函数

一、基本定义

定义：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，要执行这个函数，只需要调用其函数名即可。

特性：

1. 减少重复代码

2. 使程序变得可扩展

3. 使程序变得易维护

语法定义：

def person():    # 函数名
    print("风清扬")

person()    # 调用函数

带参数的函数：

a,b = 2,3
c= a ** b
print(c)

# 改为函数：
def calc(x,y):
    val = x**y
    return val  # 返回函数执行的结果

c = calc(2,3)   # 结果赋值给变量c
print(c)  

定义函数时的一些关键内容：
1、要使用 def 这个关键字进行定义。
2、函数的名称建议使用小写单词组成，单词间以下划线分隔（下划线命名法），这样比 较方便理解函数名称的含义。
3、参数是一个自定义的变量名称，通常也是使用小写的单词，用于提示输入的参数内容。
4、定义参数名称与参数以“：”结尾。
5、在定义函数名称与参数的下方，向右缩进编写运算代码的语句块。
6、通过函数名称并写入相应的参数即可调用函数，以实现相应的运算。

二、函数参数

形参变量

只有在被调用才分配内存单元，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，他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，输入等方法使参数获得确定值

def calc(x,y):    # x，y为形参
    val = x**y
    return val  

c = calc(2,3)  # 2,3为实参
print(c)

默认参数

默认参数可以不传，不传的时候用的就是默认值，如果传会覆盖默认值。

def person(name,sex='女'):   # sex为默认参数
    print(name,sex)

person('黄蓉')    # 黄蓉 女
person('郭靖',sex='男')    # 郭靖 男
person('小龙女')   # 小龙女 女
person('杨过',sex='男')    # 杨过 男

关键参数

正常情况下，给函数传参数要按顺序，不想按顺序就可以用关键参数，只需指定参数名即可（指定了参数名的参数就叫关键参数），但记住一个要求就是，关键参数必须放在位置参数（以位置顺序确定对应关系的参数）之后

def person(name,book,age=22,sex='女'):   
    print(name,book,age,sex)

# 调用可以这样
person('黄蓉','射雕',)    
person('郭靖',age=23,book='射雕',sex='男')    
# 不可以这样
person('小龙女',sex='女','神雕')   
person('杨过','神雕',book='神雕',sex='男')  

非固定参数

若函数定义时不确定用户想传入多少参数，就可以使用非固定参数

def person(name,age,*args):
    print(name,age,args)

person('黄药师',66) # 输出结果：“黄药师 66 ()” 后面这个（）就是args，只是因为没传值，所以为空
person('欧阳锋',66,'西毒','蛤蟆功') # 输出结果 ： “ 欧阳锋 66 （'西毒'，'蛤蟆功'）”

还有一个**kwargs

def person(name,age,*args,**kwargs):
    print(name,age,args,kwargs)

person('黄药师',66) # 输出结果：“黄药师 66 () {}” 后面这个{}就是kwargs，只是因为没传值，所以为空
person('欧阳锋',66,'西毒','蛤蟆功',son='欧阳锋',region='白驼山') # 输出结果 ： “ 欧阳锋 66 ('西毒', '蛤蟆功') {'son': '欧阳锋', 'region': '白驼山'}”

三、返回值

函数外部的代码要想获取函数的执行结果，就可以在函数里用return语句把结果返回

def person(name,wife,skill,book):
    charater = "姓名:{},妻子:{},武功:{},出自《{}》".format(name,wife,skill,book)
    return charater
new_person = person("杨过","小龙女","黯然销魂掌","神雕侠侣")
print(new_person)   # 姓名:杨过,妻子:小龙女,武功:黯然销魂掌,出自《神雕侠侣》

注意：函数在执行过程中只要遇到return语句，就会停止执行并返回结果，也可以理解为return语句代表着函数的结束；如果未在函数中指定return，那么这个函数的返回值为None

四、全局与局部变量

name = "杨过"
def person(name):
    print("一见{}误终身".format(name))   # 一见杨过误终身

    name = "郭襄"
    print("里面的name:",name)  # 里面的name: 郭襄

person(name)

print("外面的name:",name)  # 外面的name: 杨过

book_name = "侠客行"
def book():
    book_name = "连城诀"
    print(book_name)    # 连城诀

book()

• 在函数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，局部变量的作用域是定义该变量的函数

• 当全局变量与局部变量同名时，在定义局部变量的函数内，局部变量起作用；在其他地方全局变量起作用。

作用域

作用域（scope），程序设计概念，通常来说，一段程序代码中所用到的名字并不总是有效的/有用的，而限定这个名字的可用性的代码范围就是这个名字的作用域

name = '小昭'
def person():
    global name
    name = "赵敏"
    print("函数内部的name：",name)    # 函数内部的name： 赵敏
person()
print("外部的name",name)   # 外部的name 赵敏

global name的作用就是要在函数里声明全局变量name，意味着最上面的name="小昭"即使不写，程序最后面的print也可以打印name

五、嵌套函数

name = "东邪"

def person():
    name = "西毒"

    def person2():
        name = "南帝"
        print("第三层name:",name)

    person2() # 调用内层函数
    print("第二层name:",name)

person()
print("最外层name:",name)

#输出结果：
# 第三层name: 南帝
# 第二层name: 西毒
# 最外层name: 东邪

六、匿名函数

匿名函数就是不需要显示的指定函数名

def calc(x,y):
    return x**y
print(calc(2,3))
# 换成匿名函数
calc = lambda x,y:x**y
print(calc(2,3))

