Python 函數基礎知識

            

1、函數基礎

簡單地說，一個函數就是一組Python語句的組合，它們能夠在程序中運行一次或屢次運行。Python中的函數在其餘語言中也叫作過程或子例程，那麼這些被包裝起來的語句經過一個函數名稱來調用。

有了函數，咱們能夠在很大程度上減小複製及粘貼代碼的次數了（相信不少人在剛開始時都有這樣的體驗）。咱們能夠把相同的代碼能夠提煉出來作成一個函數，在須要的地方只須要調用便可。那麼，這樣就提升了代碼的複用率了，總體代碼看起來比較簡練，沒有那麼臃腫了。

函數在Python中是最基本的程序結構，用來最大化地讓咱們的代碼進行復用；與此同時，函數能夠把一個錯綜複雜的系統分割爲可管理的多個部分，簡化編程、代碼複用。

接下來咱們看看什麼是函數，及函數該如何定義。有兩種方式能夠進行函數的定義，分別是def及lambda關鍵字。

1. 函數定義

先總結一下爲何要使用函數？

代碼複用最大化及最小化冗餘代碼；

過程分解（拆解）。把一個複雜的任務拆解爲多個小任務。

函數定義的語法爲：

deffunc_name(arg1, arg2, arg3, ..., argN):

statement

return value

根據上面定義，能夠簡單地描述爲：Python中的函數是具備0個或多個參數，具備若干行語句而且具備返回值（返回值無關緊要）的一個語句塊（注意縮進）。

那麼咱們就定義一個比較簡單的函數，該函數沒有參數，進入ipython交互式環境：

In[1]: defhello():

...: print('Leave me alone, the world')

...:

調用（執行）該函數：

In[2]: hello()

Leavemealone, theworld

咱們發現hello()函數並無return語句，在Python中，若是沒有顯式的執行return語句，那麼函數的返回值默認爲None。

咱們說過，定義函數有兩種形式，另一種形式是使用lambda來定義。使用lambda定義的函數是匿名函數，這個咱們在後面的內容進行講解，這裏暫且不表。

2、函數參數

定義函數的時候，咱們把參數的名字和位置肯定下來，函數的接口定義就完成了。對於函數的調用者來講，只須要知道如何傳遞正確的參數，以及函數將返回什麼樣的值就夠了，函數內部的複雜的邏輯被封裝起來，調用者無需瞭解。

Python的函數定義很是簡單，但靈活度卻很是大。除了正常定義的必選參數外，還可使用默認參數、可變參數和關鍵字參數，使得函數定義出來的接口，不但能處理複雜的參數，還能夠簡化調用者的代碼。

1. 默認參數

默認參數使得API簡潔，但不失靈活性。當一個參數有默認值時，調用時若是不傳遞此參數時，會使用默認值。

def inc(init, step=1):

return init + step

# 調用一下這個函數

>>> inc(3)

4

>>> inc(3, 2)

5

默認參數有一個坑，就是非默認參數要放到默認參數的前面（否則Python的解釋器會報語法錯誤）。容許有多個默認參數，但默認參數須要放在參數列表的最後面。

defappend(x, lst=[]):

return lst.append(x)

此函數有問題。（函數中的形參是全局變量？lst在append函數中叫lst，但在全局做用域中，咱們不知道lst具體叫什麼名字。）

修改以後的函數爲：

defappend(x, lst=None):

if lst isNone:

lst = []

lst.append(x)

return lst

一般來講，當默認參數是可變的時候，須要特別注意做用域的問題，咱們須要上述的技巧（不可變的數據類型是值傳遞，可變的數據類型是引用傳遞。）。目前可變的對象爲list，dict，set，bytearray。

默認參數頗有用，但使用不當，也會掉坑裏。默認參數有個最大的坑，演示以下：

先定義一個函數，傳入一個list，添加一個END再返回

defadd_end(L=[]):

