第八章函数

1.模块化程序设计（模块化---封装、复用、可替代）

2.定义函数

3.函数调用

4.return语句

5.函数参数

6.变量作用域

7.函数的递归调用

8.匿名函数

9.迭代器

10.生成器

11.装饰器

第八章函数

1.模块化程序设计（模块化---封装、复用、可替代）

（1）基本思想：一个大型程序按照功能分隔成若干个小型模块

（2）特点：

模块相对独立、功能单一、结构清晰、接口简单（内聚、耦合）
减少程序复杂性
提高元器件的可靠性
缩短软件开发周期
避免程序开发的重复劳动

2.定义函数

（1）格式：（函数首部+函数体）

def 函数名(形参列表)
内部功能代码
return 表达式

（2）函数名：函数名有区分其它函数的作用，本质就是该函数在内存所占空间的首地址，是常量，该命令要求见名知意。

（3）形式参数（形参）：

作用：函数接受数据的变量空间
原则：调用函数时，形参变量会分配空间，调用结束后会释放空间
设计：形参名称、个数（一一对应）、多个参数使用逗号分割

（4）函数体：编写程序实现函数功能

def summer(lis):
    '''这里写函数的说明文档.doc的位置
    :param lis:参数列表说明
    :return:返回值说明
    '''
    t = 0
    for i in lis:
        t += i
    return t

3.函数调用

（1）作用：使函数功能，传递参数

（2）格式：函数名（实参列表）

（3）调用方式

fun(m)  # 调用fun函数，将实参m传递给形参
n = fun(m)  # 调用fun函数，将返回值复制给n变量
# n=:接受调用fun函数的返回值
s = s * fun(m)  # 调用fun函数，返回值参与后续运算
fun()  # 无返回值、无参，只是执行一次

（4）例：计算c（m,n）=m!/(n!*(m-n)!)

def fac(x):
    facx = 1
    for i in range(1, x + 1):
        facx *= i
    return facx

m = int(input('请输入m的值：'))
n = int(input('请输入n的值：'))
c = fac(m) / (fac(n) * fac(m - n))
print('结果：', c)
# 请输入m的值：6
# 请输入n的值：5
# 结果： 6.0

4.return语句

（1）作用：返回return后的对象，函数执行到此结束，若无返回值，省略return语句，会返回None。

（2）注意：一但函数执行过程中遇到return语句，之后的函数体代码都不会执行，会跳出循环体。

def func():
    pass
    return  # 此时后面的都不会执行
    print()
    pass

（3）return可以返回任意python对象

5.函数参数

（1）位置参数（必须/必备参数）---必须按照正确顺序传到函数函数中，实参和形参的位置对齐，个数相同

def fun(str1,str2):
    print(str1,str2)

fun('hello','world')  # 按位置对齐

（2）关键字参数：使用形参名字来确定输入的参数值，实参不在需要与形参的位置完全一致

def fun(str1,str2):
    print(str1,str2)

fun(str2='world',str1='hello')

（3）默认参数：调用函数时，如果没有传递参数，会默认使用参数

def fun(str1, str2='world'):
    print(str1, str2)

fun('helo')

PS：默认参数必须写在形参列表的最右边，否则报错。默认参数尽量不要指向不变的对象。

面试题：

def func(a=[]):
    a.append('A')
    return a

print(func())  # 1
print(func())  # 2
print(func())  # 3
# ['A']
# ['A', 'A']
# ['A', 'A', 'A']

分析：函数体装入内存后，a列表会被创建，内存中有a列表内容，都不会清空回收。会继续使用直到程序结束。

def func(a=[]):
    print('函数内部a的地址为：%s' % id(a))
    a.append('A')
    return a

b = print(func())  # 1
print('b的地址：%s' % id(b))
print(b)
c = print(func())  # 2
print('c的地址：%s' % id(c))
print(c)
d = print(func())  # 3
print('d的地址：%s' % id(d))
print(d)

若想输出内容不改变，此处需要a不变原则：使用不变类型作为默认值，修改为---

def func(a=None):
    if a is None:
        a=[]
    a.append('A')
    return a
print(func())  # ['A']
print(func())  # ['A']
print(func())  # ['A']