匿名函数主要和其他函数搭配使用：

res = map(lambda x:x**2,[1,3,5,7])
for i in res:
    print(i)
# 输出结果：
# 1
# 9
# 25
# 49

七、高阶函数

变量可以指向函数，函数的参数能接受变量，那么一个函数就可以接收另一个函数作为参数，这种函数就称之为高阶函数

def add(x,y,f):
    return f(x) + f(y)
res = add(3,-3,abs)
print(res)  # 6

只需满足以下任意一个条件，即使高阶函数

• 接受一个或多个函数作为输入

• return返回另外一个函数

八、递归

在函数内部，可以调用其他函数。如果一个函数在内部调用自身，这个函数就是递归函数

def factorial(n):
    if n==1:
        return 1
    else:
        return n * factorial(n-1)

print(factorial(5))  # 输出结果120 

把计算过程中，参数变量的值通过 print 语句显示出来看一下：

def factorial(n):
    print(n)
    if n==1:
        return 1
    else:
        return n * factorial(n-1)

factorial(5)

输出结果：

这意味着 print 语句被执行了 5 次，同时也意味着函数被调用了 5 次。继续通过 print 语句把每次通过 return 语句计算的结果也显示出来

def factorial(n):
    if n==1:
        print(1)
        return 1
    else:
        current = n * factorial(n-1)
        print(current)
        return current
factorial(5)

输出结果：

这个结果意味着，每次调用函数都会进行一次计算，并且将计算结果通过 return 语句返回。

示意图：

上方 5 个色块，是代码调用了 5 此函数。 每次调用函数都会创建新的命名空间，可以理解为程序执行了 5 个同名的函数。 既然执行了 5 个函数，就有参数传入和返回结果的过程。 

调用函数时，参数传入的过程：

• 函数首次调用时，参数 n 的值为 5；

• 首次调用函数的 return 语句中，进行了第二次调用函数，并设置参数为 n-1；所以， 在第二次调用的函数中，参数 n 的值变成了 4；

• 以此类推，直至终止调用函数自身为止。

接下来，再来看返回函数执行结果的过程：

• 程序调用 5 次函数的同时，进行了参数的传入，第 5 次调用时，参数 n 的值是 1,；此 时，参数数值满足 n == 1 的条件，不再继续调用函数自身，通过 return 语句返回值， 也就是 1；

• 当 1 这个值被返回，程序回到了倒数第 2 次函数调用的 return 语句，此时语句中对函 数的最后一次调用变成了具体的值（1），和变量 n 相乘之后，作为返回值，再次返 回给倒数第 3 次函数调用的 return 语句中；

• 以此类推，直至返回到首次调用的函数为止。

递归特性：

1. 必须有一个明确你的结束条件

2. 每次进入更深一层递归时，问题规模相比上次递归都应有所减少

3. 递归效率不高，递归层次过多会导致栈溢出（在计算机中，函数调用是通过栈这种数据结构实现的，每当进入一个函数调用，栈就会加一层栈帧，每当函数返回，栈就会减一层栈帧。由于栈的大小不是无限的，所以，递归调用的次数过多，会导致栈溢出）

递归实际应用：二分查找

data = [1,3,6,8,9,11,15,19,20,22,26,30,33,38]
def binary_search(datalist, find_num):
    print(datalist)
    if len(datalist) > 1:
        mid = int(len(datalist)/2)
        if datalist[mid] == find_num:
            return "找到数字%s" % datalist[mid]
        elif datalist[mid] > find_num:  # 找的数在mid的左边
            print("找到数在mid[%s]左边" % datalist[mid])
            return binary_search(datalist[:mid],find_num)
        else:    # 找的数在mid的右边
            print("找到数在mid[%s]右边" % datalist[mid])
            return binary_search(datalist[mid+1:], find_num)
    else:
        if datalist[0] == find_num:
            return "找到数字%s" % datalist[0]
        else:
            return "要找的数字%s不在列表中"% find_num

print(binary_search(data, 3))

九、名称空间

名称空间又称name space，顾名思义就是存放名字的地方，存什么名字呢？举例说明，若变量x=1,1存放于内存中，那名字x存放在哪呢？名称空间正是存放名字x与1绑定关系的地方。

名称空间共3种，分别如下：

• locals: 是函数内的名称空间，包括局部变量和形参

• globals：全局变量，函数定义所在模块的名字空间

• builtins：内置模块的名字空间

不同变量的作用域不同就是由这个变量所在的命名空间决定的。

作用域范围：

• 全局范围：全局存活，全局有效

• 局部范围：临时存活，局部有效

查看作用域方法globals(), locals()

作用域查找顺序

level = "L0"
n = 11


def func():
    level = "L1"
    n = 22
    print("func:", locals())


    def outer():
        n = 33
        level = "L2"
        print("outer:", locals())


        def inner():
            level = 'L3'
            print("inner:", locals(), n)
        inner()
    outer()

func()

输出结果：

LEGB代表名字查找顺序：locals -> enclosing function -> globals -> __builtins__

• locals: 是函数内的名称空间，包括局部变量和形参

• enclosing：外部嵌套函数的名字空间

• globals：全局变量，函数定义所在模块的名字空间

• builtins：内置模块的名字空间