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【Python入门学习笔记】函数

程序员文章站 2022-08-18 10:01:18
第二章 函数文章目录第二章 函数2.1 调用函数2.1.1 内置函数2.1.2 数据类型转换2.2 定义函数2.2.1 def 定义2.2.2 空函数2.2.3 参数检查2.2.4 返回多个值2.3 函数的参数2.3.1 位置参数2.3.2 默认参数2.3.3 可变参数2.3.4 关键字参数2.3.5 命名关键字参数2.3.6 参数组合2.4 递归函数2.5 参考资料我们知道圆的面积计算公式为:S=πr2S = πr^2S=πr2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...

第二章 函数


我们知道圆的面积计算公式为:
S=πr2 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,你就需要当心了,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。

def area_of_circle(r):
    if r>0:
        return 3.14*r**2
    else:
        return False
R=[12.34,9.08,73.1]
for r in R:
    s=area_of_circle(r)
    print(s)

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。

!> 注:抽象是数学中非常常见的概念,借助抽象,我们才能不关心底层的具体计算过程,而直接在更高的层次上思考问题。写计算机程序也是一样,函数就是最基本的一种代码抽象的方式。

2.1 调用函数

2.1.1 内置函数

Python 内置了很多有用的函数,我们可以直接调用。

要调用一个函数,需要知道函数的名称和参数,比如求绝对值的函数abs,只有一个参数。可以直接从 Python 的官方网站查看文档:

https://docs.python.org/3/library/functions.html#abs

也可以在交互式命令行通过help(abs)查看abs函数的帮助信息。

调用abs函数:

print(abs(-20)) #20
print(abs(20)) #20

调用函数的时候,如果传入的参数数量不对,会报TypeError的错误,并且 Python 会明确地告诉你:abs()有且仅有 1 个参数,但给出了两个:

print(abs(1, 2))

报错:

Traceback (most recent call last):
  File "E:/ML/PycharmProjects/HelloWorld/app.py", line 11, in <module>
    print(abs(1, 2))
TypeError: abs() takes exactly one argument (2 given)

如果传入的参数数量是对的,但参数类型不能被函数所接受,也会报TypeError的错误,并且给出错误信息:str是错误的参数类型:

print(abs('a'))

报错:

Traceback (most recent call last):
  File "E:/ML/PycharmProjects/HelloWorld/app.py", line 11, in <module>
    print(abs('a'))
TypeError: bad operand type for abs(): 'str'

max函数max()可以接收任意多个参数,并返回最大的那个:

print(max(1, 2)) # 2
print(max(2, 3, 1, -5)) # 3

2.1.2 数据类型转换

Python 内置的常用函数还包括数据类型转换函数:int 把其他数据类型转换为整数 / float / str / bool

int('123') # 123
int(12.34) # 12
float('12.34') # 12.34
str(1.23) # '1.23'
str(100) # '100'
bool(1) # True
bool('') # False

函数名其实就是指向一个函数对象的引用,完全可以把函数名赋给一个变量,相当于给这个函数起了一个“别名”:

a = abs # 变量a指向abs函数
a(-1) # 所以也可以通过a调用abs函数 输出:1

✏️ 练习题:

请利用 Python 内置的hex()函数把一个整数转换成十六进制表示的字符串:

print(hex(int(input())))

2.2 定义函数

2.2.1 def 定义

在Python中,定义一个函数要使用def语句,依次写出函数名、括号、括号中的参数和冒号:,然后,在缩进块中编写函数体,函数的返回值用return语句返回。

我们以自定义一个求绝对值的my_abs函数为例:

def my_abs(x):
    if x >= 0:
        return x
    else:
        return -x
print(my_abs(-99))

!> 请注意,函数体内部的语句在执行时,一旦执行到return时,函数就执行完毕,并将结果返回。因此,函数内部通过条件判断和循环可以实现非常复杂的逻辑。

如果没有return语句,函数执行完毕后也会返回结果,只是结果为Nonereturn None可以简写为return

在 Python 交互环境中定义函数时,注意 Python 会出现...的提示。函数定义结束后需要按两次回车重新回到>>>提示符下:

【Python入门学习笔记】函数

如果你已经把my_abs()的函数定义保存为abstest.py文件了,那么,可以在该文件的当前目录下启动 Python 解释器,用from abstest import my_abs来导入my_abs()函数,注意abstest是文件名(不含.py扩展名):

【Python入门学习笔记】函数

2.2.2 空函数

如果想定义一个什么事也不做的空函数,可以用pass语句:

def nop():
    pass

pass语句什么都不做,那有什么用?实际上pass可以用来作为占位符,比如现在还没想好怎么写函数的代码,就可以先放一个pass,让代码能运行起来。

pass还可以用在其他语句里,比如:

if age >= 18:
    pass

缺少了pass,代码运行就会有语法错误。

2.2.3 参数检查

调用函数时,如果参数个数不对,Python 解释器会自动检查出来,并抛出TypeError

>>> my_abs(1, 2)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: my_abs() takes 1 positional argument but 2 were given

