Python——函数基础操作

创建和调用函数

在Python中，创建和调用函数是一种组织代码以执行重复任务的有效方式。下面将详细介绍如何创建和调用函数。

创建函数

在Python中，你可以使用def关键字来定义一个函数。定义函数的一般语法如下：

def 函数名(参数列表):  """  函数文档字符串  """  # 函数体  return 返回值

• 函数名：你选择的名称，用于调用函数。
• 参数列表：传递给函数的值。参数是可选的，如果函数不需要任何输入，参数列表可以为空。
• 函数体：包含执行特定任务的语句。
• 返回值：函数可以返回一个值给调用者。return语句是可选的，如果没有return语句，函数将隐式返回None。

调用函数

定义函数后，你可以通过函数名和参数列表（如果函数需要参数）来调用它。

示例

下面是一个简单的示例，展示了如何创建和调用一个函数。

# 定义一个函数  
def greet(name):  """  向用户问好  参数:  name -- 用户的名字  返回:  无  """  print(f"Hello, {name}!")  # 调用函数  
greet("Alice")  # 输出: Hello, Alice!  
greet("Bob")    # 输出: Hello, Bob!

在这个例子中，我们定义了一个名为greet的函数，它接受一个参数name。函数体打印一条包含用户名字的问候语。然后，我们通过传入不同的名字来调用这个函数，并看到相应的输出。

带返回值的函数

下面是一个带返回值的函数示例：

# 定义一个带返回值的函数  
def add_numbers(a, b):  """  计算两个数的和  参数:  a -- 第一个加数  b -- 第二个加数  返回:  两个数的和  """  return a + b  # 调用函数并接收返回值  
result = add_numbers(5, 3)  
print(result)  # 输出: 8

在这个例子中，add_numbers函数计算两个数的和，并通过return语句返回结果。然后，我们调用这个函数，并使用变量result来接收返回的值。最后，我们打印这个值。

函数的参数

在Python中，函数参数是传递给函数的值或变量名，它们在函数体内被使用以执行特定的任务。Python函数参数可以分为几种类型，包括位置参数（必需参数）、关键字参数、默认参数、可变参数（*args）和关键字可变参数（**kwargs）。

1. 位置参数（必需参数）

位置参数是函数定义时声明的参数，这些参数在调用函数时必须按位置顺序提供值。

def greet(name, greeting):  print(f"{greeting}, {name}!")  # 调用时，需要按顺序提供参数值  
greet("Alice", "Hello")  # 正确  
# greet("Hello", "Alice")  # 错误，因为顺序不对

2. 关键字参数

关键字参数是在调用函数时，通过参数名（关键字）来指定参数值的参数。这种方式可以使得函数调用更加清晰，并且参数顺序可以不必与函数定义时相同。

def greet(name, greeting):  print(f"{greeting}, {name}!")  # 使用关键字参数  
greet(name="Alice", greeting="Hello")  # 正确，且顺序不影响

3. 默认参数

默认参数是在函数定义时就已经为参数指定了默认值的参数。如果在调用函数时没有为这些参数提供值，那么就会使用默认值。

def greet(name, greeting="Hello"):  print(f"{greeting}, {name}!")  # 调用时，只提供了name参数的值  
greet("Alice")  # 输出: Hello, Alice!

4. 可变参数（*args）

*args用于将不定数量的非关键字参数传递给函数。在函数内部，args会被当作一个元组（tuple）处理。

def greet(*names):  for name in names:  print(f"Hello, {name}!")  # 调用时，可以传入任意数量的参数  
greet("Alice", "Bob", "Charlie")

5. 关键字可变参数（**kwargs）

**kwargs用于将不定数量的关键字参数传递给函数。在函数内部，kwargs会被当作一个字典（dict）处理。

def greet(**kwargs):  for key, value in kwargs.items():  print(f"{key}: {value}")  # 调用时，可以传入任意数量的关键字参数  
greet(name="Alice", greeting="Hello", age=30)

结合使用

这些参数类型可以在同一个函数中结合使用，但需要注意它们的顺序：位置参数、默认参数、*args、**kwargs。

def greet(name, greeting="Hello", *other_names, **extra_info):  print(f"{greeting}, {name}!")  for name in other_names:  print(f"Also, {greeting}, {name}!")  for key, value in extra_info.items():  print(f"{key}: {value}")  greet("Alice", "Hi", "Bob", "Charlie", age=30, city="New York")

