定义:
定义函数时,也相当于定义变量。会把函数体内的代码存入开辟的内存空间中。使用函数时,通过func() 声明是函数,其对应的值为代码。函数是指将一组语句的集合通过一个名字(函数名)封装起来,要想执行这个函数,只需调用其函数名即可。
特性:
- 减少重复代码
- 使程序变的可扩展
- 使程序变得易维护
在Python中,定义一个函数要使用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,函数的返回值用return
语句返回。
函数中传入的参数,可以是任意数据类型的值。参数分为实参和形参。
实参和形参
形参变量只有在被调用时才分配内存单元,在调用结束时,即刻释放所分配的内存单元。因此,形参只在函数内部有效。函数调用结束返回主调用函数后则不能再使用该形参变量
实参可以是常量、变量、表达式、函数等,无论实参是何种类型的量,在进行函数调用时,它们都必须有确定的值,以便把这些值传送给形参。因此应预先用赋值,输入等办法使参数获得确定值
我们以自定义一个求绝对值的func
函数为例:
def func(x):
if x >= 0:
return x
else:
return -x
注: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
。
return返回多个值
return x,y
返回值会是一个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,按位置赋给对应的值,所以,Python的函数返回多值其实就是返回一个tuple,但写起来更方便。
空函数及其作用
def func1():
pass
pass即执行时什么也不做。但缺少了pass
,代码运行就会有语法错误。
定义空函数的意义在于写程序框架时屡清楚需要的各个功能。
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。
函数的参数
除了正常定义的必选参数外,还可以使用默认参数、可变参数和关键字参数,使得函数定义出来的接口,不但能处理复杂的参数,还可以简化调用者的代码。
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。
但是如果参数类型不对,Python解释器就无法帮我们检查。
默认参数
我们仍以具体的例子来说明如何定义函数的默认参数。先写一个计算x2的函数:
def power(x):
return x * x
当我们调用power
函数时,必须传入有且仅有的一个参数x
:
>>> power(5)
25
>>> power(15)
225
现在,如果我们要计算x3怎么办?可以再定义一个power3
函数,但是如果要计算x4、x5……怎么办?我们不可能定义无限多个函数。
你也许想到了,可以把power(x)
修改为power(x, n)
,用来计算xn,说干就干:
def power(x, n):
s = 1
while n > 0:
n = n - 1
s = s * x
return s
对于这个修改后的power
函数,可以计算任意n次方:
>>> power(5, 2)
25
>>> power(5, 3)
125
但是,这时调用代码只输入x的值就会失败,因为增加了一个参数,导致无法正常调用。
这个时候,默认参数就排上用场了。由于我们经常计算x2,所以,完全可以把第二个参数n的默认值设定为2:
def power(x, n=2):
s = 1
while n > 0:
n = n - 1
s = s * x
return s
这样,当我们调用power(5)
时,相当于调用power(5, 2)
:
>>> power(5)
25
>>> power(5, 2)
25
而对于n > 2
的其他情况,就必须明确地传入n,比如power(5, 3)
。
从上面的例子可以看出,默认参数可以简化函数的调用。设置默认参数时,有几点要注意:
一是必选参数在前,默认参数在后,否则Python的解释器会报错(思考一下为什么默认参数不能放在必选参数前面);
二是如何设置默认参数。
当函数有多个参数时,把变化大的参数放前面,变化小的参数放后面。变化小的参数就可以作为默认参数。
使用默认参数有什么好处?最大的好处是能降低调用函数的难度。
有多个默认参数时,调用的时候,既可以按顺序提供默认参数。
但
默认参数有个最大的坑,演示如下:
先定义一个函数,传入一个list,添加一个END
再返回:
def add_end(L=[]):
L.append(‘END‘)
return L
当你正常调用时,结果似乎不错:
>>> add_end([1, 2, 3])
[1, 2, 3, ‘END‘]
>>> add_end([‘x‘, ‘y‘, ‘z‘])
[‘x‘, ‘y‘, ‘z‘, ‘END‘]
当你使用默认参数调用时,一开始结果也是对的:
>>> add_end()
[‘END‘]
但是,再次调用add_end()
时,结果就不对了:
>>> add_end()
[‘END‘, ‘END‘]
>>> add_end()
[‘END‘, ‘END‘, ‘END‘]
很多初学者很疑惑,默认参数是[]
,但是函数似乎每次都“记住了”上次添加了‘END‘
后的list。
原因解释如下:
Python函数在定义的时候,默认参数L
的值就被计算出来了,即[]
,因为默认参数L
也是一个变量,它指向对象[]
,每次调用该函数,如果改变了L
的内容,则下次调用时,默认参数的内容就变了,不再是函数定义时的[]
了。
所以,定义默认参数要牢记一点:默认参数必须指向不变对象!
