函数是组织好的,可重复使用的,用来实现单一,或相关联功能的代码段。

函数能提高应用的模块性,和代码的重复利用率。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。


定义一个函数

你可以定义一个由自己想要功能的函数,以下是简单的规则:

  • 函数代码块以 def 关键词开头,后接函数标识符名称和圆括号 ()
  • 任何传入参数和自变量必须放在圆括号中间,圆括号之间可以用于定义参数。
  • 函数的第一行语句可以选择性地使用文档字符串—用于存放函数说明。
  • 函数内容以冒号起始,并且缩进。
  • return [表达式] 结束函数,选择性地返回一个值给调用方。不带表达式的return相当于返回 None。

语法

Python 定义函数使用 def 关键字,一般格式如下:

def 函数名(参数列表):
    函数体

默认情况下,参数值和参数名称是按函数声明中定义的的顺序匹配起来的。

实例

让我们使用函数来输出”Hello World!”:

>>> def hello() :
   print("Hello World!")

   
>>> hello()
Hello World!
>>>

更复杂点的应用,函数中带上参数变量:

#!/usr/bin/python3

# 计算面积函数
def area(width, height):
    return width * height
 
def print_welcome(name):
    print("Welcome", name)

print_welcome("shumeipai")
w = 4
h = 5
print("width =", w, " height =", h, " area =", area(w, h))

以上实例输出结果:

Welcome shumeipai
width = 4  height = 5  area = 20

函数调用

定义一个函数:给了函数一个名称,指定了函数里包含的参数,和代码块结构。

这个函数的基本结构完成以后,你可以通过另一个函数调用执行,也可以直接从 Python 命令提示符执行。

如下实例调用了 printme() 函数:

#!/usr/bin/python3
 
# 定义函数
def printme( str ):
   "打印任何传入的字符串"
   print (str);
   return;
 
# 调用函数
printme("我要调用用户自定义函数!");
printme("再次调用同一函数");

以上实例输出结果:

我要调用用户自定义函数!
再次调用同一函数

参数传递

python 中,类型属于对象,变量是没有类型的:

a=[1,2,3]

a="shumeipai"

以上代码中,[1,2,3] 是 List 类型,shumeipai 是 String 类型,而变量 a 是没有类型,她仅仅是一个对象的引用(一个指针),可以是 List 类型对象,也可以指向 String 类型对象。

可更改(mutable)与不可更改(immutable)对象

在 python 中,strings, tuples, 和 numbers 是不可更改的对象,而 list,dict 等则是可以修改的对象。

  • 不可变类型:变量赋值 a=5 后再赋值 a=10,这里实际是新生成一个 int 值对象 10,再让 a 指向它,而 5 被丢弃,不是改变a的值,相当于新生成了a。
  • 可变类型:变量赋值 la=[1,2,3,4] 后再赋值 la[2]=5 则是将 list la 的第三个元素值更改,本身la没有动,只是其内部的一部分值被修改了。

python 函数的参数传递:

  • 不可变类型:类似 c++ 的值传递,如 整数、字符串、元组。如fun(a),传递的只是a的值,没有影响a对象本身。比如在 fun(a)内部修改 a 的值,只是修改另一个复制的对象,不会影响 a 本身。
  • 可变类型:类似 c++ 的引用传递,如 列表,字典。如 fun(la),则是将 la 真正的传过去,修改后fun外部的la也会受影响

python 中一切都是对象,严格意义我们不能说值传递还是引用传递,我们应该说传不可变对象和传可变对象。

python 传不可变对象实例

#!/usr/bin/python3
 
def ChangeInt( a ):
    a = 10

b = 2
ChangeInt(b)
print( b ) # 结果是 2

实例中有 int 对象 2,指向它的变量是 b,在传递给 ChangeInt 函数时,按传值的方式复制了变量 b,a 和 b 都指向了同一个 Int 对象,在 a=10 时,则新生成一个 int 值对象 10,并让 a 指向它。

传可变对象实例

可变对象在函数里修改了参数,那么在调用这个函数的函数里,原始的参数也被改变了。例如:

#!/usr/bin/python3
 
# 可写函数说明
def changeme( mylist ):
   "修改传入的列表"
   mylist.append([1,2,3,4]);
   print ("函数内取值: ", mylist)
   return
 
# 调用changeme函数
mylist = [10,20,30];
changeme( mylist );
print ("函数外取值: ", mylist)

传入函数的和在末尾添加新内容的对象用的是同一个引用。故输出结果如下:

函数内取值:  [10, 20, 30, [1, 2, 3, 4]]
函数外取值:  [10, 20, 30, [1, 2, 3, 4]]

参数

以下是调用函数时可使用的正式参数类型:

  • 必需参数
  • 关键字参数
  • 默认参数
  • 不定长参数

必需参数

必需参数须以正确的顺序传入函数。调用时的数量必须和声明时的一样。

调用printme()函数,你必须传入一个参数,不然会出现语法错误:

#!/usr/bin/python3
 
#可写函数说明
def printme( str ):
   "打印任何传入的字符串"
   print (str);
   return;
 
#调用printme函数
printme();

以上实例输出结果:

Traceback (most recent call last):
  File "test.py", line 10, in <module>
    printme();
TypeError: printme() missing 1 required positional argument: 'str'

关键字参数

关键字参数和函数调用关系紧密,函数调用使用关键字参数来确定传入的参数值。

使用关键字参数允许函数调用时参数的顺序与声明时不一致,因为 Python 解释器能够用参数名匹配参数值。

以下实例在函数 printme() 调用时使用参数名:

#!/usr/bin/python3
 
#可写函数说明
def printme( str ):
   "打印任何传入的字符串"
   print (str);
   return;
 
#调用printme函数
printme( str = "树莓派");

以上实例输出结果:

树莓派

以下实例中演示了函数参数的使用不需要使用指定顺序:

#!/usr/bin/python3
 
#可写函数说明
def printinfo( name, age ):
   "打印任何传入的字符串"
   print ("名字: ", name);
   print ("年龄: ", age);
   return;
 
#调用printinfo函数
printinfo( age=50, name="shumeipai" );

以上实例输出结果:

名字:  shumeipai
年龄:  50

默认参数

调用函数时,如果没有传递参数,则会使用默认参数。以下实例中如果没有传入 age 参数,则使用默认值:

#!/usr/bin/python3
 
#可写函数说明
def printinfo( name, age = 35 ):
   "打印任何传入的字符串"
   print ("名字: ", name);
   print ("年龄: ", age);
   return;
 
#调用printinfo函数
printinfo( age=50, name="shumeipai" );
print ("------------------------")
printinfo( name="shumeipai" );

以上实例输出结果:

名字:  shumeipai
年龄:  50
------------------------
名字:  shumeipai
年龄:  35

不定长参数

你可能需要一个函数能处理比当初声明时更多的参数。这些参数叫做不定长参数,和上述2种参数不同,声明时不会命名。基本语法如下:

def functionname([formal_args,] *var_args_tuple ):
   "函数_文档字符串"
   function_suite
   return [expression]

加了星号(*)的变量名会存放所有未命名的变量参数。如果在函数调用时没有指定参数,它就是一个空元组。我们也可以不向函数传递未命名的变量。如下实例:

#!/usr/bin/python3
 
# 可写函数说明
def printinfo( arg1, *vartuple ):
   "打印任何传入的参数"
   print ("输出: ")
   print (arg1)
   for var in vartuple:
      print (var)
   return;
 
# 调用printinfo 函数
printinfo( 10 );
printinfo( 70, 60, 50 );

以上实例输出结果:

输出:
10
输出:
70
60
50

匿名函数

python 使用 lambda 来创建匿名函数。

所谓匿名,意即不再使用 def 语句这样标准的形式定义一个函数。

  • 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 函数拥有自己的命名空间,且不能访问自己参数列表之外或全局命名空间里的参数。
  • 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。

语法

lambda 函数的语法只包含一个语句,如下:

lambda [arg1 [,arg2,.....argn]]:expression

如下实例:

#!/usr/bin/python3
 
# 可写函数说明
sum = lambda arg1, arg2: arg1 + arg2;
 
# 调用sum函数
print ("相加后的值为 : ", sum( 10, 20 ))
print ("相加后的值为 : ", sum( 20, 20 ))

以上实例输出结果:

相加后的值为 :  30
相加后的值为 :  40

return语句

return [表达式] 语句用于退出函数,选择性地向调用方返回一个表达式。不带参数值的return语句返回None。之前的例子都没有示范如何返回数值,以下实例演示了 return 语句的用法:

#!/usr/bin/python3

# 可写函数说明
def sum( arg1, arg2 ):
   # 返回2个参数的和."
   total = arg1 + arg2
   print ("函数内 : ", total)
   return total;

# 调用sum函数
total = sum( 10, 20 );
print ("函数外 : ", total)

以上实例输出结果:

函数内 :  30
函数外 :  30

变量作用域

Python 中,程序的变量并不是在哪个位置都可以访问的,访问权限决定于这个变量是在哪里赋值的。

变量的作用域决定了在哪一部分程序可以访问哪个特定的变量名称。Python的作用域一共有4种,分别是:

  • L (Local) 局部作用域
  • E (Enclosing) 闭包函数外的函数中
  • G (Global) 全局作用域
  • B (Built-in) 内建作用域

以 L –> E –> G –>B 的规则查找,即:在局部找不到,便会去局部外的局部找(例如闭包),再找不到就会去全局找,再者去内建中找。

x = int(2.9)  # 内建作用域
 
g_count = 0  # 全局作用域
def outer():
    o_count = 1  # 闭包函数外的函数中
    def inner():
        i_count = 2  # 局部作用域

Python 中只有模块(module),类(class)以及函数(def、lambda)才会引入新的作用域,其它的代码块(如 if/elif/else/、try/except、for/while等)是不会引入新的作用域的,也就是说这这些语句内定义的变量,外部也可以访问,如下代码:

>>> if True:
...  msg = 'I am from shumeipai'
... 
>>> msg
'I am from shumeipai'
>>>

实例中 msg 变量定义在 if 语句块中,但外部还是可以访问的。

如果将 msg 定义在函数中,则它就是局部变量,外部不能访问:

>>> def test():
...     msg_inner = 'I am from shumeipai'
... 
>>> msg_inner
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'msg_inner' is not defined
>>>

从报错的信息上看,说明了 msg_inner 未定义,无法使用,因为它是局部变量,只有在函数内可以使用。


全局变量和局部变量

定义在函数内部的变量拥有一个局部作用域,定义在函数外的拥有全局作用域。

局部变量只能在其被声明的函数内部访问,而全局变量可以在整个程序范围内访问。调用函数时,所有在函数内声明的变量名称都将被加入到作用域中。如下实例:

#!/usr/bin/python3

total = 0; # 这是一个全局变量
# 可写函数说明
def sum( arg1, arg2 ):
    #返回2个参数的和."
    total = arg1 + arg2; # total在这里是局部变量.
    print ("函数内是局部变量 : ", total)
    return total;

#调用sum函数
sum( 10, 20 );
print ("函数外是全局变量 : ", total)

以上实例输出结果:

函数内是局部变量 :  30
函数外是全局变量 :  0

global 和 nonlocal关键字

当内部作用域想修改外部作用域的变量时,就要用到global和nonlocal关键字了。

以下实例修改全局变量 num:

#!/usr/bin/python3

num = 1
def fun1():
    global num  # 需要使用 global 关键字声明
    print(num) 
    num = 123
    print(num)
fun1()

以上实例输出结果:

1
123

如果要修改嵌套作用域(enclosing 作用域,外层非全局作用域)中的变量则需要 nonlocal 关键字了,如下实例:

#!/usr/bin/python3
 
def outer():
    num = 10
    def inner():
        nonlocal num   # nonlocal关键字声明
        num = 100
        print(num)
    inner()
    print(num)
outer()

以上实例输出结果:

100
100

另外有一种特殊情况,假设下面这段代码被运行:

#!/usr/bin/python3
 
a = 10
def test():
    a = a + 1
    print(a)
test()

以上程序执行,报错信息如下:

Traceback (most recent call last):
  File "test.py", line 7, in <module>
    test()
  File "test.py", line 5, in test
    a = a + 1
UnboundLocalError: local variable 'a' referenced before assignment

错误信息为局部作用域引用错误,因为 test 函数中的 a 使用的是局部,未定义,无法修改。