但是如果参数类型不对,Python 解释器就无法帮我们检查。试试my_abs和内置函数abs的差别:

>>> my_abs('A')
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "<stdin>", line 2, in my_abs
TypeError: unorderable types: str() >= int()
>>> abs('A')
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: bad operand type for abs(): 'str'

当传入了不恰当的参数时,内置函数abs会检查出参数错误,而我们定义的my_abs没有参数检查,会导致if语句出错,出错信息和abs不一样。所以,这个函数定义不够完善。

让我们修改一下my_abs的定义,对参数类型做检查,只允许整数和浮点数类型的参数。数据类型检查可以用内置函数isinstance()实现:

def my_abs(x):
    if not isinstance(x, (int, float)):
        raise TypeError('bad operand type')
    if x >= 0:
        return x
    else:
        return -x

添加了参数检查后,如果传入错误的参数类型,函数就可以抛出一个错误:

>>> my_abs('A')
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "<stdin>", line 3, in my_abs
TypeError: bad operand type

错误和异常处理将在后续讲到。

2.2.4 返回多个值

函数可以返回多个值吗?答案是肯定的。

比如在游戏中经常需要从一个点移动到另一个点,给出坐标、位移和角度,就可以计算出新的坐标:

import math

def move(x, y, step, angle=0):
    nx = x + step * math.cos(angle)
    ny = y - step * math.sin(angle)
    return nx, ny

import math语句表示导入math包,并允许后续代码引用math包里的sincos等函数。

然后,我们就可以同时获得返回值:

x, y = move(100, 100, 60, math.pi / 6)
print(x, y) # 151.96152422706632 70.0

但其实这只是一种假象,Python 函数返回的仍然是单一值:

r = move(100, 100, 60, math.pi / 6)
print(r) # (151.96152422706632, 70.0)

原来返回值是一个 tuple!但是,在语法上,返回一个 tuple 可以省略括号,而多个变量可以同时接收一个 tuple,按位置赋给对应的值,所以,Python 的函数返回多值其实就是返回一个 tuple,但写起来更方便。

✏️ 小结:

  • 定义函数时,需要确定函数名参数个数
  • 如果有必要,可以先对参数的数据类型做检查;
  • 函数体内部可以用return随时返回函数结果;
  • 函数执行完毕也没有return语句时,自动return None
  • 函数可以同时返回多个值,但其实就是一个tuple

✏️ 练习题:

请定义一个函数quadratic(a, b, c),接收 3 个参数,返回一元二次方程 ax2+bx+c=0ax^2+bx+c=0 的两个解。

提示:

一元二次方程的求根公式为:
x=b±b24ac2a x=\dfrac{-b±\sqrt{b^2-4ac}}{2a}
计算平方根可以调用math.sqrt()函数:

import math
print(math.sqrt(2)) # 1.4142135623730951

粗略的定义函数:

import math
def quadratic(a,b,c):
    delta=b**2-4*a*c
    x1=(-b+math.sqrt(delta))/(2*a)
    x2=(-b-math.sqrt(delta))/(2*a)
    return x1,x2
x=int(input('enter a:'))
y=int(input('enter b:'))
z=int(input('enter c:'))
print('quadratic(x,y,z)', quadratic(x, y, z))

当然后期还要细化,因为有些没有考虑!

2.3 函数的参数

**定义函数的时候,我们把参数的名字和位置确定下来,函数的接口定义就完成了。**对于函数的调用者来说,只需要知道如何传递正确的参数,以及函数将返回什么样的值就够了,函数内部的复杂逻辑被封装起来,调用者无需了解。

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关键字参数,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。

2.3.1 位置参数

我们先写一个计算 x2x^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

print(power(5)) # 25

如果要计算 x 的 n 次方,可以把power(x)修改为power(x, n)

def power(x, n):
    s = 1
    while n > 0:
        n = n - 1
        s = s * x
    return s

修改后的power(x, n)函数有两个参数:xn,这两个参数都是位置参数,调用函数时,传入的两个值按照位置顺序依次赋给参数xn

2.3.2 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,默认参数就排上用场了。由于我们经常计算 x2x^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)

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(思考一下为什么默认参数不能放在必选参数前面);
  • 二是如何设置默认参数。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。

使用默认参数有什么好处?最大的好处是能降低调用函数的难度。

举个例子,我们写个一年级小学生注册的函数,需要传入namegender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')
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='Beijing'):
    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')
name: Sarah
gender: F
age: 6
city: Beijing

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='Tianjin')

可见,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。

有多个默认参数时,调用的时候,既可以按顺序提供默认参数,比如调用enroll('Bob', 'M', 7),意思是,除了namegender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。

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。比如调用enroll('Adam', 'M', city='Tianjin'),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。

默认参数很有用,但使用不当,也会掉坑里。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']

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 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[],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。

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