L.append('END')

return L

當咱們正常調用時，結果彷佛不錯：

>>> add_end([1, 2, 3])

[1, 2, 3, 'END']

>>> add_end(['x', 'y', 'z'])

['x', 'y', 'z', 'END']

當咱們使用默認參數調用時，一開始結果也是對的：

>>> add_end()

['END']

可是，再次調用add_end()時，結果就不對了：

>>> add_end()

['END', 'END']

>>> add_end()

['END', 'END', 'END']

緣由解釋以下：

Python函數在定義的時候，默認參數L的值就被計算出來了，即[]，由於默認參數L也是一個變量，它指向對象[]，每次調用該函數，若是改變了L的內容，則下次調用時，默認參數的內容就變了，再也不是函數定義時的[]了。

因此，定義默認參數要牢記一點：默認參數必須指向不變對象！

要修改上面的例子，咱們能夠用None這個不變對象來實現：

defadd_end(L=None):

if L isNone:

L = []

L.append('END')

return L

爲何要設計str、None這樣的不變對象呢？由於不變對象一旦建立，對象內部的數據就不能修改，這樣就減小了因爲修改數據致使的錯誤。此外，因爲對象不變，多任務環境下同時讀取對象不須要加鎖，同時讀一點問題都沒有。咱們在編寫程序時，若是能夠設計一個不變對象，那就儘可能設計成不變對象。

2. 位置參數

咱們先寫一個計算x^2的函數：

def power(x):

return x * x

對於power(x)函數，參數x就是一個位置參數。當咱們調用power函數時，必須傳入有且僅有的一個參數x：

>>> power(5)

25

>>> power(15)

225

如今，若是咱們要計算x3怎麼辦呢？能夠再定義一個power3函數，可是若是要計算x四、x五、xn，怎麼辦？咱們不可能定義無限多個函數，咱們能夠把power(x)修改成power(x, n)，用來計算x^n，說寫就寫：

defpower(x, n):

s = 1

while n > 0:

n = n - 1

s = s * x

return s

3. 關鍵字參數

可變參數容許咱們傳入0個或任意個參數，這些可變參數在函數調用時自動組裝爲一個tuple。而關鍵字參數容許你傳入0個或任意個含參數名的參數，這些關鍵字參數在函數內部自動組裝爲一個dict。示例以下：

defperson(name, age, **kwargs):

print('name:', name, 'age:', age, 'other:', kwargs)

函數person除了必選參數name和age外，還接受關鍵字參數kwargs。在調用該函數時，能夠只傳入必選參數：

>>> person('LavenLiu', 25)

name: LavenLiu age:25other: {}

也能夠傳入任意個數的關鍵字參數：

>>> person('LavenLiu', 25)

name: LavenLiu age:25other: {}

>>> person('Taoqi', 25, city='Hebei')

name: Taoqi age:25other: {'city': 'Hebei'}

>>> person('James', 31, gender='M', job='NBA player')

name: James age:31other: {'gender': 'M', 'job': 'NBA player'}

關鍵字參數有什麼用？它能夠擴展函數的功能。好比，在person函數裏，咱們保證能接收到name和age這兩個參數，可是，若是調用者願意提供更多的參數，咱們也能收到。試想你正在作一個用戶註冊的功能，除了用戶名和年齡是必填項外，其餘都是可選項，利用關鍵字參數來定義這個函數就能知足註冊的需求。

