4.10 函数

在之前章节的学习中，其实我们已经接触过了函数，如list()、print()、range()等，这些都是Python内部自带的函数。 在Python解释器中输入“dir(__builtins__)”可以查看Python所有的内置函数，其数量与你使用的Python版本有关。

通过使用这些函数你发现了什么？我们只需输入一行代码就可以完成一个复杂的功能。例如使用print函数可以将数据格式化输出、使用list函数自动生成列表等。

可以看出，使用函数可以将原本很复杂的一连串代码抽象为一行代码，这在编写大型程序时很有用，提高了程序的易读性。

4.10.1 函数的定义

在Python中，使用def语句可以定义一个函数，下面以一个简单的加法运算为例来介绍def语句：

>>> def add(x,y):
...   z = x + y
...   return z
...
>>> print(add(1,5))
6

本例中的第1行-第3行定义了一个名为add的函数，它的入口参数有两个x和y，返回值(return)为二者的和。调用add函数并用print将其打印出来， 其结果与预期相符。

调用函数时一定会有返回值么？不一定。

>>> def add(x,y):
...   z = x + y
...   print(z)
...
>>> add(1,5)
6

在本例中第6行输出的“6”是由add函数内部的print打印得到，而非return得到。

4.10.2 函数的入口参数

在4.10.1中add(x,y)里的x和y就是add函数的入口参数，它们的值可以被外部的程序修改。当然，并不是所有的函数都具有入口参数。

>>> def Hello():
...   print('Hello World!')
...
>>> Hello()
Hello World!

在使用带有入口参数的函数之前，我们需要先了解一个概念——实参和形参。

1. 实参和形参

以add函数为例，x和y属于形参，而1和5则属于实参。它们的区别是什么？形参是一个没有具体值的变量，可以理解为数学公式中的未知数(x,y)，在函数未被调用时， Python不会给形参分配内存；而实参就是一个有着具体值的数据，它实际存在着。在调用函数时，实参与形参的位置和数据类型要一一对应， 不能将字符串类型的实参赋给数字类型的形参，否则Python解释器会报TypeError类型的错误。

2. 位置实参

前面用到的函数中的参数都是位置实参，它要求实参与形参的位置要一一对应。用add函数我们无法直观地体会到这种限制， 下面用div函数来直观地介绍什么是位置实参：

>>> def div(x,y):
...   z = x / y
...   return z

定义div函数，返回值为z(x/y)。

>>> print(div(1,4))
0.25
>>> print(div(4,1))
4.0

将输入的实参“1、4”的顺序调换后，其计算结果也截然不同。因此，在使用位置实参时，请注意输入的实参顺序要与形参的顺序保持一致。

3. 关键字实参

当函数的入口参数有很多时，使用位置实参就不那么方便，这时，就可以使用关键字实参。与位置实参不同的是， 关键字实参可以让你在调用函数时，不必关心实参与形参的对应关系，你可以直接在调用函数时将实参和形参联系在一起。

>>> def div(x,y):
...   z = x / y
...   return z

依然使用之前的div函数，这次，让我们使用关键字实参来调用它。

>>> print(div(x = 1,y = 4))
0.25
>>> print(div(y = 4,x = 1))
0.25

在这里，实参的顺序无关紧要，因为Python可以正确地将实参与形参对应起来。关键字实参让你可以不必关心实参的顺序，还指出了各个实参的用途。

4. 默认值

对于形参而言，我们也可以事先为它设置一个默认值。

>>> def f(a, b=2, c=3):
...   print(a, b , c)

在此，将形参b的默认值设为2，c的默认值设为3，调用该函数：

>>> f(1)
1 2 3
>>> f(1,b = 1)
1 1 3
>>> f(1,c = 0,b = 1)
1 1 0

从输出结果中可以看出，在调用该函数时，若提供了实参，则使用指定的实参，若无实参传入，则使用形参的默认值。

在调用时，也可能会出现以下情况：

>>> f(b = 1,0)
  File "<stdin>", line 1
SyntaxError: positional argument follows keyword argument

该异常指的是位置实参位于关键字实参后面，这是一种语法错误，为了避免该错误，我们可以这样做：

>>> f(b = 1,a = 0)
0 1 3

可以看出，位置实参只能位于关键字实参的前面。当然，以下定义也是不被允许的：

>>> def f(a=1, b, c=3):
...   print(a, b , c)
...
File "<stdin>", line 1
SyntaxError: non-default argument follows default argument

从该异常反馈中，我们可以得出无默认值的形参不能被放在有默认值的形参后面。

5. “*”和“**”

当def函数定义语句的参数前出现了“*”或“**”时，它们表示可以接收的参数个数可变。“*”将参数解释为元组类型，“**”将参数解释为字典类型。

>>> def all_the_args(*args, **kwargs):
...   print( args )
...   print( kwargs )
...
>>> all_the_args(1,2,3,x=4,y=5)
(1, 2, 3)
{'x': 4, 'y': 5}

可以看出，“1,2,3”被传入“*args”中，被转化为一个元组，关键字参数“x=4,y=5”被传入“**kwargs”中，被转为一个字典。

在调用函数时使用“*”或“**”，它的用法与函数定义中的用法相反，它将把参数的组合解包，将组合中的各个项依次作为函数的实参传入形参中。

>>> def sum(x,y,z):
...   s = x + y + z
...   print(s)

>>> li = [1,2,3]
>>> sum(*li)
6

>>> tup = (1,2,3)
>>> sum(*tup)
6

使用“*”可以把列表和元组内的项解包出来并作为sum函数的入口参数，当然，列表或元组内项的个数应与函数的入口参数个数相同。 同样，“**”也可以对字典进行同样的解包操作。

>>> dic = {'x': 1,'y': 2,'z': 3}
>>> sum(**dic)
6

这里需要注意的一点是，字典的键要和函数中形参的名称相同，否则，Python无法确定实参和形参的对应关系。

4.10.3 作用域

什么是作用域呢？作用域与变量密切相关，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。 对于函数内的变量而言，它们的作用域只局限于该函数，因此，这种变量被称为局部变量，他不能被函数外部的程序调用， 而在函数外部程序中定义的变量被称为全局变量，全局变量可以在整个py文件中被调用。

下面是一个简单的例子：

>>> s = 0
>>> def sum(x,y,z):
...   s = x + y + z
...   return s

第1行定义的变量s是全局变量，而第3行定义的变量s是局部变量，它只在函数sum()中存在。在实际编程中，请避免这种命名方式， 这会影响程序的可读性，带来不必要的麻烦。

观察其调用结果：

>>> sum(1,2,3)
6
>>> s
0

显然，全局变量s的值并没有被修改。该如何将函数内的局部变量定义为全局变量呢？可以使用global语句声明全局变量。

>>> def sum(x,y,z):
...   global s
...   s = x + y + z
...   return s
...
>>> sum(1,2,3)
6
>>> s
6

使用global语句声明变量s为全局变量，变量s的值可以被外部程序调用。

4.10.4 小结

本节主要介绍了函数的定义、入口参数、变量的作用域。函数以抽象的方式，用一行代码表示一个代码块的功能，化繁为简，使得编程更加自然。

在下一节中将讲到类，它会告诉你为什么Python是一门面向对象编程的语言。