  

  声明函数时，参数中星号 * 可以单独出现，如果单独出现星号 * 后的参数必须用关键字传入。例如:

  >>> def f(a,b,*,c):
  ...     return a+b+c
  ... 
  >>> f(1,2,3)   # 报错
  Traceback (most recent call last):
    File "<stdin>", line 1, in <module>
  TypeError: f() takes 2 positional arguments but 3 were given
  >>> f(1,2,c=3) # 正常
  6
  

匿名函数

python 使用 lambda 来创建匿名函数。

所谓匿名，意即不再使用 def 语句这样标准的形式定义一个函数。

• lambda 只是一个表达式，函数体比 def 简单很多。
• lambda的主体是一个表达式，而不是一个代码块。仅仅能在lambda表达式中封装有限的逻辑进去。
• lambda 函数拥有自己的命名空间，且不能访问自己参数列表之外或全局命名空间里的参数。
• 虽然lambda函数看起来只能写一行，却不等同于C或C++的内联函数，后者的目的是调用小函数时不占用栈内存从而增加运行效率。

语法

lambda [arg1 [,arg2,.....argn]]:expression

实例：

# 可写函数说明
sum = lambda arg1, arg2: arg1 + arg2
 
# 调用sum函数
print ("相加后的值为 : ", sum( 10, 20 ))
print ("相加后的值为 : ", sum( 20, 20 ))

# 结果
相加后的值为 :  30
相加后的值为 :  40

return 语句

return [表达式] 语句用于退出函数，选择性地向调用方返回一个表达式。不带参数值的return语句返回None。

# 可写函数说明
def sum( arg1, arg2 ):
   # 返回2个参数的和."
   total = arg1 + arg2
   print ("函数内 : ", total)
   return total
 
# 调用sum函数
total = sum( 10, 20 )
print ("函数外 : ", total)

# 结果
函数内 :  30
函数外 :  30

变量作用域

Python 中，程序的变量并不是在哪个位置都可以访问的，访问权限决定于这个变量是在哪里赋值的。

变量的作用域决定了在哪一部分程序可以访问哪个特定的变量名称。Python的作用域一共有4种，分别是：

• L （Local） 局部作用域
• E （Enclosing） 闭包函数外的函数中
• G （Global） 全局作用域
• B （Built-in） 内建作用域

以 L –> E –> G –>B 的规则查找，即：在局部找不到，便会去局部外的局部找（例如闭包），再找不到就会去全局找，再者去内建中找。

x = int(2.9)  # 内建作用域
 
g_count = 0  # 全局作用域
def outer():
    o_count = 1  # 闭包函数外的函数中
    def inner():
        i_count = 2  # 局部作用域

Python 中只有模块（module），类（class）以及函数（def、lambda）才会引入新的作用域，其它的代码块（如 if/elif/else/、try/except、for/while等）是不会引入新的作用域的，也就是说这些语句内定义的变量，外部也可以访问。

>>> if True:
...  msg = 'I am from Runoob'
... 
>>> msg
'I am from Runoob'

实例中 msg 变量定义在 if 语句块中，但外部还是可以访问的。

如果将 msg 定义在函数中，则它就是局部变量，外部不能访问：

>>> def test():
...     msg_inner = 'I am from Runoob'
... 
>>> msg_inner
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'msg_inner' is not defined

全局变量和局部变量

定义在函数内部的变量拥有一个局部作用域，定义在函数外的拥有全局作用域。

局部变量只能在其被声明的函数内部访问，而全局变量可以在整个程序范围内访问。调用函数时，所有在函数内声明的变量名称都将被加入到作用域中。

total = 0 # 这是一个全局变量
# 可写函数说明
def sum( arg1, arg2 ):
    #返回2个参数的和."
    total = arg1 + arg2 # total在这里是局部变量.
    print ("函数内是局部变量 : ", total)
    return total
 
#调用sum函数
sum( 10, 20 )
print ("函数外是全局变量 : ", total)

# 结果
函数内是局部变量 :  30
函数外是全局变量 :  0

global 和 nonlocal 关键字

当内部作用域想修改外部作用域的变量时，就要用到global和nonlocal关键字了。

修改全局变量：

num = 1
def fun1():
    global num  # 需要使用 global 关键字声明
    print(num) 
    num = 123   # 全局变量被修改
    print(num)
fun1()
print(num)

# 结果
1
123
123

如果要修改嵌套作用域（enclosing 作用域，外层非全局作用域）中的变量则需要 nonlocal 关键字了。

def outer():
    num = 10
    def inner():
        nonlocal num   # nonlocal关键字声明，使用上一级的变量
        num = 100
        print(num)
    inner()
    print(num)
outer()

# 结果
100
100

另外有一种特殊情况，假设下面这段代码被运行：

a = 10
def test():
    a = a + 1
    print(a)
test()

# 结果
Traceback (most recent call last):
  File "test.py", line 7, in <module>
    test()
  File "test.py", line 5, in test
    a = a + 1
UnboundLocalError: local variable 'a' referenced before assignment

由于 test 函数中的 a 使用的是局部，未定义，无法修改。

修改 a 为局部变量（函数参数里的 a 不是全局变量），通过函数参数（形参）传递，可以正常执行输出结果为：

a = 10

def test(a):
    a = a + 1
    print(a)

print(a)
test(a)
print(a)

# 结果
10
11
10