和可變參數相似，也能夠先組裝出一個dict，而後，把該dict轉換爲關鍵字參數傳進去：

>>> kwargs = {'city': 'Hebei', 'job': 'Test'}

>>> person('Taoqi', 25, **kwargs)

name: Taoqi age:25other: {'city': 'Hebei', 'job': 'Test'}

4. 位置參數和關鍵字參數

位置參數和關鍵字參數是函數調用時的概念。

當默認參數和關鍵字參數結合起來用的時候，頗有用。

關鍵字參數必須寫在位置參數以後，不然會拋出語法錯誤。

defminus(x, y):

return x - y

minus(3, 5) # 位置參數，位置傳參

minus(5, 3) # 位置參數，位置傳參

minus(x=5, y=3) # 關鍵字參數，關鍵字傳參

minus(y=3, x=5) # 關鍵字參數，關鍵字傳參

位置參數和關鍵字參數能夠共存，可是關鍵字參數必須寫到位置參數以後。

5. 可變位置參數

可變位置參數用*定義，在函數體內，可變位置參數是一個元組。

可變位置參數。

deffn(*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)

在python的函數中，還能夠定義可變參數。可變參數就是傳入的參數個數是可變的。

In[6]: defcacl(*numbers):

...: sum = 0

...: for n in numbers:

...: sum = sum + n * n

...: return sum

...:

In[7]: nums = [1, 2, 3]

In[8]: cacl(*nums) # 這裏若是不在nums前面加*，有問題嗎？

Out[8]: 14

6. 可變關鍵字參數

可變關鍵字參數使用**定義，在函數體內，可變關鍵字參數是一個字典。可變關鍵字參數的key都是字符串，而且符合標識符定義規範。

deffn(**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}

可變位置參數只能以位置參數的形式調用

可變關鍵字參數只能以關鍵字參數的形式調用

可變位置參數必須在可變關鍵字參數以前

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)

34

可變參數後置

可變參數不和默認參數一塊兒出現

7. 參數組合

在Python中定義函數，能夠用必選參數、默認參數、可變參數和關鍵字參數，這4種參數均可以一塊兒使用，或者只用其中某些，可是請注意，參數定義的順序必須是： 必選參數、可變參數、默認參數和關鍵字參數

好比定義一個函數，包含上述4種參數：

>>> deffunc(a, b, *args, c=0, **kwargs):

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

在函數調用的時候，Python解釋器自動按照參數位置和參數名把對應的參數傳進去。

>>> func(1, 2)

a = 1 b = 2args = () c = 0 kwargs = {}

>>> func(1, 2, c=3)

a = 1 b = 2 args = () c = 3 kwargs = {}

>>> func(1, 2, 3, 'a', 'b')

a = 1 b = 2 args = (3, 'a', 'b') c = 0kwargs = {}

>>> func(1, 2, 3, 'a', 'b', x=99)

a = 1 b = 2 args = (3, 'a', 'b') c = 0 kwargs = {'x': 99}

>>>

最神奇的是經過一個tuple和dict，咱們也能夠調用該函數：

>>> args = (1, 2, 3, 4)

>>> kwargs = {'x': 99}

>>> func(*args, **kwargs)

a = 1 b = 2 args = (3, 4) c = 0kwargs = {'x': 99}

因此，對於任意函數，均可以經過相似func(*args, **kwargs)的形式調用它，不管它的參數是如何定義的。

8. 參數解構

參數解構發生在函數調用時，可變參數發生函數定義的時候。參數解構分爲兩種形式，一種是位置參數解構，另外一種是關鍵字參數解構。

參數結構的兩種形式：

位置參數解構，使用一個星號。解構的對象爲可迭代對象，解構的結果爲位置參數。

關鍵字參數解構，使用兩個星號。解構的對象爲字典，解構的結果爲關鍵字參數。

位置參數解構的一個例子：

In[23]: deffn(a, b, c):

...: print(a, b, c)

...:

In[24]: lst = [1, 2, 3]

In[25]: fn(lst[0], lst[1], lst[2])

123

# 也能夠進行以下形式的調用

In[26]: fn(*lst) # 這種作法就叫參數解構

123

# *號能夠把線性結構解包成位置參數

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

# 這裏就報錯了，原本這個函數只能接收3個位置參數，lst有四個元素，經過參數解構以後，就變成了4個參數，因此就報錯了。

接下來看字典解構的例子：

In[27]: d = {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3}

In[28]: fn(**d)

