Python函数(一)

目录

一、定义函数

(一)向函数传递信息

(二)实参和形参

二、传递实参

(一)位置实参

(二)关键字实参

(三)默认值

(四)等效的函数调用

(五)避免实参错误

三、返回值

(一)返回简单值

(二)让实参变成可选的

(三)返回字典

(四)结合使用函数和while循环


一、定义函数

        下面是一个打印问候语的简单函数,名为 greet_user() :

def greet_user():
    """显示简单的问候语。"""
    print("Hello!")

greet_user()

        本例演示了最简单的函数结构。使用关键字 def 来告诉 Python ,你要定义一个函数。这是函数定义,向 Python 指出了函数名,还可能在圆括号内指出函数为完成任务需要什么样的信息。在这里,函数名为 greet_user() ,它不需要任何信息就能完成工作,因此括号是空的(即便如此,括号也必不可少)。最后,定义以冒号结尾。

        紧跟在 def greet_user():后面的所有缩进行构成了函数体。第2行处的文本是称为文档字符串(docstring)的注释,描述了函数是做什么的。文档字符串用三引号括起,Python 使用它们来生成有关程序中函数的文档。

        代码行 print("Hello!") 是函数体内的唯一一行代码,因此 greet_user() 只做一项工作:打印 Hello! 。

        要使用这个函数,可调用它。函数调用让 Python 执行函数的代码。要调用函数,可依次指定函数名以及用圆括号括起的必要信息,如第4行处所示。由于这个函数不需要任何信息,调用它时只需输人 greet_user() 即可。和预期一样,它打印 Hello! : 

Hello!

(一)向函数传递信息

        只需稍作修改,就可让函数 greet_user() 不仅向用户显示 Hello! ,还将用户的名字作为抬头。为此,可在函数定义 def greet_user() 的括号内添加 username 。通过在这里添加 username ,可让函数接受你给 username 指定的任何值。现在,这个函数要求你调用它时给 username 指定一个值。调用 greet_user() 时,可将一个名字传递给它,如下所示:

def greet_user(username):
    """显示简单的问候语。"""
    print(f"Hello,{username.title()}!")

greet_user('jesse')

        代码 greet_user('jesse') 调用函数 greet_user() ,并向它提供执行函数调用 print() 所需的信息。这个函数接受你传递给它的名字,并向这个人发出问候:

Hello,Jesse! 

        同样,greet_user('sarah') 调用函数 greet_user() 并向它传递 'sarah' ,从而打印 Hello,Sarah! 。可根据需要调用函数 greet_user() 任意次,调用时无论传人什么名字,都将生成相应的输出。

(二)实参和形参

        前面定义函数 greet_user() 时,要求给变量 username 指定一个值。调用这个函数并提供这种信息(人名)时,它将打印相应的问候语。

        在函数 greet_user() 的定义中,变量 username 是一个形参(parameter),即函数完成工作所需的信息。在代码 greet_user('jesse') 中,值 'jesse' 是一个实参(argument),即调用函数时传递给函数的信息。调用函数时,将要让函数使用的信息放在圆括号内。在 greet_user('jesse') 中,将实参 'jesse' 传递给了函数 greet_user() ,这个值被赋给了形参 username 。

二、传递实参

        函数定义中可能包含多个形参,因此函数调用中也可能包含多个实参。向函数传递实参的方式很多:可使用位置实参,这要求实参的顺序与形参的顺序相同;也可使用关键字实参,其中每个实参都由变量名和值组成;还可使用列表和字典。下面依次介绍这些方式。

(一)位置实参

        调用函数时,Python 必须将函数调用中的每个实参都关联到函数定义中的一个形参。为此,最简单的关联方式是基于实参的顺序。这种关联方式称为位置实参

        为明白其中的工作原理,来看一个显示宠物信息的函数。这个函数指出一个宠物属于哪种动物以及它叫什么名字,如下所示:

def describe_pet(animal_type,pet_name):
    """显示宠物的信息。"""
    print(f"\nI have a {animal_type}.")
    print(f"My {animal_type}'s name is {pet_name.title()}.")

describe_pet('hamster','harry')

        这个函数的定义表明,它需要一种动物类型和一个名字。调用 describe_pet() 时,需要按顺序提供一种动物类型和一个名字。例如,在刚才的函数调用中,实参 'hamster' 被赋给形参 animal_type ,而实参 'harry' 被赋给形参 pet_name 。在函数体内,使用了这两个形参来显示宠物的信息。

        输出描述了一只名为 Harry 的仓鼠:


I have a hamster.
My hamster's name is Harry.