（4）不定长参数（可变参数）：传入的参数可以是任意多个（个数任意）

格式1：*形参。增加一个星号，可以接受多个参数并存储到元组中

def fun(str1,*str2):
    print(str1,str2)

fun('hello','world','china','12345')
# hello ('world', 'china', '12345')

格式2：**形参，增加2个星号，以关键字参数形式传递，以字典形式存储

def func(str1,**str2):
    print(str1,str2)

func('hello',a='world',b='china',c='12345')
# hello {'a': 'world', 'b': 'china', 'c': '12345'}

PS：若形参列表中只有单独的星号，则对实参必须以关键字参数形式传入

def func(str1,*,str2):
    print(str1,str2)

func('hello',str2='world')
# hello world

6.变量作用域

（1）作用域：作用域指变量的有效范围，决定访问权限

（2）编程语言中，变量的作用域代码从代码结构形式来说，分成：块级、函数、类、模块、包（由小到大）。python中没有块级，等同于普通语句

（3）python的作用域共分为四层

x = int(2.9)  # 内建作用域

global_var = 0  # 全局作用域
def outer():
    out_var = 1  # 闭包函数外的函数中

    def inner():
        inner_var = 2  # 局部作用域

（4）python查找规则：L->E->G->B的顺序查找变量，即在局部找不到变量则回到局部外的局部去找，再找不到则到全局去找，最后到内建去找变量，若找不到则报错（提示变量不存在）

（5）全局变量和局部变量

定义在函数内部的变量称为局部变量。定义在函数外的变量一般拥有全局的作用域，称为全局变量

a = 1  # 全局变量
def func():
    b = 2  # 局部变量
    print(a)
    def inner():
        c = 3  # 更局部的变量
        print(a)
        print(b)
        print(c)
func()

global和nonlocal关键字

total = 0  # 全局变量
def plus(arg1, arg2):
    total = arg1 + arg2
    print('函数内局部变量total=', total)
    print('函数内局部变量total的地址：', id(total))
    return total
plus(10, 20)
print('函数外全局变量total=', total)
print('函数外的全局变量total：', id(total))
# 函数内局部变量total= 30
# 函数内局部变量total的地址： 1960342940880
# 函数外部的全局变量total= 0
# 函数外的全局变量total： 2209407920400

global:指定当前变量强制使用外部的全局变量

total = 0  # 全局变量
def plus(arg1, arg2):
    global total  # 使用global什么此处total引用外部的total
    total = arg1 + arg2
    print('函数内局部变量total=', total)
    print('函数内局部变量total的地址：', id(total))
    return total
plus(10, 20)
print('函数外全局变量total=', total)
print('函数外的全局变量total：', id(total))
# 函数内局部变量total= 30
# 函数内局部变量total的地址： 2226970062032
# 函数外全局变量total= 30
# 函数外的全局变量total： 2226970062032

面试题：

a=10
def test():
    a+=1
    print(a)
test()
# 函数内部未定义，也没有在内部使用global声明，所以报错
a = 10

def test():
    global a  # 声明使用外部变量
    a += 1
    print(a)
# 执行会报错，a+=1相当于a=a+1,python中规定如果函数内部需要修改一个变量，那么该变量必须为内部变量，除非使用global声明
test()  # 11

nonlocal：修改嵌套作用域中的变量

a=1
print('全局变量a的地址为：',id(a))
def outer():
    a=2
    print('函数outer内部闭包外部a的地址为:',id(a))

    def inner():
        nonlocal a
        a=3
        print('函数inner调用后闭包内部变量a的地址为：',id(a))

    inner()
    print('函数inner调用后，闭包外部的变量a的地址为：',id(a))
# 此处应输出的是函数闭包外部，outer内部的a的地址，但是引用nonlocal，导致闭包内部不在引用闭包外部的a的空间，所以inner调用后闭包外部地址和闭包内部地址相同
outer()
# 全局变量a的地址为： 2921487493424
# 函数outer内部闭包外部变量a的地址： 2921487493456
# 函数inner调用后闭包内部变量a的地址： 2921487493488
# 函数inner调用后，闭包外部的变量a的地址： 2921487493488

