函数

作者: 秋幻旎苏 | 来源:发表于2018-08-22 17:35 被阅读0次

Python 中的函数是由若干语句组成的语句块、函数名称、参数列表构成，它是组织代码的最小单元，可以完成一定的功能

一.函数的作用

结构化编程对代码的最基本的封装，一般按照功能组织一段代码
封装的目的是为了复用，减少冗余代码
代码更加简洁美观，可读易懂

二.函数的分类

内建函数： max(),reversed()
库函数：math.ceil()

三.函数定义、调用

1.def关键字定义函数

def 函数名(形参列表):
    函数体(代码块)
    [return 返回值]

函数名就是标识符，只能由英文，数字和下划线组成，不能以数字开头.
python函数使用return语句返回“返回值”
所有函数都有返回值，如果没有return语句，隐式调用return None
return语句并不一定是函数的语句块的最后一条语句
一个函数可以存在多个return 语句，但是只有一条可以被执行，如果没有return语句被执行，使用隐式调用return None
如果有必要，可显示调用return None ，可以简写为return
如果函数执行了return 语句，函数就会返回，当前被执行的return语句之后其他的语句就不会被执行
return语句的作用：结束函数调用，返回值
函数不能同时返回多个值
函数是可调用的对象 callable()

2.函数调用

函数定义，只是声明了一个函数，它是不会被执行的，需要调用
函数调用，需要在函数名后名加上()
调用函数的时候在()中写入的参数是实际参数，简称实参。
实参只有两种传参方式：按照形参位置顺序传参和关键字传参

关键字传参必须放在最后

3.函数形参

①位置参数

def fn(x,y) 可以使用 fn(1,2) 和fn(x=1,y=2)调用
按照形参位置顺序传参，传参的顺序必须形参顺序和个数一致。
关键字传入实参的时候，传参时的关键字必须和定义的形参名和个数一致，传参的顺序可以和形参顺序不一致。

位置参数.gif

② 参数默认值（缺省值）

在定义形参的时候可以给形参赋予一个默认值.

def fn(x=3,y=2):
    print("x={},y={}".format(x,y))

参数的默认值可以在未传入足够的实参的时候，对没有给定的参数赋值为默认值
设置参数的缺省值，可以简化函数调用

③可变位置参数

在位置参数前面使用“*” 表示该形参是可变参数，可以接受0到多个实参
收集多个实参为一个元组tuple
不接受关键字传参
可变位置参数必须在位置参数后面

④keyword-only参数（python3 后加入）

在可变位置参数后面，出现的形参
在传参的时候一定要使用关键字传参

⑤ 可变关键字参数

在形参签名使用“**”符号，表示可以接受0到多个关键字参数
收集的实参的关键字和值组成一个字典dict，该字典在函数中是可以改变的
如果形参中有keyword-only参数，一定要在该参数后面

⑥总结

形参一般顺序是，位置参数，缺省位置参数，可变位置参数，keywork-only参数（可以带缺省值)，可变关键字参数

函数参数解构

给函数提供实参的时候，可以在可迭代对象中使用* 或者**，把集合类型的解构解开，提取出所有元素作为函数的实参
非字典类型使用*解构成位置参数
字典类型使用 ** 解构成关键字参数
提出出来的元素树木要和参数的要求匹配，也要和参数的类型匹配
参数解构只能用在函数中，print() 函数等

参数解构.gif

四. 函数嵌套

在一个函数中定义了另外一个函数,内部的函数不能在外部直接使用，会抛出NameError 异常。
函数有可见范围，这就是作用域的概念

函数嵌套.gif

1.作用域

一个标识符的可见范围，这就是标识符的作用域。一般常说的是变量的作用域。
作用域分为：全局作用域，和局部作用域
全局作用域
在整个程序运行环境中可见
局部作用域
在函数，类等内部可见,局部变量使用范围不能超过其所在的局部作用域

def outer2():
    o = 65
    def inner():
        o = 97
        print("inner {}".format(o))
    print("outer {}".format(o))
    inner()
outer2()

#结果
#outer 65
#inner 97

通过上述嵌套结构例子可以看出

外层变量作用域在内层作用域可见
内层作用域inner中，如果定义了o = 97,相当于当前作用域中重新定义了一个新的变量o，但是这个o并没有覆盖外层作用域outer中的o。

