7. Python | 函数_定义函数

在Python中,定义一个函数要用def语句,依次写出函数名/括号/括号中的参数和冒号:,然后,在缩进块中编写函数体,函数的返回值return语句返回.
我们以自定义一个求绝对值的my_abs函数为例:

# -*- coding:utf-8 -*-
def my_abs(x):
    if x >= 0:
        return x    # 如果x >= 0,返回x
    else:
        return -x   # 如果x < 0,返回-x
print(my_abs(-99))
#运行结果:99

请自行测试并调用my_abs看看返回结果是否正确.
请注意,函数体内部的语句在执行时,一旦执行到return时,函数就执行完毕,并将结果返回.因此,函数内部通过条件判断和循环可以实现非常复杂的逻辑.
如果没有return语句,函数执行完毕后也会返回结果,只是结果为None.return None可以简写为return.
在Python交互环境中定义函数时,注意Python会出现...的提示.函数定义结束后需要按两次回车,重新回到>>>提示符下:

┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│Command Prompt - python                           - □ x │
├────────────────────────────────────────────────────────┤
│>>> def my_abs(x):                                      │
│...     if x >= 0:                                      │
│...         return x                                    │
│...     else:                                           │
│...         return -x                                   │
│...                                                     │
│>>> my_abs(-9)                                          │
│9                                                       │
│>>> _                                                   │
│                                                        │
│                                                        │
└────────────────────────────────────────────────────────┘

如果你已经把my_abs()的函数定义保存为abstest.py文件了,那么,可以在该文件的当前目录下启动Python解释器,用from abstest import my_abs来导入my_abs()函数,注意abstest是文件名(不含.py扩展名):

┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│Command Prompt - python                           - □ x │
├────────────────────────────────────────────────────────┤
│>>> from abstest import my_abs                          │
│>>> my_abs(-9)                                          │
│9                                                       │
│>>> _                                                   │
│                                                        │
│                                                        │
│                                                        │
│                                                        │
│                                                        │
│                                                        │
│                                                        │
└────────────────────────────────────────────────────────┘

import的用法在后续模块一节中会详细介绍.

空函数

如果想定义一个什么事也不做的空函数,可以用pass语句:

def nop():
    pass

pass语句什么都不做,那有什么用?实际上pass可以用来作为占位符,比如现在还没想好怎么写函数的代码,就可以先放一个pass,让代码能运行起来.
pass还可以用在其他语句里,比如:

if age >= 18:
    pass

缺少了pass,代码运行就会有语法错误.

参数检查

调用函数时,如果参数个数不对,Python解释器会自动检查出来,并抛出TypeError:

>>>my_abs(1,2)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: my_abs() takes 1 positional argument but 2 were given    
# 异常:函数my_abs()只能取一个位置参数,却给了2个

但是如果参数类型不对,Python解释器就无法帮我们精确检查.试试my_abs和内置函数abs的差别:

>>>my_abs('A')
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "<stdin>", line 2, in my_abs
TypeError: '>=' not supported between instances of 'str' and 'int'  
# 异常:类型不匹配,str和int类型不一致,所以'A'和数字0不支持'>='的比较;错误提示很模糊
------------------------------------------------------------------------------
>>> abs('A')
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: bad operand type for abs(): 'str'                        
# 异常:对abs()函数来说,使用了坏的/错的参数类型:'str';错误提示很精确

当传入了不恰当的参数时,内置函数abs会检查出参数错误,而我们定义的my_abs没有参数检查,会导致if语句出错,出错信息和abs不一样.所以,这个函数定义不够完善.
让我们修改一下my_abs的定义,对参数类型做检查,只允许整数和浮点数类型的参数.数据类型检查可以用内置函数isinstance()实现:

def my_abs(x):
    if not isinstance(x, (int, float)):  # 加入'参数检查'语句,如果x不是int/float类型
        raise TypeError('bad operand type')   # raise 抛出/自定义异常;详细用法见下方
    if x >= 0:
        return x
    else:
        return -x

点击此处,查看raise用法详情
添加了参数检查后,如果传入错误的参数类型,函数就可以抛出一个错误:

>>>my_abs('A')
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "<stdin>", line 3, in my_abs
TypeError: bad operand type

错误和异常处理将在后续讲到

返回多个值

函数可以返回多个值吗?答案是肯定的.
比如在游戏中经常需要从一个点移动到另一个点,给出坐标/位移和角度,就可以计算出新的坐标:

import math
def move(x,y,step,angle=0):
    nx = x + step * math.cos(angle)
    ny = y - step * math.sin(angle)
    return nx, ny

import math语句表示导入math包,并允许后续代码引用math包里的sin/cos等函数.
然后,我们就可以同时获得返回值:

>>>x,y = move(100,100,60,math.pi/6)
>>>print(x,y)
151.96152422706632 70.0

但其实这是一种假象,Python函数返回的仍是单一值:

>>>r = move(100,100,60,math.pi/6)
>>>print(r)
(151.96152422706632,70.0)

原来返回值是一个tuple,但是在语法上,返回一个tuple可以省略括号,而多个变量可以同时接收一个tuple,按位置赋值给对应的值,所以,Python的函数返回多个值其实就是返回一个tuple,但写起来更方便.

小结

定义函数时,需要确定函数名和参数个数;
如果有必要,可以先对参数的数据类型做检查;
函数体内部可以用return随时返回函数结果;
函数执行完毕也没有return语句时,自动return None.
函数可以同时返回多个值,但其实就是一个tuple.

练习

请定义一个函数quadratic(a,b,c),接收3个参数,返回一元二次方程:
ax² + bx + c = 0
的两个解.
提示:计算平方根可以调用math.sqrt()函数:

>>>import math
>>>math.sqrt(2)
1.4142135623730951

# -*- coding:utf-8 -*-
import math 
def quadratic(a,b,c):
    if not isinstance(a+b+c,(int,float)):
        raise TypeError('bad operand type')
    elif a != 0:
        # ∆ = b²-4ac > 0时,有两个解   
        if b*b - 4*a*c > 0:
            x1 = (-b + math.sqrt(b*b - 4*a*c))/2/a
            x2 = (-b - math.sqrt(b*b - 4*a*c))/2/a
            return ('x1 =',x1,\n,'x2 =',x2) 
        # Δ = b²-4ac = 0时,有一个解
        elif b*b - 4*a*c == 0:
            return ('x =',-b/2/a)
        # Δ = b²-4ac < 0时,无解
        else:
            return ('x无解')
    else:   # a = 0时,变为一元一次方程
        if b != 0:
            return ('x =',-c/b)
        else:
            if c == 0:  # b = 0,c = 0时,x可以取任意值
                return ('x为任意值')
            else:       # b = 0,c != 0时,方程无解
                return ('x无解')

# 测试:
print('quadratic(2, 3, 1) =', quadratic(2, 3, 1))
print('quadratic(1, 3, -4) =', quadratic(1, 3, -4))

if quadratic(2, 3, 1) != (-0.5, -1.0):
    print('测试失败')
elif quadratic(1, 3, -4) != (1.0, -4.0):
    print('测试失败')
else:
    print('测试成功')

执行上面的代码,自行查看结果!!!