注:设计str、None这样的不变对象的意义:因为不变对象一旦创建,对象内部的数据就不能修改,这样就减少了由于修改数据导致的错误。此外,由于对象不变,多任务环境下同时读取对象不需要加锁,同时读一点问题都没有。我们在编写程序时,如果可以设计一个不变对象,那就尽量设计成不变对象。
可变参数
在Python函数中,还可以定义可变参数。顾名思义,可变参数就是传入的参数个数是可变的,可以是1个、2个到任意个,还可以是0个。
我们以数学题为例子,给定一组数字a,b,c……,请计算a2 + b2 + c2 + ……。
要定义出这个函数,我们必须确定输入的参数。由于参数个数不确定,我们首先想到可以把a,b,c……作为一个list或tuple传进来,这样,函数可以定义如下:
def calc(numbers):
sum = 0
for n in numbers:
sum = sum + n * n
return sum
但是调用的时候,需要先组装出一个list或tuple:
>>> calc([1, 2, 3])
14
>>> calc((1, 3, 5, 7))
84
如果利用可变参数,调用函数的方式可以简化成这样:
>>> calc(1, 2, 3)
14
>>> calc(1, 3, 5, 7)
84
所以,我们把函数的参数改为可变参数:
def calc(*numbers):
sum = 0
for n in numbers:
sum = sum + n * n
return sum
定义可变参数和定义list或tuple参数相比,仅仅在参数前面加了一个*
号。在函数内部,参数numbers
接收到的是一个tuple,因此,函数代码完全不变。但是,调用该函数时,可以传入任意个参数,包括0个参数:
>>> calc(1, 2)
5
>>> calc()
0
如果已经有一个list或者tuple,要调用一个可变参数怎么办?可以这样做:
>>> nums = [1, 2, 3]
>>> calc(nums[0], nums[1], nums[2])
14
这种写法当然是可行的,问题是太繁琐,所以Python允许你在list或tuple前面加一个*
号,把list或tuple的元素变成可变参数传进去:
>>> nums = [1, 2, 3]
>>> calc(*nums)
14
这种写法相当有用,而且很常见。
关键字参数
可变参数允许你传入0个或任意个参数,这些可变参数在函数调用时自动组装为一个tuple。而关键字参数允许你传入0个或任意个含参数名的参数,这些关键字参数在函数内部自动组装为一个dict。请看示例:
def person(name, age, **kw):
print ‘name:‘, name, ‘age:‘, age, ‘other:‘, kw
函数person
除了必选参数name
和age
外,还接受关键字参数kw
。在调用该函数时,可以只传入必选参数:
>>> person(‘Michael‘, 30)
name: Michael age: 30 other: {}
也可以传入任意个数的关键字参数:
>>> person(‘Bob‘, 35, city=‘Beijing‘)
name: Bob age: 35 other: {‘city‘: ‘Beijing‘}
>>> person(‘Adam‘, 45, gender=‘M‘, job=‘Engineer‘)
name: Adam age: 45 other: {‘gender‘: ‘M‘, ‘job‘: ‘Engineer‘}
关键字参数有什么用?它可以扩展函数的功能。比如,在person
函数里,我们保证能接收到name
和age
这两个参数,但是,如果调用者愿意提供更多的参数,我们也能收到。试想你正在做一个用户注册的功能,除了用户名和年龄是必填项外,其他都是可选项,利用关键字参数来定义这个函数就能满足注册的需求。