①.全局变量globle

x = 5
def foo():
##如果不使用global，会出现先引用后赋值的异常报错
    global x 
    x += 1 
    print("x =",x)
foo()
print("x =",x)
###结果
#x = 6
#x = 6

使用global 关键字的变量，将函数内的x声明为外部的全局作用域定义的x
全局作用作用域中必须要有x的定义
使用global可以告诉内部作用域，去全局作用域查找变量的定义，之后在函数内对x的所有操作，都相当于在为全局作用域的变量x操作赋值

x = 5
def foo():
    global x
    x += 1
    print("x =",x)
    x = 9
foo()
print("x =",x)

##结果
#x = 6
#x = 9

globle 使用原则

外部作用域变量会内部作用域可见，但也不要在这个内部的局部作用域中直接使用，因为函数的目的就是为了封装，尽量与外界隔离
如果函数需要使用外部全局变量，请使用函数的形参传参解决

不要用global，学习它，只是为了深入理解变量作用域！！！

对“作用域”可以进行如下理解：
1.在最顶层，比如shell层，有一个符号表会跟踪记录这一层所有的名称定义和绑定
2.调用函数的时候，会建立一个新的符号表（常称为栈帧）。这个表跟踪记录函数中所有的名称定义（包括形参）和它们当前的绑定。如果函数体内又调用了一个函数，就再建立一个栈帧。
3.函数结束时候，它的栈帧也随之消息。

2.闭包

自由变量：未在本地作用域定义的变量。
例如：定义在内层函数外的外层函数的作用域中的变量
闭包：就是一个概念，出现在嵌套函数中，指的是内层函数引用到了外层函数的自由变量，这就形成了闭包.

def counter():
    c = [0]
    def inc():
        c[0] += 1  #应用的是自由变量正式counter的变量c
        return c[0]
    print(c[0])
    return inc
  
#counter()()
foo = counter()
print(foo(),foo())   #调用的是inner()
print(foo())

这是python2 实现闭包的方式，python3 还可以使用nonlocal 关键字

①nonlocal 关键字

使用nonlocal 关键字，将变量标记为不再本地作用域定义，而在上级的某一级局部作用域中定义，但不能是全局作用域中的定义

def counter():
    count = 0
    def inc():
        nonlocal count
        count += 1
        return count
    return inc
foo = counter()
print(foo())
print(foo())

count 是外层函数的局部变量，被内部函数引用
内部函数使用nonlocal 关键字声明count变量在上级作用域而非本地作用域中定义
形成了闭包

②默认值的作用域

def foo(xyz=[]):
    xyz.append(1)
    print(xyz)
foo()
foo()

###result
#[1]
#[1, 1]

函数也是对象，python 把函数的默认值放在了属性中，这个属性就伴随着这个函数对象的整个生命周期
查看foo.__defaults__属性 ([1, 1],)

def foo(xyz=[],u='abc',z=123):
   xyz.append(1)
   return xyz
print(foo(),id(foo))
print(foo.__defaults__)
print(foo(),id(foo))
print(foo.__defaults__)

函数地址并没有变，就是说函数这个对象没有变，调用它，它的属性__defaults__ 中使用元组保存默认值
xyz 默认值是引用类型，引用类型的元素变动，并不是元组的变化

非引用类型例子

def foo(w,u='abc',z=123):
    u = 'xyz'
    z = 789
    print(w,u,z)
print(foo.__defaults__)
foo('wing')
print(foo.__defaults__)

属性__defaults__中使用元组保存所有位置参数默认值，它不会因为在函数体内使用了它而发生改变

def foo(w,u='abc',*,z=123,zz=[456]):
    u = 'xyz'
    z = 789
    zz.append(1)
    print(w,u,z,zz)
print(foo.__defaults__)
foo('wing')
print(foo.__kwdefaults__)

属性__defaults__ 中使用元组保存所有位置参数默认值
属性__kwdefaults__ 中使用字典保存所有keyword-only 参数的默认值
使用可变类型作为形参默认值的时候，就可能修改这个默认值

1.函数体内，不改变默认值

def foo(xyz=[],u='abc',z=123):
    xyz = xyz[:]     #影子拷贝
    xyz.append(1)
    print(xyz)
print(foo.__defaults__)
foo()
print(foo.__defaults__)
foo([10])    
foo()
print(foo.__defaults__)
foo([10,5])
print(foo.__defaults__)

