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Python编程核心内容之一

  Python版本:3.6.2  操作系统:Windows  作者:SmallWZQ

Python编程核心内容之一——Function(函数),pythonfunction

  Python版本:3.6.2  操作系统:Windows  作者:SmallWZQ

  截至上篇随笔《Python数据结构之四——set(集合)》,Python基础知识也介绍好了。接下来准备干件“大事”。

  什么“大事”呢?下面将要介绍Python编程的核心内容之一——函数。

  对于Python编程,函数的重要性不言而喻。重要的事情讲三遍:函数实在是太重要,太关键了。

  截至上篇随笔《Python数据结构之四——set(集合)》,Python基础知识也介绍好了。接下来准备干件“大事”。

引入函数

  之前,我们编写程序遵循的原则:根据业务逻辑从上到下实现功能,其往往用一长段代码来实现指定功能,开发过程中最常见的操作就是粘贴复制,也就是将之前实现的代码块复制到现需功能处。这种编程方式虽然可以应付一般性问题,但是不能对付大多数问题。这不,下面就来个例子。

1 r1 = 12.3
2 r2 = 9.1
3 r3 = 64.21
4 s1 = 2 * 3.14 * r15 s2 = 2 * 3.14 * r26 s3 = 2 * 3.14 * r3

  圆是个神奇的图形。特别是π,它让人类陷入无限的遐想。OK,回归正题。为了求圆的周长,我们需要引入公式:周长 = 2 * π * r(半径)。看到这儿,某些读者可能会有疑惑:这跟函数有什么关系,之前的方式依然适用。是的,这的确是可以的,但这很麻烦,太重复啦。那如果现在需要把 π 更改为3.1415926535,那该怎么办呢?难道我们要一个一个地去改???Oh,my god!!!这时,我嗅到了函数的味道。

  有了函数,我们就不再每次写c = 2 * 3.14 * x,而是写成更有意义的函数调用c = perimeter_of_circle(x),而函数perimeter_of_circle本身只需要写一次,就可以多次调用。

  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。

  是的,函数最大的优点:增强代码的重用性和可读性。Python中,函数就是最基本的一种代码抽象的方式。

  什么“大事”呢?下面将要介绍Python编程的核心内容之一——函数。

 函数定义

  在Python中,函数有五大要点,分别是def、函数名、函数体、参数、返回值,以及两个英文版符号,分别是括号(括号内为参数)和冒号(:)。

  def:函数的关键字,没它可不行。

  函数名:函数的名称,根据函数名调用函数。

  函数体:函数中进行一系列的具体操作。

  参数:为函数体提供数据。

  返回值:当函数执行完毕后,可以给调用者返回数据。

  上述函数的要点中,最重要的是参数和返回值。

  对于Python编程,函数的重要性不言而喻。重要的事情讲三遍:函数实在是太重要,太关键了。

1.返回值

  函数是一个功能块,该功能到底执行成功与否,需要通过返回值来告知调用者。

引入函数

  之前,我们编写程序遵循的原则:根据业务逻辑从上到下实现功能,其往往用一长段代码来实现指定功能,开发过程中最常见的操作就是粘贴复制,也就是将之前实现的代码块复制到现需功能处。这种编程方式虽然可以应付一般性问题,但是不能对付大多数问题。这不,下面就来个例子。

1 r1 = 12.3
2 r2 = 9.1
3 r3 = 64.21
4 s1 = 2 * 3.14 * r15 s2 = 2 * 3.14 * r26 s3 = 2 * 3.14 * r3

  圆是个神奇的图形。特别是π,它让人类陷入无限的遐想。OK,回归正题。为了求圆的周长,我们需要引入公式:周长 = 2 * π * r(半径)。看到这儿,某些读者可能会有疑惑:这跟函数有什么关系,之前的方式依然适用。是的,这的确是可以的,但这很麻烦,太重复啦。那如果现在需要把 π 更改为3.1415926535,那该怎么办呢?难道我们要一个一个地去改???Oh,my god!!!这时,我嗅到了函数的味道。

  有了函数,我们就不再每次写c = 2 * 3.14 * x,而是写成更有意义的函数调用c = perimeter_of_circle(x),而函数perimeter_of_circle本身只需要写一次,就可以多次调用。

  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。

  是的,函数最大的优点:增强代码的重用性和可读性。Python中,函数就是最基本的一种代码抽象的方式。

2.参数

  定义函数时,参数是一定需要考虑的。Python的函数定义非常简单,但灵活度却非常大。

  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中,参数类型有: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。函数中,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

 函数定义

  在Python中,函数有五大要点,分别是def、函数名、函数体、参数、返回值,以及两个英文版符号,分别是括号(括号内为参数)和冒号(:)。

  def:函数的关键字,没它可不行。

  函数名:函数的名称,根据函数名调用函数。

  函数体:函数中进行一系列的具体操作。

  参数:为函数体提供数据。

  返回值:当函数执行完毕后,可以给调用者返回数据。

  上述函数的要点中,最重要的是参数和返回值。

3.空函数

  空函数:什么事也不做,可以用pass语句。既然“一事不做”,那空函数还有什么用处?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。如此,运行代码程序就不会出现错误了。

