Python分享第四节

最近受邀给团队中的小伙伴们分享Python知识，本篇文章是第四节课的基本内容。

一、课前准备

1. 复习Python的基础语法与基础数据类型

二、课堂主题

第四课主要学习Python基础中函数的创建与调用以及参数的传递。

三、本节目标

1、掌握Python中函数的创建和使用

2、掌握Python中函数的调用顺序以及参数的使用

四、知识要点

4.1、函数的简介

如果在开发程序时，需要某块代码多次，但是为了提高编写的效率以及代码的重用，所以把具有独立功能的代码块组织为一个小模块，这就是函数。你已经知道Python提供了许多内建函数，比如print()。但你也可以自己创建函数，这被叫做用户自定义函数。
例如：我们知道圆的面积计算公式为：$S = πr^2$
当我们知道半径$r$的值时，就可以根据公式计算出面积。假设我们需要计算3个不同大小的圆的面积：

r1 = 12.34
r2 = 9.08
r3 = 73.1
s1 = 3.14 * r1 * r1 
s2 = 3.14 * r2 * r2 
s3 = 3.14 * r3 * r3

当代码出现有规律的重复的时候你就会发现，每次写$3.14 * x * x$不仅很麻烦，而且如果要把3.14改成3.14159265359的时候，得全部替换。

有了函数，我们就不再每次写$S = 3.14 * x * x$，而是写成更有意义的函数调用s = area_of_circle(x)， 而函数area_of_circle本身只需要写一次，就可以多次调用。

基本上所有的高级语言都支持函数，Python也不例外。Python不但能非常灵活地定义函数，而且本身内置了很多有用的函数，可以直接调用。

4.2、函数的定义与使用

4.2.1、定义函数

定义函数的格式如下：

def 函数名(): 
    代码

# 定义一个函数，能够完成打印信息的功能
def printInfo():
    print('-------------------------') 
    print('Life is short ,use Python')
    print('-------------------------') 

4.2.2、调用函数

定义了函数之后，就相当于有了一个具有某些功能的代码，想要让这些代码能够执行，需要调用它调用函数很简单的，通过 函数名() 即可完成调用

# 定义完函数后，函数是不会自动执行的，需要调用它才可以
printInfo()

注意:

• 每次调用函数时，函数都会从头开始执行，当这个函数中的代码执行完毕后，意味着调用结束了
• 如果函数中执行到了return也会结束函数（后面会讲到）

4.3、函数的文档说明

def test(a,b):
    '''用来完成对2个数求和'''
    print("%d"%(a+b))

test(11,22)
输出：33

可以使用help(函数名)查看函数的相关说明

help(test)

也可是使用test. doc直接查看文档说明

def test(a,b):
"用来完成对2个数求和"
    print("%d"%(a+b))


print(test.__doc__)
输出：用来完成对2个数求和

4.4、函数的参数

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等，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。

4.4.1、位置参数

假设我们有一个需求使计算数字的平方，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)
输出：25

power(15) 
输出：225

现在，如果我们要计算 $x^3$怎么办？

可以再定义一个$power3$函数，但是如果要计算 $x^4 $、$ x^5$ ……怎么办？我们不可能定义无限多个函数。

你也许想到可以再增加一个参数，把power(x)修改为power(x, n)，用来计算$ x^n $就可以写成如下形式：

def power(x, n): 
    """计算x的n次方
       x:底数
       n:指数
    """
    s = 1
    while n > 0:
        n = n - 1 
        s = s * x
    return s

对于这个修改后的power(x, n)函数，可以计算任意$n$次方：

power(5, 2)
25

power(5, 3)
125

修改后的power(x, n)函数有两个参数：x和n，这两个参数都是位置参数，调用函数时，传入的两个值必须严格按照位置顺序依次赋给参数x和n，而且一个参数都不能少传。

4.4.2、默认参数

新的power(x, n)函数定义没有问题，但是旧的调用代码失败了，原因是我们增加了一个参数，导致旧的代码因为缺少一个参数而无法正常调用：

power(5)
Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: power() missing 1 required positional argument: 'n'

Python的错误信息很明确：调用函数power()缺少了一个位置参数n。

这个时候，默认参数就派上用场了。由于我们经常计算$ x^2 $，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；
• 二是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。

4.4.3、使用默认参数的好处

举个例子，我们写个一年级小学生注册的函数，需要传入name和gender两个参数：

def enroll(name, gender): 
    print('name:', name) 
    print('gender:', gender)