1 2 3

能夠把字典解構成關鍵字參數

參數解構發生在函數調用時。解構的時候，線性結構的解構是位置參數，字典解構是關鍵字參數。

傳參的順序：位置參數，線性結構解構；關鍵字參數，字典解構。儘可能的少的同時使用兩種解構，除非你真的知道在作什麼。

In[29]: deffn(a, b, c, d):

...: print(a, b, c, d)

...:

In[30]: fn(0, *[2], c=1, **{'d': 3})

0213

9. 參數槽(keyword-only參數)

Python3中引入的。

deffn(a, b, c):

print(a, b, c)

fn(a=1, b=2, c=3)

若是要強制傳入的參數爲關鍵字參數：

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)

123

以後的參數，必須以關鍵字參數的形式傳遞，稱之爲參數槽。

參數槽一般和默認參數搭配使用。

>>> 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)

12

34

>>> fn(1, 2, **{'x': 3, 'y': 4})

12

34

def fn(a, b, *):

print(a, b)

def fn(a, b, *):

... print(a, b)

File "<stdin>", line 1

SyntaxError: named arguments must follow bare *

幾個例子：

deffn01(*, x=1, y=5):

print(x)

print(y)

>>> fn01()

1

5

deffn02(x=1, *, y):

print(x)

print(y)

>>> fn02(y=3)

1

3

參數槽之坑：

以後必須有參數

非命名參數有默認值時，命名參數能夠沒有默認值

默認參數應該在每段參數的最後

使用參數槽時，不能使用可變位置參數，可變關鍵之參數必須放在命名參數以後

3、高級用法

1. 遞歸函數

在函數內部，能夠調用其餘函數。若是一個函數在內部調用自身自己，這個函數就是遞歸函數。

deffact(n):

if n==1:

return1

return n*fact(n-1)

使用遞歸函數的優勢是邏輯簡單清晰，缺點是過深的調用會致使棧溢出。

針對尾遞歸優化的語言能夠經過尾遞歸防止棧溢出。尾遞歸事實上和循環是等價的，沒有循環語句的編程語言只能經過尾遞歸實現循環。

2. 匿名函數 lambda

python 使用 lambda 來建立匿名函數。

lambda只是一個表達式，函數體比def簡單不少。

lambda的主體是一個表達式，而不是一個代碼塊。僅僅能在lambda表達式中封裝有限的邏輯進去。

lambda函數擁有本身的名字空間，且不能訪問自有參數列表以外或全局名字空間裏的參數。

雖然lambda函數看起來只能寫一行，卻不等同於C或C++的內聯函數，後者的目的是調用小函數時不佔用棧內存從而增長運行效率。

fib = lambda n,x=0,y=1:x ifnot n else fib(n-1,y,x+y)

print(fib(20))

3. Python函數中的多態

一個操做的意義取決於被操做對象的類型：

def times(x,y):

return x*y

>>>times(2,4)

>>>8

times('Python',4) # 傳遞了與上不一樣的數據類型 'PythonPythonPythonPython'

4、總結

Python的函數具備很是靈活的參數形態，既能夠實現簡單的調用，又能夠傳入很是複雜的參數。

默認參數必定要用不可變對象，若是是可變對象，運行會有邏輯錯誤！

要注意定義可變參數和關鍵字參數的語法：

args是可變參數，args接收的是一個tuple；

kwargs是關鍵字參數，kwargs接收的是一個dict。

以及調用函數時如何傳入可變參數和關鍵字參數的語法：

可變參數既能夠直接傳入：func(1, 2, 3)，又能夠先組裝list或tuple，再經過args傳入：func((1, 2, 3))；

關鍵字參數既能夠直接傳入：func(a=1, b=2)，又能夠先組裝dict，再經過kwargs傳入：func({'a': 1, 'b': 2})。

使用args和*kwargs是Python的習慣寫法，固然也能夠用其餘參數名，但最好使用習慣用法