Python学习笔记｜函数

一、调用函数

（一）函数基本结构

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。

例如：自定义一个求绝对值的my_abs函数

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

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。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None

如果已经把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）

>>> from abstest import my_abs
>>> my_abs(-9)
9

（二）空函数

可以定义一个什么事也不做的空函数，可以用pass语句：

def nop():
    pass

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。

（三）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。但是如果参数类型不对，Python解释器就无法帮我们检查。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

（四）返回多个值

# 返回多个值
# 从一个点移动到另一个点，给出坐标、位移、角度，即可计算出新的坐标；
# import math语句表示导入math包，并允许后续代码引用math包里的sin、cos等函数。
import math
def move(x,y,step,angle=0):
    nx = x + step * math.cos(angle)
    ny = y - step * math.sin(angle)
    return nx,ny
x,y = move(100,100,60,math.pi/6)
print(x,y)

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

# Python返回的其实是一个tuple,任然是单一值
r = x,y = move(100,100,60,math.pi/6)
print(r)

（五）总结

定义函数时，需要确定函数名和参数个数；
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。

### 求解一元二次方程
import math
def quadratic(a,b,c): #quadratic()开根号
    d = b ** 2 - 4*a*c
    if d > 0:
        x1 = (-b + math.sqrt(d)) / 2*a
        x2 = (-b - math.sqrt(d)) / 2*a
        return x1,x2
    elif d == 0:
        x = -b/2*a
        return x
    else:
        return("无解")
print(quadratic(5,5,5))

二、函数的参数

（一）位置参数

对于power(x)函数，参数x就是一个位置参数

# 计算x2的函数
def power(x):
    return x * x

把power(x)修改为power(x, n)，用来计算x^n^

# 计算x的n次方函数
def power(x, n):
    s = 1
    while n > 0:
        n = n - 1
        s = s * x
    return s

（二）默认参数

经常计算x^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

调用power(5)时，相当于调用power(5, 2)

注意事项

必选参数在前，默认参数在后；
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。

默认参数代码示例：

# 一年级小学生注册的函数,name和gender是位置参数，age和city是默认参数
def enroll(name, gender, age=6, city='Beijing'):
    print('name:', name)
    print('gender:', gender)
    print('age:', age)
    print('city:', city)

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')

默认参数使用错误示例：

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

连续多次调用add_end()函数的默认参数时，会返回不同结果：

>>> add_end()
['END']
>>> add_end()
['END', 'END']
>>> add_end()
['END', 'END', 'END']

原因解释：

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[]；

解决办法：

# 用None这个不变对象来实现
def add_end(L=None):
    if L is None:
        L = []
    L.append('END')
    return L

总结：默认参数必须指向不变对象！

（三）可变参数

可变参数就是传入的参数个数是可变的，可以是1个、2个到任意个，还可以是0个。

示例：给定一组数字a，b，c……，请计算a^2^ + b^2^ + c^2^ + ……

# 把a，b，c……作为一个list或tuple
def calc(numbers):
    sum = 0
    for n in numbers:
        sum = sum + n * n
    return sum

但是调用的时候，需要先组装出一个list或tuple：

>>> calc([1, 2, 3])
14
>>> calc((1, 3, 5, 7))
84

如果利用可变参数，调用函数的方式可以简化成这样：

# 使用可变参数，在变量numbers前加*
def calc(*numbers):
    sum = 0
    for n in numbers:
        sum = sum + n * n
    return sum

>>> calc(1, 2, 3)
14
>>> calc(1, 3, 5, 7)
84

如果已经有一个list或者tuple，要调用一个可变参数，可在list或tuple前面加一个*号，把list或tuple的元素变成可变参数传进去：

>>> nums = [1, 2, 3]
>>> calc(*nums)
14

（四）关键字参数

可变参数允许传入0个或任意个参数，这些可变参数在函数调用时自动组装为一个tuple；

关键字参数允许传入0个或任意个含参数名的参数，这些关键字参数在函数内部自动组装为一个dict；

def person(name, age, **kw):
    print('name:', name, 'age:', age, 'other:', kw)
    
# 运行结果
>>> person('Michael', 30)
name: Michael age: 30 other: {}

# 传入任意个关键字参数
>>> person('Bob', 35, city='Beijing')
name: Bob age: 35 other: {'city': 'Beijing'}
>>> person('Adam', 45, gender='M', job='Engineer')
name: Adam age: 45 other: {'gender': 'M', 'job': 'Engineer'}

和可变参数类似，也可以先组装出一个dict，然后，把该dict转换为关键字参数传进去：

>>> extra = {'city': 'Beijing', 'job': 'Engineer'}
>>> person('Jack', 24, city=extra['city'], job=extra['job'])
name: Jack age: 24 other: {'city': 'Beijing', 'job': 'Engineer'}