这样，调用enroll()函数只需要传入两个参数：

enroll('Sarah', 'F') 
输出：
name: Sarah
gender: F

如果要继续传入年龄、城市等信息怎么办？这样会使得调用函数的复杂度大大增加。
我们可以把年龄和城市设为默认参数：

def enroll(name, gender, age=6, city='Nanjing'): 
    print('name:', name)
    print('gender:', gender) 
    print('age:', age)
    print('city:', city)

这样，大多数学生注册时不需要提供年龄和城市，只提供必须的两个参数：

enroll('Sarah', 'F')
输出：
name: Sarah
gender: F 
age: 6
city: Nanjing

只有与默认参数不符的学生才需要提供额外的信息：

enroll('Bob', 'M', 7)
enroll('Adam', 'M', city='ANhui')

从上面的例子可以看出，默认参数降低了函数调用的难度，而一旦需要更复杂的调用时，又可以传递更多的参数来实现。无论是简单调用还是复杂调用，函数只需要定义一个。

当有多个默认参数时，可以按顺序提供默认参数对函数进行调用：

enroll('Bob', 'M', 7)

上方代码的意思是：除了name，gender这两个参数外，最后1个参数应用在参数age上，city参数由于没有提供，仍然使用默认值。

与此同时，也可以不按顺序提供部分默认参数。当不按顺序提供部分默认参数时，需要把参数名写上。比如：

enroll('Adam', 'M',  city='Tianjin')

上方代码的意思是：city参数用传进去的值，其他默认参数继续使用默认值。

注意：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’后的那个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[]， 所以 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。

定义默认参数要牢记一点：默认参数必须指向不可变对象！

可变对象与不可变对象的解释可以参照上次发给大家的jupyter笔记中的02.07-mutable-and-immutable-data-types.ipynb，如果想要深入理解可变与不可变，请参照02.13-how-python-assignment-works.ipynb

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

现在，无论调用多少次，都不会有问题：

>>> add_end() 
['END']
>>> add_end() 
['END']

为什么要设计str、None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。

4.4.4、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n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$a^2 + b^2 + c^2 +..$ 。

按照先前的知识，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

我们可不可以把调用函数的方式可以简化成下面这样呢？

>>> calc(1, 2, 3)
14

>>> calc(1, 3, 5, 7)
84

Python可以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一个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。但是在调用该函数时，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。为了解决这个问题所，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

*nums表示把nums这个list的所有元素作为可变参数传进去。这种写法相当有用，而且很常见。

4.4.5、关键字参数

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，其他例如籍贯、性别等等都是可选项，利用关键字参数来定义这个函数就能满足注册的需求。

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='Nanjing')
name: Bob age: 35 other: {'city': 'Nanjing'}
>>> person('Adam', 45, gender='M', job='Data Analyst')
name: Adam age: 45 other: {'gender': 'M', 'job': 'Data Analyst'}

在上面函数的声明中，**kw是关键字参数，kw接收的是一个dict，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

在这里你可能会想到一个和可变参数同样的问题，如果我本身就有个一个字典，我应该怎么样直接使用呢？

>>> extra = {'city': 'Nanjing', 'job': 'Data Analyst'}
>>> person('Jack', 24, city=extra['city'], job=extra['job'])
name: Jack age: 24 other: {'city': 'Nanjing', 'job': 'Data Analyst'}

当然，上面复杂的调用可以用简化的写法：

>>> extra = {'city': 'Nanjing', 'job': 'Data Analyst'}
>>> person('Jack', 24, **extra)
name: Jack age: 24 other: {'city': 'Nanjing', 'job': 'Data Analyst'}

**extra表示把extra这个dict的所有key-value用关键字参数传入到函数的**kw参数，kw将获得一个dict。

4.4.6、命名关键字参数

对于关键字参数，函数的调用者可以传入任意不受限制的关键字参数。至于到底传入了哪些，就需要在函数内部对传入的kw检查。
仍以person()函数为例，我们希望检查是否有city和job参数：

def person(name, age, **kw): 
    if 'city' in kw:
    #有city参数
        pass
    if 'job' in kw: 
        # 有job参数
        pass
    print('name:', name, 'age:', age, 'other:', kw)

但是调用者仍可以传入不受限制的关键字参数：

>>> person('Jack', 24, city='Nanjing', addr='Chaoyang', zipcode=123456)