函数中的xyz 都是传入参数或者默认参数的副本，如果就想修改原参数，不可以

2.使用不可变类型的默认值

def foo(xyz=None,u='abc',z=123):
    if xyz is None:
        xyz = []
    xyz.append(1)
    print(xyz)
print(foo.__defaults__)
foo()
print(foo.__defaults__)
foo([10])    
print(foo.__defaults__)
foo([10,5])
print(foo.__defaults__)

如果使用缺省值None就创建一个列表
如果传入一个列表，就修改这个列表

3.总结

第一种方法
使用影子拷贝，创建了一个新的对象，永远不能改变传入的参数。
第二种方法
通过值的判断就可以灵活的选择创建或者修改传入的参数，这种方式灵活，应用广泛。
很多函数的定义，都可以看到使用None这个不可变的值作为默认参数，这可以说是一种惯用法

四.变量名解析原则LEGB

Local，本地作用域，局部作用域的local命名空间。函数调用时创建，调用结束消亡
Enclosing，Python2.2时引入的嵌套函数，实现了闭包，这个就是嵌套函数的外部函数的命名空间
Global 全局作用域，即一个模块的命名空间。模块被import时创建，解释器退出时消亡
Build-in，内置模块的命名空间，生命周期从python解析器启动的时创建到解释器退出时消亡。例如print(open),print 和open 都是内置的变量
所以一个名词的查找顺序就是LEGB

五.函数的销毁

全局函数销毁

重新定义同名函数
del语句删除函数对象
程序结束时
局部函数

局部函数销毁

重新在上级作用域定义同名函数
del语句删除函数名称，函数对象的引用计数减1
上级作用域销毁时

五.文档字符串：

""" text """
三引号之间的文本在Python中称为文档字符串。按照惯例，使用文档字符串提供函数的规范。可以使用内置的函数help访问这些字符串。

文档字符串.gif

六.递归

2.定义

** 函数直接或者间接调用自身就是递归**

递归需要边界条件，递归前进段，递归返回段
递归一定要有边界条件
当边界条件不满足的时候，递归前进
当边界条件满足的时候，递归返回

2.递归要求

递归一定要有退出条件，递归调用一定要执行到这个退出条件。没有退出条件的递归调用，就是无限调用
递归深度不宜过深
可以通过sys.getrecursionlimit() 查看解释器的深度限制

3.递归的性能

循环稍微复杂一些，但是只要不是死循环，可以多次迭代直至算出结果。
递归有深度限制，如果递归复杂，函数反复亚栈，栈内存很快就溢出了。
递归中可以通过形参记录每次递归的计算，减少递归次数

4.间接递归：

def foo1():
    foo2()
def foo2():
    foo1()
foo1()

间接递归，是通过别的函数调用了函数自身。
但是，如果构成了循环递归抵用是非常危险的，但是往往这种情况在代码复杂的情况下，还是可能发生这种调用。要用代码的规范来避免这种递归调用的发生。

5.递归总结

递归是一种很自然的表达，符合逻辑思维
递归相对运行效率低，每一次调用函数都要开辟栈帧
递归有深度限制，如果递归层次太深，函数反复压栈,栈内存很快就溢出了
如果是有限次数的递归，可以使用递归调用,或者使用循环代替，循环代码稍微复杂一点，但是只要不是死循环，可以多次迭代直至算出结果
绝大多数递归，都可以使用循环实现
即使递归代码间接，不建议使用递归

七.匿名函数

没有函数名
借助lambda 表达式构建匿名函数
格式：lambda 参数列表：表达式
使用lambda 关键字来定义匿名函数
参数列表不需要小括号
冒号是用来分割参数列表和表达式的
不需要使用return ，表达式的值，就是匿名函数返回值
lambda表达式(匿名函数) 只能写在一行上，被称为单行函数
用途：在高阶函数传参时，使用lamdba表达式，往往能简化代码。

print((lambda :0)())
print((lambda x,y=3:x+y)(5))
print((lambda x, y=3: x + y)(5, 6))
print((lambda x, *, y=30: x + y)(5))
print((lambda x, *, y=30: x + y)(5, y=10))
print((lambda *args: (x for x in args))(*range(5)))
print((lambda *args: [x+1 for x in args])(*range(5)))
print((lambda *args: {x+2 for x in args})(*range(5)))
[x for x in (lambda *args: map(lambda x: x+1, args))(*range(5))] 
[x for x in (lambda *args: map(lambda x: (x+1,args), args))(*range(5))]

函数