1 #空函数
2 def nop():
3     pass

1.返回值

  函数是一个功能块,该功能到底执行成功与否,需要通过返回值来告知调用者。

函数参数

  Python中,参数是非常灵活的。掌握参数就能领悟函数的真谛了。这是真的。参数是比较难理解的,特别是参数组合。

  1.位置参数

  既然说函数,就需要展示函数:

1 #位置参数(必选参数)
2 def involution(x):
3     return x * x
4 >>>involution(3)
5 9
6 >>>involution(5)
7 25

  如代码所示,参数x就是一个位置参数。

  2.默认参数

  Python函数支持默认参数,即可以给函数的参数指定默认值。当该参数没有传入相应的值时,该参数就使用默认值。

 1 #默认参数
 2 def involution(x,n = 2):
 3     s = 1
 4     while n > 0:
 5         n = n - 1
 6         s = s * x
 7     return s
 8 >>>involution(6)
 9 36
10 >>>involution(5,3)
11 125

  如代码所示,当我们调用involution(5),就相当于调用involution(5,2)。

  注:设置默认参数时,必选参数在前,默认参数在后,否则Python的解释器会报错

  3.可变参数

  在Python函数中,还可以定义可变参数。顾名思义,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。

  我们以数学题为例子,给定一组数字a,b,c……,请计算a2 + b2 + c2 + ……。

  要定义出这个函数,我们必须确定输入的参数。由于参数个数不确定,我们首先想到可以把a,b,c……作为一个list或tuple传进来,这样,函数可以定义如下:

1 #一般性函数
2 def calc(numbers):
3     sum = 0
4     for n in numbers:
5         sum = sum + n * n
6     return sum

  如何调用calc()函数呢?需要调用时,需要为参数引入list或者tuple。

1 #函数调用
2 >>> calc([1, 2, 3])
3 14
4 >>> calc((1, 3, 5, 7))
5 84

  然而,如果我们使用可变参数,我们可以进行简化,方法如下:

1 #可变参数
2 def calc(*numbers):
3     sum = 0
4     for n in numbers:
5         sum = sum + n * n
6     return sum

  咋调用呢?这个可简单啦,再也不用list或者tuple了。参数调用只需如下所示:

1 #可变参数的魅力
2 >>> calc(1, 2, 3)
3 14
4 >>> calc(1, 3, 5, 7)
5 84
6 
7 #参数调用不用calc([1,2,3]),括号内还用写中括号,好麻烦~~~

  定义可变参数和定义一个list或tuple参数相比,仅仅在参数前面加了一个*号。在函数内部,参数numbers接收到的是一个tuple,因此,函数代码完全不变。但是,调用该函数时,可以传入任意个参数,包括0个参数

1 >>> calc(1, 2)
2 5
3 >>> calc()
4 0

  如果已经有一个list或者tuple,要调用一个可变参数怎么办?可以这样做:

1 >>> nums = [1, 2, 3]
2 >>> calc(nums[0], nums[1], nums[2])
3 14

  这种写法当然是可行的,问题是太繁琐,所以Python允许你在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:

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

  4.关键字参数

  可变参数允许你传入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。而关键字参数允许你传入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。dict就是字典,它是键值对组合,益处多多~~~

1 #引入关键字参数,默认为**kw
2 def person(name, age, **kw):
3     print('name:', name, 'age:', age, 'other:', kw)

  函数person除了必选参数name和age外,还接受关键字参数kw。在调用该函数时,可以只传入必选参数(必选参数必须全部传入,否则会出错),也可以传入关键字参数。注:关键字参数可是任意个的。

 1 #调用关键字参数
 2 >>>def person(name,age,**kw):
 3 ...    print('name:',name,'age:',age,'other:',kw)
 4 ...
 5 >>>person('Jack')
 6 Traceback (most recent call last):
 7   File "<stdin>", line 1, in <module>
 8 TypeError: person() missing 1 required positional argument: 'age'
 9 >>>person('Jack',36)
10 name:Jack age:36 other:{}
11 >>>person('Jack',36,city='Hangzhou')
12 name:Jack age:36 other:{'city':'Hangzhou'}
13 >>>person('Jack',36,city='Hangzhou',job='Engineer')
14 name:Jack age:36 other:{'city':'Hangzhou','job':'Engineer'}

  关键字参数有什么用呢?其实,既然存在就有它的强大之处。就像自然界中的万物,物竞天择,适者生存。如果它能够在自然界中生存下来,那么它就有独特的生存本领。因此,关键字参数还是有用武之地的。

  它可以扩展函数的功能。比如,在person函数里,我们保证能接收到name和age这两个参数,但是,如果调用者愿意提供更多的参数,我们也能收到。试想你正在做一个用户注册的功能,除了用户名和年龄是必填项外,其他都是可选项,利用关键字参数来定义这个函数就能满足注册的需求。

  如何操作呢?我们可以先组装出一个dict,然后,把该dict转换为关键字参数传进去:

1 >>> extra = {'city': 'Hangzhou', 'job': 'Engineer'}
2 >>> person('Jack', 36, city=extra['city'], job=extra['job'])
3 name: Jack age: 36 other: {'city': 'Hangzhou', 'job': 'Engineer'}

  当然了,上面代码调用方式有点烦,通过dict键来查找值。我们可以通过关键字简化一下:

1 >>> extra = {'city': 'Hangzhou', 'job': 'Engineer'}
2 >>> person('Jack', 36, **extra)
3 name: Jack age: 36 other: {'city': 'Hangzhou', '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。

   5.命名关键字参数

  对于关键字参数,函数的调用者可以传入任意不受限制的关键字参数。至于到底传入了哪些,就需要在函数内部通过kw检查。

  仍以person()函数为例,我们希望检查是否有city和job参数:

1 def person(name, age, **kw):
2     if 'city' in kw:
3         # 有city参数
4         pass
5     if 'job' in kw:
6         # 有job参数
7         pass
8     print('name:', name, 'age:', age, 'other:', kw)

  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:

1 def person(name, age, *, city, job):
2     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。 
  调用命名关键字参数方式如下:

1 #调用命名关键字参数
2 >>> person('Jack', 36, city='Hangzhou', job='Engineer')
3 Jack 36 Hangzhou Engineer

  那如果参数中有可变参数,那该怎么办呢?

  若可变参数后面跟着命名关键字参数,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。

1 def person(name, age, *args, city, job):
2     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。而命名关键字参数可以有缺省值,从而简化调用:

1 def person(name, age, *, city='Hangzhou', job):
2     print(name, age, city, job)

  由于命名关键字参数city具有默认值,调用时,可不传入city参数:

1 >>> person('Jack', 36, job='Engineer')
2 Jack 36 Hangzhou Engineer

  6.参数组合

  目前,函数中共有5种常用的参数类型。若只传入一种类型的参数,这太简单了。难点在哪?难点就在参数组合使用,那是相当恶心。不过,平时最好不要混合使用参数,不然容易搞得“乌烟瘴气”。

  OK!言归正传,不然跑题啦。

  Python中,定义一个函数,我们可以用必选参数、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。但是请注意,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。

  下面来定义一个函数,该函数参数包含一种或几种参数。

1 def f1(a, b, c=0, *args, **kw):
2     print('a =', a, 'b =', b, 'c =', c, 'args =', args, 'kw =', kw)
3 
4 def f2(a, b, c=0, *, d, **kw):
5     print('a =', a, 'b =', b, 'c =', c, 'd =', d, 'kw =', kw)

  在函数调用的时候,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。

 1 >>> f1(1, 2)
 2 a = 1 b = 2 c = 0 args = () kw = {}
 3 >>> f1(1, 2, c=3)
 4 a = 1 b = 2 c = 3 args = () kw = {}
 5 >>> f1(1, 2, 3, 'a', 'b')
 6 a = 1 b = 2 c = 3 args = ('a', 'b') kw = {}
 7 >>> f1(1, 2, 3, 'a', 'b', x=99)
 8 a = 1 b = 2 c = 3 args = ('a', 'b') kw = {'x': 99}
 9 >>> f2(1, 2, d=99, ext=None)
10 a = 1 b = 2 c = 0 d = 99 kw = {'ext': None}

  最神奇的是通过一个tuple和dict,你也可以调用上述函数:

1 >>> args = (1, 2, 3, 4)
2 >>> kw = {'d': 99, 'x': '#'}
3 >>> f1(*args, **kw)
4 a = 1 b = 2 c = 3 args = (4,) kw = {'d': 99, 'x': '#'}
5 >>> args = (1, 2, 3)
6 >>> kw = {'d': 88, 'x': '#'}
7 >>> f2(*args, **kw)
8 a = 1 b = 2 c = 3 d = 88 kw = {'x': '#'}

  所以,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。

  然而,虽然函数参数类型多达5种,但不要同时使用太多的组合,否则函数接口的可理解性很差。哎,简简单单才是真啊。

  7.函数参数小结

  参数,作为函数传入值的媒介,这里有必要做一个总结。

  一、Python的函数具有非常灵活的参数形态,既可以实现简单的调用,又可以传入非常复杂的参数;

  二、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;

三、*args是可变参数,args接收的是一个tuple;

四、**kw是关键字参数,kw接收的是一个dict;

  五、可变参数既可以直接传入:func(1, 2, 3),又可以先组装list或tuple,再通过*args传入:func(*(1, 2, 3))

  六、关键字参数既可以直接传入:func(a=1, b=2),又可以先组装dict,再通过**kw传入:func(**{'a': 1, 'b': 2});

  七、使用*args**kw是Python的习惯写法,当然也可以用其他参数名,但最好使用习惯用法;

  八、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;

  九、定义命名的关键字参数在没有可变参数的情况下不要忘了写分隔符*,否则定义的将是位置参数。

  故而,为了学好Python中的函数部分,参数不容忽视。

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