如果要限制关键字参数的名字，就可以用命名关键字参数，例如，只接收city和job作为关键字参数。这种方式定义的函数如下：

def person(name, age, *, city, job): 
    print(name, age, city, job)

和关键字参数**kw不同，命名关键字参数需要一个特殊分隔符*，*后面的参数被视为命名关键字参数。 调用方式如下：

>>> person('Jack', 24, city='Nanjing', job='Data Analyst')
Jack 24 Nanjing Data Analyst

如果函数定义中已经有了一个可变参数，后面跟着的命名关键字参数就不再需要一个特殊分隔符*了：

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

命名关键字参数必须传入参数名，这和位置参数不同。如果没有传入参数名，调用将报错：

>>> person('Jack', 24, 'Nanjing', 'Data Analyst') Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: person() takes 2 positional arguments but 4 were given

由于调用时缺少参数名city和job，Python解释器把这4个参数均视为位置参数，但person()函数仅接受2个位置参数。
命名关键字参数可以有缺省值，从而简化调用：

def person(name, age, *, city='Nanjing', job): 
    print(name, age, city, job)

由于命名关键字参数city具有默认值，调用时，可不传入city参数：

>>> person('Jack', 24, job='Data Analyst')
Jack 24 Nanjing Data Analyst

使用命名关键字参数时，要特别注意，如果没有可变参数，就必须加一个*作为特殊分隔符。如果缺少*，Python解释器将无法识别位置参数和命名关键字参数：

def person(name, age, city, job): 
    pass

缺少 *，city和job被视为位置参数

4.4.7、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、关键字参数和命名关键字参数，这5种参数都可以组合使用。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、命名关键字参数和关键字参数。
比如定义一个函数，包含上述若干种参数：

def f1(a, b, c=0, *args, **kw):
    print('a =', a, 'b =', b, 'c =', c, 'args =', args, 'kw =', kw)

def f2(a, b, c=0, *, d, **kw):
    print('a =', a, 'b =', b, 'c =', c, 'd =', d, '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。

>>> f1(1, 2)
a = 1 b = 2 c = 0 args = () kw = {}
>>> f1(1, 2, c=3)
a = 1 b = 2 c = 3 args = () kw = {}
>>> f1(1, 2, 3, 'a', 'b')
a = 1 b = 2 c = 3 args = ('a', 'b') kw = {}
>>> f1(1, 2, 3, 'a', 'b', x=99)
a = 1 b = 2 c = 3 args = ('a', 'b') kw = {'x': 99}
>>> f2(1, 2, d=99, ext=None)
a = 1 b = 2 c = 0 d = 99 kw = {'ext': None}

最神奇的是通过一个tuple和dict，你也可以调用上述函数：

>>> args = (1, 2, 3, 4)
>>> kw = {'d': 99, 'x': '#'}
>>> f1(*args, **kw)
a = 1 b = 2 c = 3 args = (4,) kw = {'d': 99, 'x': '#'}
>>> args = (1, 2, 3)
>>> kw = {'d': 88, 'x': '#'}
>>> f2(*args, **kw)
a = 1 b = 2 c = 3 d = 88 kw = {'x': '#'}

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。
虽然可以组合多达5种参数，但不要同时使用太多的组合，否则函数接口的可理解性很差。

4.5、函数的返回值

4.5.1、“返回值“介绍

所谓“返回值”，就是程序中函数完成一件事情后，最后给调用者的结果

4.5.2、带有返回值的函数

想要在函数中把结果返回给调用者，需要在函数中使用return 如下示例:

def add2num(a, b): 
    c = a+b
    return c

# 或者
def add2num(a, b): 
    return a+b

4.5.3、保存函数的返回值

如果一个函数返回了一个数据，那么想要用这个数据，那么就需要保存.
保存函数的返回值示例如下:

#定义函数
def add2num(a, b): 
    return a+b

调用函数，顺便保存函数的返回值

result = add2num(100,98)
print(result)

4.5.4、在Python中怎样返回多个值

可以使用多个return吗？

def create_nums(): 
    print("---1---")
    return 1    
    print("---2---") 
    return 2
    print("---3---")