和可变参数类似,也可以先组装出一个dict,然后,把该dict转换为关键字参数传进去:
>>> kw = {‘city‘: ‘Beijing‘, ‘job‘: ‘Engineer‘}
>>> person(‘Jack‘, 24, city=kw[‘city‘], job=kw[‘job‘])
name: Jack age: 24 other: {‘city‘: ‘Beijing‘, ‘job‘: ‘Engineer‘}
当然,上面复杂的调用可以用简化的写法:
>>> kw = {‘city‘: ‘Beijing‘, ‘job‘: ‘Engineer‘}
>>> person(‘Jack‘, 24, **kw)
name: Jack age: 24 other: {‘city‘: ‘Beijing‘, ‘job‘: ‘Engineer‘}
参数组合
在Python中定义函数,可以用必选参数、默认参数、可变参数和关键字参数,这4种参数都可以一起使用,或者只用其中某些,但是请注意,参数定义的顺序必须是:必选参数、默认参数、可变参数和关键字参数。
比如定义一个函数,包含上述4种参数:
def func(a, b, c=0, *args, **kw):
print ‘a =‘, a, ‘b =‘, b, ‘c =‘, c, ‘args =‘, args, ‘kw =‘, kw
在函数调用的时候,Python解释器自动按照参数位置和参数名把对应的参数传进去。
>>> func(1, 2)
a = 1 b = 2 c = 0 args = () kw = {}
>>> func(1, 2, c=3)
a = 1 b = 2 c = 3 args = () kw = {}
>>> func(1, 2, 3, ‘a‘, ‘b‘)
a = 1 b = 2 c = 3 args = (‘a‘, ‘b‘) kw = {}
>>> func(1, 2, 3, ‘a‘, ‘b‘, x=99)
a = 1 b = 2 c = 3 args = (‘a‘, ‘b‘) kw = {‘x‘: 99}
最神奇的是通过一个tuple和dict,你也可以调用该函数:
>>> args = (1, 2, 3, 4)
>>> kw = {‘x‘: 99}
>>> func(*args, **kw)
a = 1 b = 2 c = 3 args = (4,) kw = {‘x‘: 99}
所以,对于任意函数,都可以通过类似func(*args, **kw)
的形式调用它,无论它的参数是如何定义的。
小结
Python的函数具有非常灵活的参数形态,既可以实现简单的调用,又可以传入非常复杂的参数。
默认参数一定要用不可变对象,如果是可变对象,运行会有逻辑错误!
要注意定义可变参数和关键字参数的语法:
*args
是可变参数,args接收的是一个tuple;
**kw
是关键字参数,kw接收的是一个dict。
以及调用函数时如何传入可变参数和关键字参数的语法:
可变参数既可以直接传入:func(1, 2, 3)
,又可以先组装list或tuple,再通过*args
传入:func(*(1, 2, 3))
;
关键字参数既可以直接传入:func(a=1, b=2)
,又可以先组装dict,再通过**kw
传入:func(**{‘a‘: 1, ‘b‘: 2})
。
使用*args
和**kw
是Python的习惯写法,当然也可以用其他参数名,但最好使用习惯用法。
全局与局部变量
在子程序中定义的变量称为局部变量,在程序的一开始定义的变量称为全局变量。
全局变量作用域是整个程序,局部变量作用域是定义该变量的子程序。
当全局变量与局部变量同名时:
在定义局部变量的子程序内,局部变量起作用;在其它地方全局变量起作用。