Python 學習 第七篇：函數1（定義、調用和變量的做用域）

函數是把一些語句集合在一塊兒的程序結構，用於把複雜的流程細分紅不一樣的組件，可以減小代碼的冗餘、代碼的複用和修改代碼的代價。

函數能夠0個、1個或多個參數，向函數傳遞參數，能夠控制函數的流程。函數還能夠返回代碼執行的結果，從技術上講，任何函數都要返回結果，一個沒有返回值的函數會自動返回none對象。若是調用者須要函數返回結果，須要顯式使用return語句。

一，函數的定義

Python使用def 語句將建立一個函數對象，並將其賦值給一個變量名，()內是函數的參數，參數經過賦值向參數傳值。

def fun_name (arg1,age2...): fun_body

return語句表示函數調用的結束，並把結果傳遞給調用者。return語句是可選的，若是它沒有出現，那麼函數將會在控制流執行完函數主體時結束。

1，def是可執行的語句

def語句是實時執行的，不只def語句，Python中的全部語句都是實時運行的，並無獨立的編譯時間。def語句是一個可執行的語句，在def執行前，函數並不存在，直到def語句執行以後，函數才被建立。

2，函數是一個對象，函數名是變量

def語句是一個賦值語句，函數是一個對象，函數名是一個變量，def語句設置函數名和函數對象的引用。

當def語句運行的時候，它建立了一個新的函數對象，並將其賦值給一個變量名。

3，參數是經過賦值傳遞的

Python經過賦值（=）把參數傳遞給函數，這和普通的賦值語句（a=1，或a=b)的行爲是相同。當傳遞常量給參數時，參數引用的是一個全新的對象；當傳遞變量給參數，參數和變量是對象的共享引用。

4，函數是能夠嵌套的

一個def是一個語句，能夠出如今任一語句能夠出現的地方，甚至嵌套在其餘的語句中。這就是說，函數內部能夠嵌套函數的定義，例如：

def times(x,y): z=x*y def print_result(): print(z) print_result()

函數 print_result()是一個嵌入函數，定義在函數times(x,y)以內。

實際上，Python的函數是有層次結構，最外層的def是頂層函數，在頂層函數內部定義的函數是嵌套函數。

二，函數的調用 

函數經過表達式調用，傳入一些值，並返回結果。函數調用的格式是：函數名 + (args)，小括號中是傳遞給參數的變量或值，例如：

func_name(var1,var2...)

若是函數存在返回值，使用變量來接收函數的返回值：

ret_value=fun_name(var1,var2...)

在調用函數時，函數的行爲依賴於類型，這是由於函數是語句的集合，語句包含操做符，而操做符的行爲是依賴於類型的，

例如，函數times返回兩個參數的乘積，當傳入數字時，函數 times(2,4) 返回8，* 的做用是計算乘積；當傳入字符類型時，函數 times('ab',2) 返回'abab'，*號的做用是重複字符串。換句話說，函數times()的做用取決於傳遞給它的值。

def times(x,y): return x *y

調用函數時，這種依賴於類型的行爲稱爲多態，就是說，一個操做的做用取決於操做對象的類型。函數的多態性，使得函數能夠自動適用於全部類別的對象類型。

若是傳給函數的對象有預期的方法和表達式操做符，那麼函數就兼容對象。若是傳遞的對象不支持預期的接口，Python會在 * 表達式運行時檢測到錯誤，並自動拋出一個異常。

這種特性，使得Python代碼不該該關心特定的類型，函數應該爲對象編寫接口，而不是數據類型。固然，這種多態的編程模型意味着：必須測試代碼去檢測執行結果是否錯誤，而不是編寫代碼進行類型檢查。

三，變量的做用域

在Python代碼中變量無處不在，命名空間就是保存變量名的地方，變量名可以訪問（可見）的命名空間叫作做用域。

當在程序中使用變量名時，Python建立、改變或者查找變量都是在命名空間中進行的，變量名被賦值的位置決定了變量名可以被訪問的範圍。

1，變量的分類

Python中的變量在第一次被賦值時建立，而且必須通過賦值後才能使用。因爲沒有變量的聲明，Python把變量名被賦值的地點關聯爲（綁定爲）一個特定的命名空間。

根據變量的命名空間，把變量大體分爲三類：

• 模塊是全局命名空間，其名稱是模塊文件的名稱，位於模塊內的頂層函數名和變量名叫作全局變量。
• 函數是局部命名空間，其名稱是函數的名稱，位於函數內的函數名和變量名叫作本地變量。
• 因爲一個函數能夠嵌套在其餘函數內，這使得函數的定義具備層次。咱們把一個不在本函數內定義的、而是在上層函數中定義的本地變量叫作非本地變量，也就是，這個變量不是當前函數的本地變量，而是上層函數的本地變量。

