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  • 10分钟学会Python函数基础知识

     

    看完本文大概需要8分钟,看完后,仔细看下代码,认真回一下,函数基本知识就OK了。最好还是把代码敲一下。
    PS特别注意:很多人学Python过程中会遇到各种烦恼问题,没有人帮答疑容易放弃。为此小编建了个Python全栈免费答疑.裙 :七衣衣九起起巴而五(数字的谐音)转换下可以找到了,不懂的问题有老司机解决里面还有最新Python教程项目可拿,,一起相互监督共同进步!

    一、函数基础

    简单地说,一个函数就是一组Python语句的组合,它们可以在程序中运行一次或多次运行。Python中的函数在其他语言中也叫做过程或子例程,那么这些被包装起来的语句通过一个函数名称来调用。

    有了函数,我们可以在很大程度上减少复制及粘贴代码的次数了(相信很多人在刚开始时都有这样的体验)。我们可以把相同的代码可以提炼出来做成一个函数,在需要的地方只需要调用即可。那么,这样就提高了代码的复用率了,整体代码看起来比较简练,没有那么臃肿了。

    函数在Python中是最基本的程序结构,用来最大化地让我们的代码进行复用;与此同时,函数可以把一个错综复杂的系统分割为可管理的多个部分,简化编程、代码复用。

    接下来我们看看什么是函数,及函数该如何定义。有两种方式可以进行函数的定义,分别是deflambda关键字。

    1. 函数定义

    先总结一下为什么要使用函数?

    代码复用最大化及最小化冗余代码;

    过程分解(拆解)。把一个复杂的任务拆解为多个小任务。

    函数定义的语法为:

    def func_name(arg1, arg2, arg3, ..., argN):
        statement
        return value
    

    根据上面定义,可以简单地描述为:Python中的函数是具有0个或多个参数,具有若干行语句并且具有返回值(返回值可有可无)的一个语句块(注意缩进)。

    那么我们就定义一个比较简单的函数,该函数没有参数,进入ipython交互式环境:

    In[1]: def hello():
      ...:    print('Leave me alone, the world')
      ...:
    

    调用(执行)该函数:

    In[2]: hello()
    Leave me alone, the world
    

    我们发现hello()函数并没有return语句,在Python中,如果没有显式的执行return语句,那么函数的返回值默认为None

    我们说过,定义函数有两种形式,另外一种形式是使用lambda来定义。使用lambda定义的函数是匿名函数,这个我们在后面的内容进行讲解,这里暂且不表。

    二、函数参数

    定义函数的时候,我们把参数的名字和位置确定下来,函数的接口定义就完成了。对于函数的调用者来说,只需要知道如何传递正确的参数,以及函数将返回什么样的值就够了,函数内部的复杂的逻辑被封装起来,调用者无需了解。

    Python的函数定义非常简单,但灵活度却非常大。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。

    1. 默认参数

    默认参数使得API简洁,但不失灵活性。当一个参数有默认值时,调用时如果不传递此参数时,会使用默认值。

    def inc(init, step=1):
        return init + step
    # 调用一下这个函数
    >>> inc(3)
    4
    >>> inc(3, 2)
    5
    

    默认参数有一个坑,就是非默认参数要放到默认参数的前面(不然Python的解释器会报语法错误)。允许有多个默认参数,但默认参数需要放在参数列表的最后面。

    def append(x, lst=[]):
        return lst.append(x)
    

    此函数有问题。(函数中的形参是全局变量?lstappend函数中叫lst,但在全局作用域中,我们不知道lst具体叫什么名字。)

    修改之后的函数为:

    def append(x, lst=None):
        if lst is None:
            lst = []
        lst.append(x)
        return lst
    

    通常来说,当默认参数是可变的时候,需要特别注意作用域的问题,我们需要上述的技巧(不可变的数据类型是值传递,可变的数据类型是引用传递。)。目前可变的对象为listdictsetbytearray

    默认参数很有用,但使用不当,也会掉坑里。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
    

    当我们正常调用时,结果似乎不错:

    >>> add_end([1, 2, 3])
    [1, 2, 3, 'END']
    >>> add_end(['x', 'y', 'z'])
    ['x', 'y', 'z', 'END']
    

    当我们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']
    

    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!