1、多次调用函数

        可以根据需要调用函数任意次。要再描述一个宠物,只需再次调用 describe_pet() 即可:

def describe_pet(animal_type,pet_name):
    """显示宠物的信息。"""
    print(f"\nI have a {animal_type}.")
    print(f"My {animal_type}'s name is {pet_name.title()}.")

describe_pet('hamster','harry')
describe_pet('dog','willie')

        第二次调用 describe_pet() 函数时,向它传递了实参 'dog' 和 'willie' 。与第一次调用时一样,Python 将实参 'dog' 关联到形参 animal_type ,并将实参 'Willie' 关联到形参 pet_name 。与前面一样,这个函数完成了任务,但打印的是一条名为 Willie 的小狗的信息。至此,有一只名为 Harry 的仓鼠,还有一条名为 Willie 的小狗:


I have a hamster.
My hamster's name is Harry.

I have a dog.
My dog's name is Willie.

        多次调用函数是一种效率极高的工作方式。只需在函数中编写一次描述宠物的代码,然后每当需要描述新宠物时,都调用该函数并向它提供新宠物的信息。即便描述宠物的代码增加到了10行,依然只需使用一行调用函数的代码,就可描述一个新宠物。

        在函数中,可根据需要使用任意数量的位置实参,Python 将按顺序将函数调用中的实参关联到函数定义中相应的形参。

2、位置实参的顺序很重要

        使用位置实参来调用函数时,如果实参的顺序不正确,结果可能出乎意料:

def describe_pet(animal_type,pet_name):
    """显示宠物的信息。"""
    print(f"\nI have a {animal_type}.")
    print(f"My {animal_type}'s name is {pet_name.title()}.")

describe_pet('harry','hamster')

        在这个函数调用中,先指定名字,再指定动物类型。由于实参 'harry' 在前,这个值将赋给形参 animal_type 。同理,'hamster' 将赋给形参 pet_name 。结果是有一个名为 Hamster 的 harry :


I have a harry.
My harry's name is Hamster.

        如果你得到的结果像上面一样可笑,请确认函数调用中实参的顺序与函数定义中形参的顺序一致。

(二)关键字实参

        关键字实参是传递给函数的名称值对。因为直接在实参中将名称和值关联起来,所以向函数传递实参时不会混淆(不会得到名为Hamster的harry这样的结果)。关键字实参让你无须考虑函数调用中的实参顺序,还清楚地指出了函数调用中各个值的用途。

        下面来重新编写 pets.py ,在其中使用关键字实参来调用 describe_pet() :

def describe_pet(animal_type,pet_name):
    """显示宠物的信息。"""
    print(f"\nI have a {animal_type}.")
    print(f"My {animal_type}'s name is{pet_name.title()}.")

describe_pet(animal_type='hamster',pet_name='harry')

        函数 describe_pet() 还和之前一样,但调用这个函数时,向 Python 明确地指出了各个实参对应的形参。看到这个函数调用时,Python 知道应该将实参 'hamster' 和 'harry' 分别赋给形参 animal_type 和 pet_name 。输出正确无误,指出有一只名为 Harry 的仓鼠。

        关键字实参的顺序无关紧要,因为 Python 知道各个值该赋给哪个形参。下面两个函数调用是等效的:

describe_pet(animal_type='hamster',pet_name='harry')
describe_pet(pet_name='harry',animal_type='hamster') 