2，變量的做用域

變量的做用域是指變量可見的範圍，一個變量的做用域老是由變量被賦值的地方決定的，也就是說，變量被賦值的地方決定了變量可見的範圍。

• 若是一個變量賦值的地點是在def以內，那麼該變量是本地變量，做用域在def以內，在def以外，本地變量是不可見的。
• 若是一個變量賦值的地點是在def以外，那麼該變量是全局變量，做用域是全局的，在函數內能夠引用全局變量。

在默認狀況下，一個函數的全部變量名都是與函數的命名空間相關聯的：

• 一個在def內定義的變量名只能被def的代碼使用，不能在函數的外部調用該變量名；
• def中的變量名與def以外的變量名並不衝突，一個在def以外被賦值的變量x和在def中被賦值的變量x是不一樣的變量。

因爲變量能夠在三個地方分配，那麼變量的做用域實際上分爲三類：

• 若是一個變量是在def以內賦值，變量可見範圍是在函數內，變量的做用域是本地（local）；
• 若是一個變量是在def以內賦值，對該函數中嵌套的函數來講，該變量的做用域是非本地的（nonlocal），或稱做嵌套（enclosed）做用域；
• 若是一個變量是在def以外賦值，變量可見的範圍是整個模塊，變量的做用域是全局（global）。

3，做用域法則

全部變量名均可以概括爲內置的（builtin）、全局的（global）和本地的（local）。

內置的模塊是Python預先定義好，能夠直接引用的。

模塊定義的是全局做用域，全局做用域的做用範圍僅限於單個模塊（文件），也就是說，在一個文件的頂層的變量名對於這個文件內部的代碼而言是全局的。

在默認狀況下，在函數內部，賦值的變量名除非聲明爲全局變量或非本地變量以外，都是本地做用域內的。函數還定義了嵌套的做用域，使其內部使用的變量名本地化，以便函數內部使用的變量名不會與函數外的變量名衝突。每次對函數的調用都會建立一個新的本地做用域。若是須要給一個嵌套的def中的變量名賦值，從Python 3.0開始，可使用 nonlocal語句聲明來作到。

注意：模塊頂層的函數名是全局變量，函數內部的def定義的是局部變量；函數的參數是本地變量；一個函數內部的任何類型的賦值都會把一個變量劃定爲本地的，這意味着，函數內部的賦值（=）語句，def語句等，定義的都是本地變量。

4，變量名解析（LEGB原則）

變量名的解析聽從LEGB原則，當引用一個變量時，Python按照如下順序依次進行查找：從本地變量中、在任意上層函數的做用域、在全局做用域，最後在內置做用域中查找。

LEGB法則解析變量名的詳細機制：

• 當在函數中引用變量名時，Python依次搜索4個做用域：本地做用域（L），而後是上一層結構中def的本地做用域（E），再而後是全局做用域（G），最後是內置做用域（B），而且再第一處可以找到該變量名的地方停下來。若是變量名再此次搜索中沒有找到，Python會報錯。
• 當在函數中給一個變量名賦值時（而不是在一個表達式中對其進行引用），Python老是建立或改變本地做用域的變量名，除非它已經在當前函數中聲明爲全局變量（global）或者非本地變量（nonlocal）。

把嵌套做用域定義爲：在當前的def語句以外，在頂層def語句以內的做用域，嵌套做用域的解析細節：

• 對變量x的引用，首先在當前函數內查找變量名x；以後會向上層的函數中查找變量名x，從內向外依次查找嵌套做用域；以後查找當前的全局做用域（模塊）；最後再到內置做用域內查找。而全局聲明將會直接從全局做用域（模塊）進行搜索。
• 對變量x的賦值，若是變量x在函數內部聲明爲全局變量（global x），那麼賦值會修改全局變量x的值；若是變量x在函數內被聲明爲非本地變量（nonlocal x），那麼賦值會修改最近的嵌套函數的本地做用域內的變量x的值。