    要修改上面的例子,我们可以用None这个不变对象来实现:

    def add_end(L=None):
        if L is None:
            L = []
        L.append('END')
        return L
    

    为什么要设计strNone这样的不变对象呢?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。

    2. 位置参数

    我们先写一个计算x^2的函数:

    def power(x):
        return x * x
    

    对于power(x)函数,参数x就是一个位置参数。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x^3怎么办呢?可以再定义一个power3函数,但是如果要计算x^4x^5x^n,怎么办?我们不可能定义无限多个函数,我们可以把power(x)修改为power(x, n),用来计算x^n,说写就写:

    def power(x, n):
        s = 1
        while n > 0:
            n = n - 1
            s = s * x
        return s
    

    3. 关键字参数

    可变参数允许我们传入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。示例如下:

    def person(name, age, **kwargs):
        print('name:', name, 'age:', age, 'other:', kwargs)
    

    函数person除了必选参数nameage外,还接受关键字参数kwargs。在调用该函数时,可以只传入必选参数:

    >>> person('LavenLiu', 25)
    name: LavenLiu age: 25 other: {}
    

    也可以传入任意个数的关键字参数:

    >>> person('LavenLiu', 25)
    name: LavenLiu age: 25 other: {}
    
    >>> person('Taoqi', 25, city='Hebei')
    name: Taoqi age: 25 other: {'city': 'Hebei'}
    
    >>> person('James', 31, gender='M', job='NBA player')
    name: James age: 31 other: {'gender': 'M', 'job': 'NBA player'}
    

    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nameage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:

    >>> kwargs = {'city': 'Hebei', 'job': 'Test'}
    
    >>> person('Taoqi', 25, **kwargs)
    name: Taoqi age: 25 other: {'city': 'Hebei', 'job': 'Test'}
    

    4. 位置参数和关键字参数

    位置参数和关键字参数是函数调用时的概念。

    当默认参数和关键字参数结合起来用的时候,很有用。

    关键字参数必须写在位置参数之后,否则会抛出语法错误。

    def minus(x, y):
        return x - y
    
    minus(3, 5) # 位置参数,位置传参
    minus(5, 3) # 位置参数,位置传参
    minus(x=5, y=3) # 关键字参数,关键字传参
    minus(y=3, x=5) # 关键字参数,关键字传参
    

    位置参数和关键字参数可以共存,但是关键字参数必须写到位置参数之后。

    5. 可变位置参数

    可变位置参数用*定义,在函数体内,可变位置参数是一个元组。

    可变位置参数。

    In[1]: def fn(*args):
       ...:     print(args)
       ...:     
    
    In[2]: fn((1, 2, 3, 4))
    ((1, 2, 3, 4),)
    
    In[3]: tup01 = (1, 2, 3, 4)
    
    In[4]: fn(tup01)
    ((1, 2, 3, 4),)
    
    In[5]: fn(*tup01)
    (1, 2, 3, 4)
    

    python的函数中,还可以定义可变参数。可变参数就是传入的参数个数是可变的。

    In[6]: def cacl(*numbers):
       ...:     sum = 0
       ...:     for n in numbers:
       ...:         sum = sum + n * n
       ...:     return sum
       ...: 
    
    In[7]: nums = [1, 2, 3]
    
    In[8]: cacl(*nums) # 这里如果不在nums前面加*,有问题吗?
    Out[8]: 14
    

    6. 可变关键字参数

    可变关键字参数使用**定义,在函数体内,可变关键字参数是一个字典。可变关键字参数的key都是字符串,并且符合标识符定义规范。

    def fn(**kwargs):
        print(kwargs)
    
    dict01 = {'name': 'Laven Liu', 'age': 29}
    fn(**dict01)
    # fn(dict01)
    fn(name='Laven Liu', age=29)
    