注意:使用关键字实参时,务必准确指定函数定义中的形参名。

(三)默认值

        编写函数时,可给每个形参指定默认值。在调用函数中给形参提供了实参时,Python 将使用指定的实参值;否则,将使用形参的默认值。因此,给形参指定默认值后,可在函数调用中省略相应的实参。使用默认值可简化函数调用,还可清楚地指出函数的典型用法。
        例如,如果你发现调用 describe_pet() 时,描述的大多是小狗,就将形参 animal_type 的默认值设置为 'dog' 。这样,调用 describe_pet() 来描述小狗时,就可不提供这种信息:

def describe_pet(pet_name, animal_type='dog'):
    """显示宠物的信息。"""
    print(f"\nI have a {animal_type}.")
    print(f"My {animal_type}'s name is {pet_name.title()}.")
    
describe_pet(pet_name='willie')

        这里修改了函数 describe_pet() 的定义,在其中给形参 animal_type 指定了默认值 'dog' 。这样,调用这个函数时,如果没有给 animal_type 指定值,Python 就将把这个形参设置为 'dog' :


I have a dog.
My dog's name is Willie.

        请注意,在这个函数的定义中,修改了形参的排列顺序。因为给 animal_type 指定了默认值,无须通过实参来指定动物类型,所以在函数调用中只包含一个实参——宠物的名字。然而,Python 依然将这个实参视为位置实参,因此如果函数调用中只包含宠物的名字,这个实参将关联到函数定义中的第一个形参。这就是需要将 pet_name 放在形参列表开头的原因。

        现在,使用这个函数的最简单方式是在函数调用中只提供小狗的名字:

describe_pet('willie') 

        这个函数调用的输出与前一个示例相同。只提供了一个实参 'willie' ,这个实参将关联到函数定义中的第一个形参 pet_name。由于没有给animal_type提供实参,Python 将使用默认值 'dog' 。

        如果要描述的动物不是小狗,可使用类似于下面的函数调用:

describe_pet(pet_name='harry',animal_type='hamster') 

        由于显式地给 animal_type 提供了实参,Python 将忽略这个形参的默认值。

注意:使用默认值时,必须先在形参列表中列出没有默认值的形参,再列出有默认值的实参。这让Python依然能够正确地解读位置实参。

(四)等效的函数调用

        鉴于可混合使用位置实参、关键字实参和默认值,通常有多种等效的函数调用方式。请看下面对函数 describe_pet() 的定义,其中给一个形参提供了默认值:

def describe_pet(pet_name,animal_type='dog'):

        基于这种定义,在任何情况下都必须给 pet_name 提供实参。指定该实参时可采用位置方式,也可采用关键字方式。如果要描述的动物不是小狗,还必须在函数调用中给 animal_type 提供实参。同样,指定该实参时可以采用位置方式,也可采用关键字方式。

        下面对这个函数的所有调用都可行:

#一条名为Willie的小狗。
describe_pet('willie')
describe_pet(pet_name='willie')

#一只名为Harry的仓鼠。
describe_pet('harry','hamster')
describe_pet(pet_name='harry', animal_type='hamster')
describe_pet(animal_type='hamster',pet_name='harry')

        这些函数调用的输出与前面的示例相同。

注意:使用哪种调用方式无关紧要,只要函数调用能生成你期望的输出就行。使用对你来说最容易理解的调用方式即可。

(五)避免实参错误

        等你开始使用函数后,如果遇到实参不匹配错误,不要大惊小怪。你提供的实参多于或少于函数完成工作所需的信息时,将出现实参不匹配错误。例如,如果调用函数 describe_pet() 时没有指定任何实参,结果将如何呢?

def describe_pet(animal_type,pet_name):
    """显示宠物的信息。"""
    print(f"\nI have a {animal_type}.")
    print(f"My {animal_type}'s name is {pet_name.title()}.")

describe_pet()

Python 发现该函数调用缺少必要的信息,traceback 指出了这一点:

        traceback 指出了问题出在什么地方,让我们能够回过头去找出函数调用中的错误。指出了导致问题的函数调用。traceback 指出该函数调用少了两个实参,并指出了相应形参的名称。如果这个函数存储在一个独立的文件中,我们也许无须打开这个文件并查看函数的代码,就能重新正确地编写函数调用。

        Python 读取函数的代码并指出需要为哪些形参提供实参,这提供了极大的帮助。这也是应该给变量和函数指定描述性名称的另一个原因:如果这样做了,那么无论对于你,还是可能使用你编写的代码的其他任何人来说,Python 提供的错误消息都将更有帮助。