5，在函數內引用全局變量

global不是聲明一個類型，而是聲明命名的命名空間是全局的，也就是說，告訴函數打算聲明一個或多個全局變量名。

對於全局變量名，這裏對用法做一個總結：

• 全局變量是位於模塊內部頂層的變量名；
• 若是要在函數內對全局變量進行賦值，那麼必須聲明該變量是全局的；
• 全局變量名在函數的內部能夠直接引用。

例如，x是全局變量，在函數func中使用global 聲明x是全局變量，對x賦值，就是修改全局變量的值：

x=11
def func(): global x x=12

使用global語句把變量聲明爲全局變量，這樣，在函數內部就能夠修改全局變量的值，也就是說，global語句容許在def中修改全局變量的值。

global語句包含了關鍵字global，其後跟着一個或多個由逗號分開的變量名，當在函數內被賦值或引用時，全部列出來的變量都被映射到全局變量名。

global x,y,z

6，在函數內引用上層的非本地變量

Pytho 3.0 引入了nonlocal語句，用於在一個函數內聲明一個非本地的變量，該變量定義於一個def語句中，而且位於嵌套做用域的上層。

例如，函數foo1定義了變量var1和var2，要想在函數foo2中改變它們的值，必須在foo2中使用nonlocal語句把它們聲明爲非本地變量：

def foo1: var1=1 var2=2 ... def foo2: nonlocal var1,var2,.. 

nonlocal語句是一個聲明語句，用於把函數內的變量聲明爲非本地變量。非本地變量是指不在本函數內定義的，而是在上層函數中定義的本地變量。

nonlocal語句的用法解析：

• nonlocal語句徹底忽略當前函數的本地做用域，這意味着，nonlocal語句使得對該語句列出的名稱的查找從上層函數的做用域開始，而不是從語句聲明的本地做用域開始。
• nonlocal語句列出的名稱，必須在一個嵌套的def中提早定義過，不然，Python將會產生一個錯誤，也就是說，nonlocal語句聲明的變量只能是def中定義的本地變量，而不能是模塊的全局變量。
• nonlocal語句容許對非本地變量賦值，修改其值。
• 在內嵌的函數中，能夠直接引用非本地變量，不須要使用nonlocal語句聲明。

nonlocal語句提供了一種方式，使得嵌套的函數可以提供可寫的狀態信息，以便在隨後調用嵌套的函數時，可以記住這些信息。簡而言之，nonlocal語句的引入使得Python容許修改非本地變量。

四，閉合函數

Python的閉合函數是指一個可以記住嵌套做用域的變量值的函數，儘管那個做用域已經不存在了。

例如，建立一個閉合函數maker，該函數生成並返回一個嵌套函數action，卻並調用這個內嵌的函數。

def maker(x): def action(y): return x*y return action

調用閉合函數，獲得的是生成的內嵌函數的一個引用。當咱們調用閉合函數，它會返回內嵌函數的引用；當調用內嵌函數action時，咱們發現儘管閉合函數已經返回並退出，可是，內嵌函數記住了閉合函數內部的變量x的值。

f=maker(2) f(3)

也就是說，閉合函數的本地做用域的信息被保留了下來。爲了可以在內嵌的def中使用變量x的值，Python自動記住了所須要的上層做用域的任意值。

注意：若是lambda或者def在函數中定義，嵌套在一個循環之中，而且嵌套的函數引用了一個上層做用域的變量，該變量被循環所改變，全部在這個循環中產生的函數將會由相同的值——在最後一次循環中完成時被引用變量的值。 

>>> def maker(): ... acts=[] ... for i in range(5): ... acts.append(lambda x:i**x) ... return acts ... >>> acts=maker() >>> acts[0](2) 16

由於嵌套做用域中的變量在嵌套的函數被調用時才進行檢查，因此，它們實際上記住的是一樣的值（在最後一次循環迭代中循環變量的值）。

也就是說，只有當調用acts[0](2)時，採起檢查變量i的值，此時變i的值是最後一次迭代的值4。要解決這類問題，必須在函數maker調用時，對i的值進行評估，並保存起來。

>>> def maker(): ... acts=[] ... for i in range(5): ... acts.append(lambda x, i=i : i**x) ... return acts

爲了讓這類代碼可以工做，必須使用默認參數把當前的值傳遞給嵌套做用域的變量。由於默認參數是在嵌套函數建立時評估的（而不是其稍後調用時），因此，每個函數都記住了本身的變量 i 的值。

 

參考文檔：

原文出處：https://www.cnblogs.com/ljhdo/p/10104834.html