【Python】5. 基础语法(3) -- 函数篇

函数

函数是什么

编程中的函数和数学中的函数有一定的相似之处.

数学上的函数, 比如 y = sin x , x 取不同的值, y 就会得到不同的结果.

编程中的函数, 是一段可以被重复使用的代码片段 .

# 代码示例: 求数列的和
# 1. 求 1 - 100 的和
sum = 0
for i in range(1, 101):
    sum += i
print(sum)
# 2. 求 300 - 400 的和
sum = 0
for i in range(300, 401):
    sum += i
print(sum)
# 3. 求 1 - 1000 的和
sum = 0
for i in range(1, 1001):
    sum += i
print(sum)

可以发现, 这几组代码基本是相似的, 只有一点点差异. 可以把重复代码提取出来, 做成一个函数

实际开发中, 复制粘贴是一种不太好的策略. 实际开发的重复代码可能存在几十份甚至上百份.
一旦这个重复代码需要被修改, 那就得改几十次, 非常不便于维护.

# 定义函数
def calcSum(beg, end):
    sum = 0
    for i in range(beg, end + 1):
        sum += i
    print(sum)
# 调用函数
sum(1, 100)
sum(300, 400)
sum(1, 1000)

可以明显看到, 重复的代码已经被消除了.

语法格式

创建函数/定义函数

def 函数名(形参列表):
    函数体
    return 返回值

在这里插入图片描述
调用函数/使用函数

函数名(实参列表)           // 不考虑返回值
返回值 = 函数名(实参列表)   // 考虑返回值

函数定义并不会执行函数体内容, 必须要调用才会执行. 调用几次就会执行几次

def test1():
    print('hello')
    
# 如果光是定义函数, 而不调用, 则不会执行.

函数必须先定义, 再使用
在这里插入图片描述

函数参数

在函数定义的时候, 可以在 ( ) 中指定 “形式参数” (简称形参),
然后在调用的时候, 由调用者把 “实际参数” (简称实参) 传递进去.
这样就可以做到一份函数, 针对不同的数据进行计算处理.

考虑前面的代码案例:

def calcSum(beg, end):
    sum = 0
    for i in range(beg, end + 1):
        sum += i
    print(sum)
    
sum(1, 100)
sum(300, 400)
sum(1, 1000)

上面的代码中, beg, end 就是函数的形参. 1, 100 / 300, 400 就是函数的实参.

在执行 sum(1, 100) 的时候, 就相当于 beg = 1, end = 100 , 然后在函数内部就可以针对 1-100进行运算.
在执行 sum(300, 400) 的时候, 就相当于 beg = 300, end = 400 , 然后在函数内部就可以针对300-400 进行运算.

注意:
一个函数可以有一个形参, 也可以有多个形参, 也可以没有形参.
一个函数的形参有几个, 那么传递实参的时候也得传几个. 保证个数要匹配.
在这里插入图片描述

和 C++ / Java 不同, Python 是动态类型的编程语言, 函数的形参不必指定参数类型.
换句话说, 一个函数可以支持多种不同类型的参数(这里Python的动态类型还是很香)
当然也不是说,随便传入啥类型都行,只要保证传入的参数类型,在函数体里面能够支持对应的运算操作即可

在这里插入图片描述
警告提示：你的代码可能存在问题,但是并不影响程序编译执行.
错误：代码中实打实的有问题!
这两个事情严重程度是完全不同的!!
在警告中常会出现PEP8这类的警告说明你的代码不规范
PEP8 是Python里面一套非常流行的编程规范(也就是写代码中的一些"软性要求")

函数返回值

函数的参数可以视为是函数的 “输入”, 则函数的返回值, 就可以视为是函数的 “输出” .

此处的 “输入”, “输出” 是更广义的输入输出, 不是单纯指通过控制台输入输出.
我们可以把函数想象成一个 “工厂”. 工厂需要买入原材料, 进行加工, 并生产出产品.
函数的参数就是原材料, 函数的返回值就是生产出的产品.

看看下列两串代码的区别：
在这里插入图片描述
这两个代码的区别就在于, 前者直接在函数内部进行了打印, 后者则使用 return 语句把结果返回给函数调用者, 再由调用者负责打印.

我们一般倾向于第二种写法.
实际开发中我们的一个通常的编程原则, 是 “逻辑和用户交互分离”. 而第一种写法的函数中, 既包含了计算逻辑, 又包含了和用户交互(打印到控制台上). 这种写法是不太好的, 如果后续我们需要的是把计算结果保存到文件中, 或者通过网络发送, 或者展示到图形化界面里, 那么第一种写法的函数, 就难以胜任了.
而第二种写法则专注于做计算逻辑, 不负责和用户交互. 那么就很容易把这个逻辑搭配不同的用户交互代码, 来实现不同的效果.