实践后我们会发现return 1后面的代码都不会被执行到。因为return除了能够将数据返回之外，还有一个隐藏的功能：结束函数
举个例子：

def create_nums(num): 
    print("---1---") 
    if num == 100:
        print("---2---")
        return num+1    
    else:
        print("---3---") 
        return num+2
    print("---4---")

result1 = create_nums(100) 
print(result1)    # 打 印 101 
result2 = create_nums(200) 
print(result2)    # 打印202

那么既然不可以使用多个return，是否可以在一个return中返回多个值呢？

def divid(a, b): 
    shang = a//b 
    yushu = a%b
    return shang, yushu    
result = divid(5, 2) 
print(result)    # 输出(2, 1)

return后面返回元组，列表、字典等

4.6、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。

举个例子，我们来计算阶乘$n! = 1 * 2 * 3 * … * n$，用函数fact(n)表示，可以看出：

$$fact(n) = n! = 1 * 2 * 3 * … * (n-1) * n = (n-1)! * n = fact(n-1) * n$$

所以，fact(n)可以表示为$n * fact(n-1)$，只有n=1时需要特殊处理。于是，fact(n)用递归的方式写出来就是：

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

上面就是一个递归函数。可以试试：

>>> fact(1) 1
>>> fact(5) 120
>>> fact(100) 9332621544394415268169923885626670049071596826438162146859296389521759999322991560894146397615
6518286253697920827223758251185210916864000000000000000000000000

如果我们计算fact(5)，可以根据函数定义看到计算过程如下：

===> fact(5)
===> 5 * fact(4)
===> 5 * (4 * fact(3))
===>    5    *    (4    *    (3    * fact(2)))
===>    5    *    (4    *    (3    * (2 * fact(1))))
===>    5    *    (4    *    (3    * (2 * 1)))
===>    5    *    (4    *    (3    * 2))
===>    5    *    (4    *    6)    
===>    5    *    24            
===> 120

递归函数的优点是定义简单，逻辑清晰。理论上，所有的递归函数都可以写成循环的方式，但循环的逻辑不如递归清晰。

4.7、局部变量

局部变量：就是在函数内部定义的变量。
作用范围是这个函数内部，即只能在这个函数中使用，在函数的外部是不能使用的。因为其作用范围只是在自己的函数内部，所以不同的函数可以定义相同名字的局部变量。
局部变量的作用，为了临时保存数据需要在函数中定义变量来进行存储。
当函数调用时，局部变量被创建，当函数调用完成后这个变量就不能够使用了。

def show():
# 局部变量
    score = 100
    print("分数:", score) 
show()
# print(score)

4.8、全局变量

4.8.1、全局变量的定义

如果一个变量，既能在一个函数中使用，也能在其他的函数中使用，这样的变量就是全局变量。

# 定义全局变量
a = 100
def test1():
    print(a)    # 虽然没有定义变量a但是依然可以获取其数据

def test2():
    print(a)    # 虽然没有定义变量a但是依然可以获取其数据
# 调用函数
test1() 
test2()
运行结果: 100
100

4.8.2、全局变量和局部变量名字相同问题

a = 100
def test1():
# 定义局部变量
    a = 300
    print('---test1---%d'%a) #修改
    a = 200
    print('修改后的%d'%a)

def test2():
    print('a = %d'%a)

test1() 
test2()
结果：
---test1---300
修改后的200 
a = 100

4.8.3、修改全局变量

函数中进行使用全局变量时可否进行修改呢？

a = 100
def test1():
    global a
    print('修改之前：%d'%a)
    #修改
    a = 200
    print('修改后的%d'%a)

def test2():
    print('a = %d'%a)

test1() 
test2()
结果：
修改之前：100 修改后的200
a = 200

五、总结

• 本节课的所有知识点全是重点，后面的学习离不开基础语法
• 需要着重掌握的是函数的定义以及参数的传递
• 局部变量和全局变量的定义和使用
• 所有的代码尽量都自己写一遍，练习是学习编程最简单的途径

六、作业

1、分别使用循环和递归编写一个斐波那契计算函数(斐波那契数列：1,1,2,3,5,8,13…从第三项开始每项等于前两项之和)

2、 编写一个函数，输入n为偶数时，调用函数求$1/2+1/4+…+1/n$,当输入n为奇数时，调用函数求$1/1+1/3+…+1/n$

七、分享

沙拉查词:是一个 chrome的扩展程序。沙拉查词是一款专业划词翻译扩展，为交叉阅读而生。大量权威词典涵盖中英日韩法德西语，支持复杂的划词操作、网页翻译、生词本与 PDF 浏览。