        如果提供的实参太多,将出现类似的 traceback ,帮助你确保函数调用和函数定义匹配。

三、返回值

        函数并非总是直接显示输出,它还可以处理一些数据,并返回一个或一组值。函数返回的值称为返回值。在函数中,可使用 return 语句将值返回到调用函数的代码行。返回值让你能够将程序的大部分繁重工作移到函数中去完成,从而简化主程序。

(一)返回简单值

        下面来看一个函数,它接受名和姓并返回整洁的姓名:

def get_formatted_name(first_name,last_name):
    """返回整洁的姓名。"""
    full_name=f"{first_name} {last_name}"
    return full_name.title()
musician=get_formatted_name('jimi','hendrix')
print(musician)

        函数 get_formatted_name() 的定义通过形参接受名和姓。它将姓和名合而为一,在中间加上一个空格,并将结果赋给变量 full_name 。然后,将 full_name 的值转换为首字母大写格式,并将结果返回到函数调用行。

        调用返回值的函数时,需要提供一个变量,以便将返回的值赋给它。在这里,将返回值赋给了变量 musician 。输出为整洁的姓名:

Jimi Hendrix

        原本只需编写下面的代码就可输出整洁的姓名,相比于此,前面做的工作好像太多了:

print("Jimi Hendrix") 

        但在需要分别存储大量名和姓的大型程序中,像 get_formatted_name() 这样的函数非常有用。可以分别存储名和姓,每当需要显示姓名时都调用这个函数。

(二)让实参变成可选的

        有时候,需要让实参变成可选的,这样使用函数的人就能只在必要时提供额外的信息。可使用默认值来让实参变成可选的。

        例如,假设要扩展函数 get_formatted_name() ,使其同时处理中间名。为此,可将其修改成类似于下面这样:

def get_formatted_name(first_name, middle_name, last_name):
    """返回整洁的姓名。"""
    full_name=f"{first_name} {middle_name} {last_name}"
    return full_name.title()

musician=get_formatted_name('john','lee','hooker')
print(musician)

        只要同时提供名、中间名和姓,这个函数就能正确运行。它根据这三部分创建一个字符串,在适当的地方加上空格,并将结果转换为首字母大写格式:

John Lee Hooker

        并非所有的人都有中间名,但如果调用这个函数时只提供了名和姓,它将不能正确运行。为了让中间名变成可选的,可给形参 middle_name 指定一个空的默认值,并在用户没有提供中间名时不使用这个形参。为让 get_formatted_name() 在没有提供中间名时依然可行,可将形参 middle_name 的默认值设置为空字符串,并将其移到形参列表的末尾:

def get_formatted_name(first_name, last_name, middle_name=''):
    """返回整洁的姓名。"""
    if middle_name:
        full_name = f"{first_name} {middle_name} {last_name}"
    else:
        full_name = f"{first_name} {last_name}"
    return full_name.title()
    
musician = get_formatted_name('jimi', 'hendrix')
print(musician)

musician = get_formatted_name('john', 'hooker', 'lee')
print(musician)

        在本例中,姓名是根据三个可能提供的部分创建的。由于人都有名和姓,因此在函数定义中首先列出了这两个形参。中间名是可选的,因此在函数定义中最后列出该形参,并将其默认值设置为空字符串。

        在函数体中,检查是否提供了中间名。Python 将非空字符串解读为 True ,因此如果函数调用中提供了中间名,if middle_name 将为 True 。如果提供了中间名,就将名、中间名和姓合并为姓名,再将其修改为首字母大写格式,并返回到函数调用行。在函数调用行,将返回的值赋给变量 musician ,然后这个变量的值被打印出来。如果没有提供中间名,middle_name 将为空字符串,导致 if 测试未通过,进而执行 else 代码块:只使用名和姓来生成姓名,并将格式设置好的姓名返回给函数调用行。在函数调用行,将返回的值赋给变量 musician ,然后这个变量的值被打印出来。

        调用这个函数时,如果只想指定名和姓,调用起来将非常简单。如果还要指定中间名,就必须确保它是最后一个实参,这样 Python 才能正确地将位置实参关联到形参。

        这个修改后的版本不仅适用于只有名和姓的人,而且适用于还有中间名的人:

Jimi Hendrix
John Lee Hooker

        可选值让函数能够处理各种不同的情形,同时确保函数调用尽可能简单。

(三)返回字典

        函数可返回任何类型的值,包括列表和字典等较复杂的数据结构。例如。下面的函数接受姓名的组成部分,并返回一个表示人的字典:

def build_person(first_name, last_name):
    """返回一个字典,其中包含有关一个人的信息。"""
    person = {'first': first_name, 'last': last_name}
    return person

musician = build_person('jimi', 'hendrix')
print(musician)

        函数 build_person() 接受名和姓,并将这些值放到字典中。存储 first_name 的值时,使用的键为 'first' ,而存储 last_name 的值时,使用的键为 'last' 。最后,返回表示人的整个字典。打印这个返回的值,此时原来的两项文本信息存储在一个字典中:

{'first': 'jimi', 'last': 'hendrix'}

        这个函数接受简单的文本信息,并将其放在一个更合适的数据结构中,让你不仅能打印这些信息,还能以其他方式处理它们。当前,字符串 'jimi' 和 'hendrix' 被标记为名和姓。你可以轻松地扩展这个函数,使其接受可选值,如中间名、年龄、职业或其他任何要存储的信息。例如,下面的修改让你能存储年龄:

def build_person(first_name, last_name, age=None):
    """返回一个字典,其中包含有关一个人的信息。"""
    person = {'first': first_name, 'last': last_name}
    if age:
        person['age'] = age
    return person

musician = build_person('jimi', 'hendrix', age=27)
print(musician)
{'first': 'jimi', 'last': 'hendrix', 'age': 27}

        在函数定义中,新增了一个可选形参 age ,并将其默认值设置为特殊值 None(表示变量没有值)。可将 None 视为占位值。在条件测试中,None 相当于 False 。如果函数调用中包含形参 age 的值,这个值将被存储到字典中。在任何情况下,这个函数都会存储人的姓名,但可进行修改,使其同时存储有关人的其他信息。

(四)结合使用函数和while循环

        可将函数同前面介绍的任何 Python 结构结合起来使用。例如,下面将结合使用函数 get_formatted_name() 和 while 循环,以更正式的方式问候用户。下面尝试使用名和姓跟用户打招呼:

def get_formatted_name(first_name, last_name):
    """返回整洁的姓名。"""
    full_name = f"{first_name} {last_name}"
    return full_name.title()

# 这是一个无限循环!
while True:
    print("\nPlease tell me your name:")
    f_name = input("First name: ")
    l_name = input("Last name: ")
    
    formatted_name = get_formatted_name(f_name, l_name)
    print(f"\nHello, {formatted_name}!")

        在本例中,使用的是 get_formatted_name() 的简单版本,不涉及中间名。 while 循环让用户输入姓名:依次提示用户输入名和姓。

        但这个while循环存在一个问题:没有定义退出条件。请用户提供一系列输人时,该在什么地方提供退出途径呢?要让用户能够尽可能容易地退出,因此每次提示用户输入时,都应提供退出途径。每次提示用户输人时,都使用break语句提供退出循环的简单途径:

def get_formatted_name(first_name, last_name):
    """返回整洁的姓名。"""
    full_name = f"{first_name} {last_name}"
    return full_name.title()

# 这是一个无限循环!
while True:
    print("\nPlease tell me your name:")
    print("(enter 'q' at any time to quit)")

    f_name = input("First name: ")
    if f_name == 'q':
        break

    l_name = input("Last name: ")
    if l_name == 'q':
        break
    
    formatted_name = get_formatted_name(f_name, l_name)
    print(f"\nHello, {formatted_name}!")

        我们添加了一条消息来告诉用户如何退出,然后在每次提示用户输入时,都检查他输入的是否是退出值。如果是,就退出循环。现在,这个程序将不断地问候,直到用户输人的姓或名为 'q' :


Please tell me your name:
(enter 'q' at any time to quit)
First name: eric
Last name: matthes

Hello, Eric Matthes!

Please tell me your name:
(enter 'q' at any time to quit)
First name: q

未完,待续……

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