(1) 一个函数中可以有多个 return 语句
在这里插入图片描述
(2) 一个函数是可以一次返回多个返回值的. 使用 , 来分割多个返回值.
在C语言/C++/Java当中就不存在返回多个值的情况
C+＋要想返回多个值,可以通过输出型参数(指针/引用)
Java要想返回多个值,需要把多个值给包装成一个对象,返回这个对象

def getPoint():
    x = 10
    y = 20
    return x, y
a, b = getPoint()
# 这里的赋值是多元赋值 a,b = x,y = 10,20

(3)如果只想关注其中的部分返回值, 可以使用 _ 来忽略不想要的返回值.

def getPoint():
    x = 10
    y = 20
    return x, y
_, b = getPoint()

这里的_是占位符，将y的值赋值给b

变量作用域

一个变量名的有效范围是一定的!只在一个固定的区域内生效

观察以下代码

def getPoint():
    x = 10
    y = 20
    return x, y
x, y = getPoint()

在这个代码中, 函数内部存在 x, y, 函数外部也有 x, y.
但是这两组 x, y 不是相同的变量, 而只是恰好有一样的名字.

(1) 变量只能在所在的函数内部生效.
在这里插入图片描述
(2) 在不同的作用域中, 允许存在同名的变量

(3) 如果函数内部尝试访问的变量在局部不存在, 就会尝试去全局作用域中查找

(4) 如果是想在函数内部, 修改全局变量的值, 需要使用 global 关键字声明
在这里插入图片描述
在函数里尝试读取全局变量,是可以的!
当函数中尝试访问某个变量的时候,会先尝试在局部变量中查找,如果找到,就直接访问.
如果没找到,就会往上一级作用域中进行查找test再往上一级作用域也就是全局

如果此处没有 global , 则函数内部的 x = 10 就会被视为是创建一个局部变量 x, 这样就和全局变量 x 不相关了.

(5) if / while / for 等语句块不会影响到变量作用域
换而言之, 在 if / while / for 中定义的变量, 在语句外面也可以正常使用.

函数执行过程

调用函数才会执行函数体代码. 不调用则不会执行.
函数体执行结束(或者遇到 return 语句), 则回到函数调用位置, 继续往下执行.
在这里插入图片描述

进入调试模式后，按住F7键可以进行step in 逐步调试

链式调用

在这里插入图片描述
链式调用中，是先执行()里面的函数,后执行外面的函数
换句话说,调用一个函数,就需要先对他的参数求值
链式调用的时候,也不要嵌套的层次太深会影响可读性

嵌套调用

函数内部还可以调用其他的函数, 这个动作称为 “嵌套调用” .

def test():
    print("执行函数内部代码")
    print("执行函数内部代码")
    print("执行函数内部代码")

test 函数内部调用了 print 函数, 这里就属于嵌套调用
一个函数里面可以嵌套调用任意多个函数.
函数嵌套的过程是非常灵活的.
在这里插入图片描述
函数之间的调用关系, 在 Python 中会使用一个特定的数据结构来表示, 称为 函数调用栈 . 每次函数调用, 都会在调用栈里新增一个元素, 称为 栈帧.

可以通过 PyCharm 调试器看到函数调用栈和栈帧.
在调试状态下, PyCharm 左下角一般就会显示出函数调用栈.

选中每一层栈帧，都能看到里面的局部变量每个函数的局部变量就保存在对应的栈帧中
调用函数,则生成对应的栈帧.
函数结束,则对应的栈帧消亡(里面的局部变量也就没了)

每个函数的局部变量, 都包含在自己的栈帧中

def a():
    num1 = 10
    print("函数 a")
def b():
    num2 = 20
    a()
    print("函数 b")
def c():
    num3 = 30
    b()
    print("函数 c")
def d():
    num4 = 40
    c()
    print("函数 d")
d()

选择不同的栈帧, 就可以看到各自栈帧中的局部变量.

在这里插入图片描述
思考: 上述代码, a, b, c, d 函数中的局部变量名各不相同. 如果变量名是相同的, 比如都是 num ,
那么这四个函数中的 num 是属于同一个变量, 还是不同变量呢?
【答案】: 不同变量。即使num同名，但是在不同的作用域当中属于不同变量。
每个变量也是保存在各自的栈帧中的 – (每个栈帧也是保存在内存上)
变量本质就是一块内存空间

函数递归

递归是嵌套调用中的一种特殊情况, 即一个函数嵌套调用自己.

# 代码示例: 递归计算 5!
def factor(n):
    if n == 1:
        return 1
    return n * factor(n - 1)


result = factor(5)
print(result)

上述代码中, 就属于典型的递归操作. 在 factor 函数内部, 又调用了 factor 自身
在这里插入图片描述

注意: 递归代码务必要保证
存在递归结束条件. 比如 if n == 1 就是结束条件. 当 n 为 1 的时候, 递归就结束了.
每次递归的时候, 要保证函数的实参是逐渐逼近结束条件的.
如果上述条件不能满足, 就会出现 “无限递归” . 这是一种典型的代码错误
在这里插入图片描述