7.函数的递归调用

（1）作用：一个函数在它的函数内部调用本身称为递归调用

（2）例：递归算法来计算n!

def fun(n):
    if n == 0:
        return 0
    else:
        if n > 1:
            x = fun(n - 1) * n
        else:
            x = 1
        return x

m = int(input('请输入一个正整数：'))
print('阶乘结果为：', fun(m))
# 请输入一个正整数：5
# 阶乘结果为： 120

（3）注意：

每一次递归，整体问题的值都要比原来要小，并且递归到一定层次后，必须给出结果。
为了防止递归的无休止调用，必须在函数内部有终止递归的手段，一般配合if-else使用。
递归需要防止递归深度溢出。在python使用栈这种数据结构实现的，默认的深度为1000层，超出该深度会抛出异常。每当进入下一个递归时，栈会增加一层；当函数每返回一层，栈会减少一层。
递归可以使程序变的简洁，增加程序可读性，每一次递归都要重新开辟内存空间，这是以牺牲空间为代价的算法，所以递归会增加程序执行的事件开销。

8.匿名函数

（1）当创建函数时，有时不需要显式的定义函数，直接省略函数名，传入参数计算即可。省略了函数的命名，通过水平不发生表达式生成函数

（2）创建匿名函数：lambda

所谓匿名即不再使用def关键字来创建函数
lambda只是一个表达式，不是一个代码块，函数体比def定义的函数简单
lambda仅仅能封装有限的逻辑语句

（3）格式：lambd 参数：表达式

lambda x: x * x
# 相当于
def fun(x):
    return x * x

lambda是匿名函数的关键字
lambda之后的x为函数参数，相当于原先的形参
x*x为执行代码

（4）匿名函数只能有一个表达式，有自己的命名空间，不用写return语句，表达式结果就是其返回值

9.迭代器

（1）迭代：通过for循环遍历对象的每一个元素的过程

（2）迭代器：是一种可以被遍历的对象，可以用做next（）函数，迭代器对象从第一个元素开始向后进行访问，直至最后一个元素，只能向后遍历，不能向前回溯。---与列表最大区别：列表遍历方向任意。

（3）迭代器的常用方法：iter()；next()

list1 = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8]
l1 = iter(list1)  # 创建迭代器对象l1
for i in l1:
    print(i, end=' ')
# 1 2 3 4 5 6 7 8

（4）迭代器（iterator）和可迭代（iterable）的区别

凡是可作用于for循环的对象都是可迭代类型
凡是可作用于next（）函数的对象都是迭代器类型。
list、dict、str等都是可迭代的但不是迭代器，因为next()函数无法调用它们
for循环本质上是通过调用next（）函数实现下一个访问的

10.生成器

（1）产生原因：由于序列或集合内的元素个数非常巨大，如果全部生成制造，再一次性放入内存会对计算机造成非常大的存储压力。如果元素结果可以按照某些算法推算出来，需要计算哪一个就生成哪一个，不必完整的创建元素集合，从而节省大量内存空间。所以在python中一边循环一边计算的机制称为生成器（generator）

（2）在python使用关键字：yield可以返回函数，使其变成一个生成器。

（3）运行机制：调用函数生成器过程中，每次遇到yield时，函数会暂停执行，并保存当前所有的运行信息，向主调函数处返回结果，并在下一次执行next（）方法时，从当前位置继续执行。

# 斐波那契数列
def fib(n):
    a, b, c = 0, 1, 0
    while 1:
        if c > n:
            return  # 返回停止函数调用
        yield a  # 暂停函数执行，并返回当前结果，还可继续下一次函数的执行
        a, b = b, a + b
        c = c + 1

f1 = fib(10)
for i in f1:
    print(i, end=' ')
print(type(f1))
# 0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 <class 'generator'>