    {'name': 'Laven Liu', 'age': 29}
    {'name': 'Laven Liu', 'age': 29}
    

    可变位置参数只能以位置参数的形式调用

    可变关键字参数只能以关键字参数的形式调用

    可变位置参数必须在可变关键字参数之前

    In[18]: def fn(*args, **kwargs):
        ...:     print(args)
        ...:     print(kwargs)
        ...:     
    
    In[19]: fn(1, 2, 3, a=1, b=2)
    (1, 2, 3)
    {'a': 1, 'b': 2}
    
    In[20]: def fn(*args, x, y):
        ...:     print(args)
        ...:     print(x, y)
        ...:     
    
    In[21]: fn(1, 2, 3, 4)
    ---------------------------------------------------------------------------
    TypeError                                 Traceback (most recent call last)
    <ipython-input-21-0ab4fbc96a17> in <module>()
    ----> 1 fn(1, 2, 3, 4)
    
    TypeError: fn() missing 2 required keyword-only arguments: 'x' and 'y'
    
    In[22]: fn(1, 2, x=3, y=4)
    (1, 2)
    3 4
    

    可变参数后置

    可变参数不和默认参数一起出现

    7. 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, **kwargs):
    ...    print('a =', a, 'b =', b, 'c =', c, 'args = ', args, 'kwargs = ', kwargs)
    

    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 =  () kwargs =  {}
    >>> func(1, 2, c=3)
    a = 1 b = 2 c = 3 args =  () kwargs =  {}
    >>> func(1, 2, 3, 'a', 'b')
    a = 1 b = 2 c = 3 args =  ('a', 'b') kwargs =  {}
    >>> func(1, 2, 3, 'a', 'b', x=99)
    a = 1 b = 2 c = 3 args =  ('a', 'b') kwargs =  {'x': 99}
    >>>
    

    最神奇的是通过一个tupledict,我们也可以调用该函数:

    >>> args = (1, 2, 3, 4)
    >>> kwargs = {'x': 99}
    >>> func(*args, **kwargs)
    a = 1 b = 2 c = 3 args =  (4,) kwargs =  {'x': 99}
    

    所以,对于任意函数,都可以通过类似func(*args, **kwargs)的形式调用它,无论它的参数是如何定义的。

    8. 参数解构

    参数解构发生在函数调用时,可变参数发生函数定义的时候。参数解构分为两种形式,一种是位置参数解构,另一种是关键字参数解构。

    参数结构的两种形式:

    位置参数解构,使用一个星号。解构的对象为可迭代对象,解构的结果为位置参数。

    关键字参数解构,使用两个星号。解构的对象为字典,解构的结果为关键字参数。

    位置参数解构的一个例子:

    In[23]: def fn(a, b, c):
        ...:     print(a, b, c)
        ...:     
    
    In[24]: lst = [1, 2, 3]
    
    In[25]: fn(lst[0], lst[1], lst[2])
    1 2 3
    
    # 也可以进行如下形式的调用
    
    In[26]: fn(*lst)  # 这种做法就叫参数解构
    1 2 3
    
    # *号可以把线性结构解包成位置参数
    
    lst = [1, 2, 3, 4]
    fn(*lst) # -> fn(lst[0], lst[1], lst[2], lst[3])
    TypeError: fn() takes 3 positional arguments but 4 were given
    
    # 这里就报错了,本来这个函数只能接收3个位置参数,lst有四个元素,通过参数解构之后,就变成了4个参数,所以就报错了。
    

    接下来看字典解构的例子:

    In[27]: d = {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3}
    
    In[28]: fn(**d)
    1 2 3
    # **可以把字典解构成关键字参数
    

    参数解构发生在函数调用时。解构的时候,线性结构的解构是位置参数,字典解构是关键字参数。

    传参的顺序:位置参数,线性结构解构;关键字参数,字典解构。尽量的少的同时使用两种解构,除非你真的知道在做什么。

    In[29]: def fn(a, b, c, d):
        ...:     print(a, b, c, d)
        ...:     
    
    In[30]: fn(0, *[2], c=1, **{'d': 3})
    0 2 1 3
    9. 参数槽(keyword-only参数)
    Python3中引入的。
    
    def fn(a, b, c):
        print(a, b, c)
    
    fn(a=1, b=2, c=3)
    

    如果要强制传入的参数为关键字参数:

    def fn(*, a, b, c):
        print(a, b, c)
    
    >>> fn(1, 2, 3)
    Traceback (most recent call last):
      File "<pyshell#17>", line 1, in <module>
        fn(1, 2, 3)
    TypeError: fn() takes 0 positional arguments but 3 were given
    
    >>> fn(a=1, b=2, c=3)
    1 2 3
    # *之后的参数,必须以关键字参数的形式传递,称之为参数槽。
    

    参数槽通常和默认参数搭配使用。

    >>> def fn(a, b, *, x, y):
        print(a, b)
        print(x, y)
    >>> fn(1, 2, 3, 4)
    Traceback (most recent call last):
      File "<pyshell#23>", line 1, in <module>
        fn(1, 2, 3, 4)
    TypeError: fn() takes 2 positional arguments but 4 were given
    >>> fn(1, 2, x=3, y=4)
    1 2
    3 4
    >>> fn(1, 2, **{'x': 3, 'y': 4})
    1 2
    3 4
    
    def fn(a, b, *):
        print(a, b)
    
    def fn(a, b, *):
    ...    print(a, b)
    File "<stdin>", line 1
    SyntaxError: named arguments must follow bare *
    

    几个例子:

    def fn01(*, x=1, y=5):
        print(x)
        print(y)
    >>> fn01()
    1
    5
    
    def fn02(x=1, *, y):
        print(x)
        print(y)
    >>> fn02(y=3)
    1
    3
    

    参数槽之坑:

    *之后必须有参数

    非命名参数有默认值时,命名参数可以没有默认值

    默认参数应该在每段参数的最后

    使用参数槽时,不能使用可变位置参数,可变关键之参数必须放在命名参数之后

    三、高级用法

    1. 递归函数

    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本身,这个函数就是递归函数。

    def fact(n):
       if n==1:
           return 1
       return n*fact(n-1)
    

    使用递归函数的优点是逻辑简单清晰,缺点是过深的调用会导致栈溢出。

    针对尾递归优化的语言可以通过尾递归防止栈溢出。尾递归事实上和循环是等价的,没有循环语句的编程语言只能通过尾递归实现循环。

    2. 匿名函数 lambda

    python 使用lambda 来创建匿名函数。

    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函数拥有自己的名字空间,且不能访问自有参数列表之外或全局名字空间里的参数。

    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。

    fib = lambda n,x=0,y=1:x if not n else fib(n-1,y,x+y)
    print(fib(20))
    

    3. Python函数中的多态

    一个操作的意义取决于被操作对象的类型:

    def times(x,y):
      return x*y
    
    >>>times(2,4)
    >>>8
    
    
    times('Python',4) # 传递了与上不同的数据类型 'PythonPythonPythonPython'
    

    四、总结

    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

    **kwargs是关键字参数,kwargs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kwargs传入:func({'a': 1, 'b': 2})

    使用*args和 **kwargs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。

    注意:很多人学Python过程中会遇到各种烦恼问题,没有人帮答疑容易放弃。为此小编建了个Python全栈免费答疑.裙 :七衣衣九起起巴而五(数字的谐音)转换下可以找到了,不懂的问题有老司机解决里面还有最新Python教程项目可拿,,一起相互监督共同进步!
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