# 简化写法
>>> extra = {'city': 'Beijing', 'job': 'Engineer'}
>>> person('Jack', 24, **extra)
name: Jack age: 24 other: {'city': 'Beijing', 'job': 'Engineer'}

# **extra表示把extra这个dict的所有key-value用关键字参数传入到函数的**kw参数，kw将获得一个dict，注意kw获得的dict是extra的一份拷贝，对kw的改动不会影响到函数外的extra

（五）命名关键字参数

如果要限制关键字参数的名字，就可以用命名关键字参数，例如，只接收city和job作为关键字参数。这种方式定义的函数如下：

def person(name, age, *, city, job):
    print(name, age, city, job)

和关键字参数**kw不同，命名关键字参数需要一个特殊分隔符*，*后面的参数被视为命名关键字参数。如果函数定义中已经有了一个可变参数，后面跟着的命名关键字参数就不再需要一个特殊分隔符*了：

def person(name, age, *args, city, job):
    print(name, age, args, city, job)

命名关键字参数必须传入参数名，这和位置参数不同。如果没有传入参数名，调用将报错：

>>> person('Jack', 24, 'Beijing', 'Engineer')
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: person() missing 2 required keyword-only arguments: 'city' and 'job'

由于调用时缺少参数名city和job，Python解释器把前两个参数视为位置参数，后两个参数传给*args，但缺少命名关键字参数导致报错。

命名关键字参数可以有缺省值，从而简化调用：

def person(name, age, *, city='Beijing', job):
    print(name, age, city, job)
    
# 命名关键字参数可以有缺省值，从而简化调用：
>>> person('Jack', 24, job='Engineer')
Jack 24 Beijing Engineer

（六）参数组合

在Python中定义函数，可以用必选参数、默认参数、可变参数、关键字参数和命名关键字参数，这5种参数都可以组合使用。

但是，参数定义的顺序必须是：必选参数、默认参数、可变参数、命名关键字参数和关键字参数。

比如定义一个函数，包含上述若干种参数：

def f1(a, b, c=0, *args, **kw):
    print('a =', a, 'b =', b, 'c =', c, 'args =', args, 'kw =', kw)

def f2(a, b, c=0, *, d, **kw):
    print('a =', a, 'b =', b, 'c =', c, 'd =', d, 'kw =', kw)

# 函数调用的时候，Python解释器自动按照参数位置和参数名把对应的参数传进去
>>> f1(1, 2)
a = 1 b = 2 c = 0 args = () kw = {}
>>> f1(1, 2, c=3)
a = 1 b = 2 c = 3 args = () kw = {}
>>> f1(1, 2, 3, 'a', 'b')
a = 1 b = 2 c = 3 args = ('a', 'b') kw = {}
>>> f1(1, 2, 3, 'a', 'b', x=99)
a = 1 b = 2 c = 3 args = ('a', 'b') kw = {'x': 99}
>>> f2(1, 2, d=99, ext=None)
a = 1 b = 2 c = 0 d = 99 kw = {'ext': None}

# 通过一个tuple和dict，也可以调用上述函数：
>>> args = (1, 2, 3, 4)
>>> kw = {'d': 99, 'x': '#'}
>>> f1(*args, **kw)
a = 1 b = 2 c = 3 args = (4,) kw = {'d': 99, 'x': '#'}
>>> args = (1, 2, 3)
>>> kw = {'d': 88, 'x': '#'}
>>> f2(*args, **kw)
a = 1 b = 2 c = 3 d = 88 kw = {'x': '#'}

# 对于任意函数，都可以通过类似func(*args, **kw)的形式调用它，无论它的参数是如何定义的。

（七）总结

默认参数一定要用不可变对象，如果是可变对象，程序运行时会有逻辑错误；
要注意定义可变参数和关键字参数的语法：
*args是可变参数，args接收的是一个tuple；
**kw是关键字参数，kw接收的是一个dict；
调用函数时传入可变参数和关键字参数的语法：
可变参数：
（1）直接传入：func(1, 2, 3)
（2）先组装list或tuple，再通过*args传入：func(*(1, 2, 3))
关键字参数
（1）直接传入：func(a=1, b=2)
（2）先组装dict，再通过**kw传入：func(**{'a': 1, 'b': 2})
命名的关键字参数是为了限制调用者可以传入的参数名，同时可以提供默认值。

三、递归函数

如果一个函数在内部调用自身本身，这个函数就是递归函数。

def fact(n):
    if n==1:
        return 1
    return n * fact(n - 1)

# 运行结果
>>> fact(1)
1
>>> fact(5)
120
>>> fact(100)
93326215443944152681699238856266700490715968264381621468592963895217599993229915608941463976156518286253697920827223758251185210916864000000000000000000000000