在这个例子中，greet函数结合了位置参数、默认参数、可变参数（*args）和关键字可变参数（**kwargs）。

注意

• 在调用函数时，可以混合使用位置参数和关键字参数，但关键字参数必须放在位置参数之后。

• 对于位置参数，它们的顺序很重要。调用函数时，必须按照函数定义中声明的顺序提供参数值。
• 如果函数有默认值参数，那么这些参数应该放在位置参数列表的末尾。

参数中的 / 符号

在Python中，函数参数列表中的 / 符号是一个相对较新的特性，它用于区分位置参数和关键字参数。这个特性是在Python 3.8版本中引入的，旨在提高函数定义的清晰度，并允许开发者更好地控制参数的使用方式。

当你在函数定义中使用 / 时，它后面的所有参数都被视为位置参数，即使它们在调用时使用了关键字。但是，在 / 之后定义的任何参数（不包括*args和**kwargs）都必须是关键字参数。这意味着，在调用函数时，你不能通过位置来传递这些参数，而必须使用它们的名字。

变量的作用域

Python中的变量作用域是指变量在程序中可被访问的区域。理解变量的作用域对于编写清晰、可维护的Python代码至关重要。Python中有几种不同的作用域，主要包括：

局部作用域（Local Scope）：

1. 局部作用域是函数或方法内部定义变量的作用域。局部变量仅在其被定义的函数或方法内部可见和可访问。
2. 当函数执行完毕时，局部变量会被销毁，除非它被返回或存储在一个全局变量中。

def local_scope_function():  local_var = "I am local"  print(local_var)  # 输出: I am local  local_scope_function()  
# 尝试在函数外部访问局部变量会报错  
# print(local_var)  # NameError: name 'local_var' is not defined

全局作用域（Global Scope）：

1. 全局作用域是模块级别的作用域，即整个模块（Python文件）内都可以访问的变量。
2. 在模块级别定义的变量具有全局作用域。在函数内部，可以通过global关键字声明变量为全局变量来访问和修改全局作用域中的变量。

global_var = "I am global"  def global_scope_function():  print(global_var)  # 输出: I am global  global_scope_function()  
print(global_var)  # 输出: I am global  # 修改全局变量需要在函数内部使用global关键字  
def modify_global_variable():  global global_var  global_var = "Modified global"  modify_global_variable()  
print(global_var)  # 输出: Modified global

内建作用域（Built-in Scope）：

1. 内建作用域是Python的内置函数和变量的作用域。这些变量和函数在Python解释器启动时就已经定义好了，并且在整个程序中都是可用的。
2. 例如，len(), print(), str()等内置函数，以及None, True, False等内置变量。

# 使用内置作用域中的len函数  
my_list = [1, 2, 3]  
print(len(my_list))  # 输出: 3  # 尝试修改内置变量（这是不允许的，仅作为示例说明其不可变性）  
# 注意：实际中不应尝试修改内置变量，这里只是说明其不可变性  
# try:  
#     print = 100  # 这会抛出TypeError，因为print是内置函数，不能被重新赋值  
# except TypeError as e:  
#     print(e)  # 示例中不实际执行，仅说明概念

​​​​​​​封闭作用域（Enclosing Scope 或 Nonlocal Scope）：

1. 封闭作用域也称为嵌套作用域或非本地作用域，是指在一个函数内部定义了另一个函数，内层函数可以访问外层函数的变量。
2. 可以通过nonlocal关键字声明变量，以在内层函数中访问并修改外层函数的局部变量。

def enclosing_scope_function():  outer_var = "I am outer"  def nested_function():  nonlocal outer_var  outer_var = "Modified outer"  print(outer_var)  # 输出: Modified outer  nested_function()  print(outer_var)  # 输出: Modified outer  enclosing_scope_function()

作用域查找规则（LEGB 规则）：

• 当Python查找一个变量的引用时，它会按照以下顺序查找变量：
  1. Local（局部作用域）：首先在当前函数或方法的局部作用域中查找。
  2. Enclosing（封闭作用域）：如果在局部作用域中未找到，Python会在任何封闭的作用域中继续查找。
  3. Global（全局作用域）：如果在封闭作用域中也未找到，Python会在全局作用域中查找。
  4. Built-in（内建作用域）：如果全局作用域中也未找到，最后会在内建作用域中查找。

了解并正确运用Python的作用域规则，可以帮助开发者编写出更加清晰、高效的代码。