11.装饰器

（1）从函数开始：

def hello():
    print('hello world')

hello()
# hello world

（2）上例定义了一个hello函数，现在需要增加一个功能

# 第一种：
def hello():
    print('====strat====')
    print('hello world')
    print('====end====')
hello()
# 第二种：
def hello():
    print('hello world')
print('====strat====')
hello()
print('====end====')

问题：

第一种方法会改变函数的执行代码

第二种方法如果多次调用，每一次都需要增加开始和结束的特效，将会消耗机器性能，较为麻烦

提出解决方法：

则能不能在不改变函数内部的原始代码和参数及调用方式等信息，又想给该函数增加新功能？

可以使用装饰器，装饰该函数，在不改变原函数的情况下，增加功能。

（3）函数的高阶使用

定义一个函数

def add(a, b):
    return a + b

调用：

def add(a, b):
    return a + b

print(add(2, 3))  # 5

add函数是有返回值的，若输出add不加括号

def add(a, b):
    return a + b

print(add(2, 3))  # 5
print(add)
print(type(add))
# <function add at 0x0000026C6D07EF70>
# <class 'function'>

结论：一个函数名称加上括号就会被执行，函数也和整数、字符串、浮点数一样都是一个对象。

基于上述理论：

a = print
a('hello world')  # hello world
# 解释：将print赋值给a,a('hello world ')等价于print('hello world')

# 改进：
def output():
    return print
output()('hello world')  # hello world
# 解释：任何返回值都可以在调用时直接替换这个函数

# 改进：
def output():
    print('hello world')

def act(func):
    func()

act(output)
# 定义一个output函数可以输出hello world
# 未直接调用，直接写了act函数，act函数的参数是一个函数名，作用：调用act函数时，会间接调用output函数，从而输出hello world

结论：一个函数名称作为一个函数的参数传递给另一个函数时（实参高阶函数），返回值中包含函数名（返回值高阶函数），这里说的函数名本质为函数首地址。若把函数名当做一个参数传递给另一个函数，然后在另一个函数内部做一些操作，则可以实现不修改源代码的情况下从而变更函数功能。

（4）基于上述演变，得出如下示例：

def deco(func):
    def inner():
        print('====start====')
        func()
        print('====end====')
    return inner

def hello():
    print('hello world')

hello = deco(hello)
hello()
# ====start====
# hello world
# ====end====

执行过程：函数deco即hello会被装入内存，等待被执行；执行hello = deco（hello），调用deco函数，将hello函数名作为实参传递过去；执行deco(func)函数，其中func等价于hello函数，inner函数装入内存等待被执行，最后返回inner函数名并到hello=deco(hello)函数调用处，hello会被inner覆盖，此时hello就是inner函数；执行hello（）函数，由于hello已被inner覆盖则相当于执行inner（）函数；执行inner函数输出修饰语句，输出func（）函数结果，由于func指向最早的hello函数则输出hello world。

结论：本段代码本质上修改了调用函数，但实际上未修改函数调用方式，实现了附加功能。通俗一点来说就是把函数当做一个大盒子，deco是大盒子、inner是中盒子、hello是小盒子。程序中将小盒子hello传递给大盒子deco中的中盒子inner，再把中盒子inner执行一次，这就是装饰器。

（若需要多次修改，可以装饰多次）

def deco(func):
    def inner():
        print('==== start ====')
        func()
        print('====  end  ====')
    return inner
def hello():
    print('hello world')
def nihao():
    print('nihao')

hello = deco(hello)
hello()

nihao = deco(nihao)
nihao()

（5）装饰器：

器：工具，可以定义成函数
装饰：指的是为其他事物添加的额外点缀
装饰器：定义一个函数，该函数是用来为其他函数添加额外功能的。
应用场景：应用于有切面操作的场景。如：插入日志，性能测试，事务处理，缓存，权限校验等
语法塘：装饰器的语法简化写法。如：

def deco(func):
    def inner():
        print('==== start ====')
        func()
        print('====  end  ====')
    return inner
@deco  # 等价于 hello = deco(hello)
# @deco写在被装饰的del hello()之前
def hello():
    print('hello world')

hello()
# ====start====
# hello world
# ====end====