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10分鐘學會 Python 函式基礎知識

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一、函式基礎


簡單地說,一個函式就是一組Python陳述句的組合,它們可以在程式中運行一次或多次運行。Python中的函式在其他語言中也叫做過程或子例程,那麼這些被包裝起來的陳述句通過一個函式名稱來呼叫。

有了函式,我們可以在很大程度上減少複製及粘貼代碼的次數了(相信很多人在剛開始時都有這樣的體驗)。我們可以把相同的代碼可以提煉出來做成一個函式,在需要的地方只需要呼叫即可。那麼,這樣就提高了代碼的復用率了,整體代碼看起來比較簡練,沒有那麼臃腫了。

函式在Python中是最基本的程式結構,用來最大化地讓我們的代碼進行復用;與此同時,函式可以把一個錯綜複雜的系統分割為可管理的多個部分,簡化編程、代碼復用。

接下來我們看看什麼是函式,及函式該如何定義。有兩種方式可以進行函式的定義,分別是def及lambda關鍵字。


1. 函式定義

先總結一下為什麼要使用函式?

  1. 代碼復用最大化及最小化冗餘代碼;

  2. 過程分解(拆解)。把一個複雜的任務拆解為多個小任務。

函式定義的語法為:

根據上面定義,可以簡單地描述為:Python中的函式是具有0個或多個引數,具有若干行陳述句並且具有傳回值(傳回值可有可無)的一個陳述句塊(註意縮進)。

那麼我們就定義一個比較簡單的函式,該函式沒有引數,進入ipython交互式環境:

呼叫(執行)該函式:

我們發現hello()函式並沒有return陳述句,在Python中,如果沒有顯式的執行return陳述句,那麼函式的傳回值預設為None。

我們說過,定義函式有兩種形式,另外一種形式是使用lambda來定義。使用lambda定義的函式是匿名函式,這個我們在後面的內容進行講解,這裡暫且不表。


二、函式引數

定義函式的時候,我們把引數的名字和位置確定下來,函式的接口定義就完成了。對於函式的呼叫者來說,只需要知道如何傳遞正確的引數,以及函式將傳回什麼樣的值就夠了,函式內部的複雜的邏輯被封裝起來,呼叫者無需瞭解。

Python的函式定義非常簡單,但靈活度卻非常大。除了正常定義的必選引數外,還可以使用預設引數、可變引數和關鍵字引數,使得函式定義出來的接口,不但能處理複雜的引數,還可以簡化呼叫者的代碼。


1. 預設引數

預設引數使得API簡潔,但不失靈活性。當一個引數有預設值時,呼叫時如果不傳遞此引數時,會使用預設值。

預設引數有一個坑,就是非預設引數要放到預設引數的前面(不然Python的解釋器會報語法錯誤)。允許有多個預設引數,但預設引數需要放在引數串列的最後面。

此函式有問題。(函式中的形參是全域性變數?lst在append函式中叫lst,但在全域性作用域中,我們不知道lst具體叫什麼名字。)

修改之後的函式為:

通常來說,當預設引數是可變的時候,需要特別註意作用域的問題,我們需要上述的技巧(不可變的資料型別是值傳遞,可變的資料型別是取用傳遞。)。目前可變的物件為list,dict,set,bytearray。

預設引數很有用,但使用不當,也會掉坑裡。預設引數有個最大的坑,演示如下:

當我們正常呼叫時,結果似乎不錯,

當我們使用預設引數呼叫時,一開始結果也是對的,

但是,再次呼叫add_end()時,結果就不對了,

原因解釋如下:

Python函式在定義的時候,預設引數L的值就被計算出來了,即[],因為預設引數L也是一個變數,它指向物件[],每次呼叫該函式,如果改變了L的內容,則下次呼叫時,預設引數的內容就變了,不再是函式定義時的[]了。

所以,定義預設引數要牢記一點:預設引數必須指向不變物件!

要修改上面的例子,我們可以用None這個不變物件來實現,

為什麼要設計str、None這樣的不變物件呢?因為不變物件一旦創建,物件內部的資料就不能修改,這樣就減少了由於修改資料導致的錯誤。此外,由於物件不變,多任務環境下同時讀取物件不需要加鎖,同時讀一點問題都沒有。我們在編寫程式時,如果可以設計一個不變物件,那就儘量設計成不變物件。


2. 位置引數

我們先寫一個計算x^2的函式:

對於power(x)函式,引數x就是一個位置引數。當我們呼叫power函式時,必須傳入有且僅有的一個引數x:

現在,如果我們要計算x^3怎麼辦呢?可以再定義一個power3函式,但是如果要計算x^4、x^5、x^n,怎麼辦?我們不可能定義無限多個函式,我們可以把power(x)修改為power(x, n),用來計算x^n,說寫就寫:


3. 關鍵字引數

可變引數允許我們傳入0個或任意個引數,這些可變引數在函式呼叫時自動組裝為一個tuple。而關鍵字引數允許你傳入0個或任意個含引數名的引數,這些關鍵字引數在函式內部自動組裝為一個dict。示例如下:

函式person除了必選引數name和age外,還接受關鍵字引數kwargs。在呼叫該函式時,可以只傳入必選引數:

也可以傳入任意個數的關鍵字引數:

關鍵字引數有什麼用?它可以擴展函式的功能。比如,在person函式里,我們保證能接收到name和age這兩個引數,但是,如果呼叫者願意提供更多的引數,我們也能收到。試想你正在做一個用戶註冊的功能,除了用戶名和年齡是必填項外,其他都是可選項,利用關鍵字引數來定義這個函式就能滿足註冊的需求。

和可變引數類似,也可以先組裝出一個dict,然後,把該dict轉換為關鍵字引數傳進去:


4. 位置引數和關鍵字引數

位置引數和關鍵字引數是函式呼叫時的概念。

當預設引數和關鍵字引數結合起來用的時候,很有用。

關鍵字引數必須寫在位置引數之後,否則會丟擲語法錯誤。

位置引數和關鍵字引數可以共存,但是關鍵字引數必須寫到位置引數之後。


5. 可變位置引數

可變位置引數用*定義,在函式體內,可變位置引數是一個元組。

可變位置引數。

在python的函式中,還可以定義可變引數。可變引數就是傳入的引數個數是可變的。


6. 可變關鍵字引數

可變關鍵字引數使用**定義,在函式體內,可變關鍵字引數是一個字典。可變關鍵字引數的key都是字串,並且符合識別符號定義規範。

  • 可變位置引數只能以位置引數的形式呼叫

  • 可變關鍵字引數只能以關鍵字引數的形式呼叫

  • 可變位置引數必須在可變關鍵字引數之前

  • 可變引數後置

  • 可變引數不和預設引數一起出現


7. 引數組合

在Python中定義函式,可以用必選引數、預設引數、可變引數和關鍵字引數,這4種引數都可以一起使用,或者只用其中某些,但是請註意,引數定義的順序必須是: 必選引數、預設引數、可變引數和關鍵字引數

比如定義一個函式,包含上述4種引數:

在函式呼叫的時候,Python解釋器自動按照引數位置和引數名把對應的引數傳進去。

最神奇的是通過一個tuple和dict,我們也可以呼叫該函式:

所以,對於任意函式,都可以通過類似func(*args, **kwargs)的形式呼叫它,無論它的引數是如何定義的。


8. 引數解構

引數解構發生在函式呼叫時,可變引數發生函式定義的時候。引數解構分為兩種形式,一種是位置引數解構,另一種是關鍵字引數解構。

引數結構的兩種形式:

  • 位置引數解構,使用一個星號。解構的物件為可迭代物件,解構的結果為位置引數。

  • 關鍵字引數解構,使用兩個星號。解構的物件為字典,解構的結果為關鍵字引數。

位置引數解構的一個例子:

接下來看字典解構的例子:

引數解構發生在函式呼叫時。解構的時候,線性結構的解構是位置引數,字典解構是關鍵字引數。

傳參的順序:位置引數,線性結構解構;關鍵字引數,字典解構。儘量的少的同時使用兩種解構,除非你真的知道在做什麼。


9. 引數槽(keyword-only引數)

Python3中引入的。

如果要強制傳入的引數為關鍵字引數:

引數槽通常和預設引數搭配使用。

幾個例子:

引數槽之坑:

  1. *之後必須有引數

  2. 非命名引數有預設值時,命名引數可以沒有預設值

  3. 預設引數應該在每段引數的最後

  4. 使用引數槽時,不能使用可變位置引數,可變關鍵之引數必須放在命名引數之後

三、高級用法

1. 遞迴函式

在函式內部,可以呼叫其他函式。如果一個函式在內部呼叫自身本身,這個函式就是遞迴函式。

遞迴函式

使用遞迴函式的優點是邏輯簡單清晰,缺點是過深的呼叫會導致棧上限溢位。

針對尾遞迴優化的語言可以通過尾遞迴防止棧上限溢位。尾遞迴事實上和迴圈是等價的,沒有迴圈陳述句的編程語言只能通過尾遞迴實現迴圈。

2. 匿名函式 lambda

python 使用 lambda 來創建匿名函式。

lambda只是一個運算式,函式體比def簡單很多。

lambda的主體是一個運算式,而不是一個代碼塊。僅僅能在lambda運算式中封裝有限的邏輯進去。

lambda函式擁有自己的名字空間,且不能訪問自有引數串列之外或全域性名字空間里的引數。

雖然lambda函式看起來只能寫一行,卻不等同於C或C++的行內函式,後者的目的是呼叫小函式時不占用棧記憶體從而增加運行效率。

實體展示

 

3. Python函式中的多型


一個操作的意義取決於被操作物件的型別:

 

四、總結

Python的函式具有非常靈活的引數形態,既可以實現簡單的呼叫,又可以傳入非常複雜的引數。

預設引數一定要用不可變物件,如果是可變物件,運行會有邏輯錯誤!

要註意定義可變引數和關鍵字引數的語法:

*args是可變引數,args接收的是一個tuple;

**kwargs是關鍵字引數,kwargs接收的是一個dict。

以及呼叫函式時如何傳入可變引數和關鍵字引數的語法:

可變引數既可以直接傳入:func(1, 2, 3),又可以先組裝list或tuple,再通過*args傳入:func(*(1, 2, 3));

關鍵字引數既可以直接傳入:func(a=1, b=2),又可以先組裝dict,再通過kwargs傳入:func({‘a’: 1, ‘b’: 2})。

使用*args和**kwargs是Python的習慣寫法,當然也可以用其他引數名,但最好使用習慣用法。



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