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p2-1-function-def 第一章 函数定义再探 #30

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1. 再探函数定义的原因

我们已经见过不少函数，也自己写过一些函数。我们已经理解函数的概念来自代数：从输入参数出发，计算出函数的返回值；我们也知道可以用 def foo(): 来定义函数。其实函数的定义非常复杂，我们不太能够在第一次介绍时就讲清楚，所以之前我们就采取 “先引入用起来” 的方法，这是一种知识上的 “提前引用”。

这一章我们就围绕函数定义深入看看。

2. 为函数命名

哪怕一个函数内部什么都不干，它也得有个名字，然后名字后面要加上圆括号 ()，以明示它是个函数，而不是某个变量。

给函数命名（给变量命名也一样）需要遵循的一些规则如下：

  • 首先，名称不能以数字开头，能用在名称开头的只有大小写字母和下划线 _；
  • 其次，名称中不能有空格，如果一个名字里有好几个词汇，可以用下划线来分割，也可以用所谓 Camel Case 风格（doNothing），习惯上更推荐使用下划线；
  • 最后，绝对不能与 Python 语言的关键字（keyword）重复。

关键字也叫保留字（reserved），是编程语言保护起来内部使用的，如果用这些词做变量、函数 或 类型的名字，编译器或者解释器就无法正确工作了。

Python 提供了一个模块叫 keyword 来帮助我们了解语言有哪些关键字：

import keyword
keyword.kwlist

keyword.kwlist 就是当前你使用的 Python 解释器中不可使用的关键字列表，如果我们不记得这个列表，可以随时用 keyword.iskeyword('xxx') 来查询某个词是不是关键字。

在程序里给变量、函数命名是个挺重要的事情，影响到程序的可读性，最好能有一种流畅清晰、又始终一致的风格（style）。为了让全世界的 Python 程序员都有相对一致的风格，Python 社区有专门的一套建议规范，放在专门维护 Python 语言特性的社区 PEP 上：

PEP，是 Python enhancement proposal 的缩写，每当有重要的语言特性、新需求、新想法，就放在这里，经过广大 Python 用户和开发者的讨论完善，在某个版本放进 Python 中。很多 PEP 早已从 proposal 毕业变成官方特性，但也还在这里保留着。PEP 8 就是一个古老的 proposal，现在已为大多数 Python 用户采纳。

3. “没有、一个和多个参数” 的情况

函数可以没有参数，也可以有一个或者多个参数。

没有参数就意味着这个函数执行不依赖于输入。

注意：即使没有参数，无论定义还是调用时，函数名后面的括号都是不可省略的，这是函数身份的标志。

调用时，输入参数的值 是严格按照 参数的顺序 去匹配的。比如我们写一个函数输出某年到某年之间的所有闰年：

def leap_year(year_s, year_e):
    a = list(range(year_s, year_e))
    for year in a:
        if (year%4==0 and year%100!=0) or (year%400==0):
            print(year)
leap_year(2000, 2020)

当我们调用 leap_year(2000, 2020) 时，输入两个参数值 2000 和 2020，按照顺序匹配函数定义 leap_year(year_s, year_e)，于是 year_s = 2000 year_e = 2020。所以参数的顺序是不能搞错的，有些函数参数很多，要是开发过程中还调整过顺序的话，那简直就是灾难，所以一般情况下还是保持函数参数不要乱动为好。

这三个条件 year%4==0、year%100!=0、year%400==0 之间有何关系？若其中某个条件可以用其他条件表示，不就可以简化了吗？

  1. year%4!=0 成立，year%100!=0、year%400!=0 一定成立。
  2. year%100!=0 成立，year%400!=0 一定成立。
  3. year%100==0 成立，year%4==0 一定成立。
  4. year%400==0 成立，year%4==0、year%100==0一定成立。

4. “没有、一个和多个返回值” 的情况

和参数一样，Python 的函数可以没有返回值，也可以有一个或者多个返回值。

实际上，没有返回语句的函数，等价于在其最后有一句 return None，表示函数返回了一个空值 None，None 在 Python 中是一个合法的值，表示什么都没有，它在逻辑上等价于 False。

bool(None)

结果为：

False

所以即使没有返回值的函数，也可以用在 if 后面做逻辑表达式，不过我们并不推荐这么做，因为可读性很差。

大部分情况下函数是有返回值的，因为绝大部分情况下函数的作用都是做 “数据处理”，从输入出发得到输出。

一般情况下函数都只有一个返回值，但 Python 也允许多返回值，比如我们想用一个函数来计算两个整数相除的商和余数，可以这么写：

def idiv(a, b):
    quotient = a // b
    remainder = a % b
    return quotient, remainder

q, r = idiv(50, 6)
print(q, r)

结果如下：

8 2

和多参数的情况类似，多返回值的情况下，赋值也是按照顺序匹配的，上面的代码中赋值语句左边的 q 匹配到第一个返回值，r 匹配第二个。

5. 函数内与函数外：变量的作用域

在不同地方出现的同名变量和函数，可能是完全不同的两个东西。

函数定义体中的变量的作用域是该函数内，程序的其他部分不知道其存在，这种变量叫局部变量（local variable）；函数的输入参数也是局部变量，也只在函数定义体中有效；

不在任何函数、类定义体中的变量的作用域是全局的，在任何地方都可以访问，这种变量称为全局变量（global variable）；

如果局部变量和全局变量同名，函数定义体内会优先局部变量，不会把它当做全局变量。

def increase_one(n):
    n += 1
    return n

n = 1
print(increase_one(n))
print(n)
  • 第一个 print() 打印的是 函数调用 increase_one(n) 的返回值，increase_one(n) 这个语句不在任何函数定义体中，所以它里面用到的变量都是全局变量：
    • 在调用 increase_one() 时，参数 n，按照作用域原理，是全局变量 n 当时的值，也就是 1；
    • 在 increase_one() 函数定义内，参数 n 是输入参数即局部变量，带着传进来的值 1，经过加 1 之后返回，返回值是 2；
    • print 打印这个返回值，输出 2；
    • 这个过程中处理的都是局部变量，完全不影响全局变量 n 的值；
  • 第二个 print() 打印的是全局变量 n 的值，输出 1。

以上的文字，可能需要反复阅读若干遍；几遍下来，消除了疑惑，以后就彻底没问题了；若是这个疑惑并未消除，或者关键点并未消化，以后则会反复被这个疑惑所坑害，浪费无数时间。

顺便说一句，上面这个例子用来说明作用域的概念很有用，但是平时写程序最好别这么写，减少重名的变量可以提升代码的清晰度和可读性。

6. 带缺省值的参数

在函数定义中可以在某个参数后面用等号 = 给它一个缺省值，调用时可以省略传入这个参数的值，直接采用缺省值；当然也可以在调用时传入这个参数的值来覆盖掉缺省值。这种特性相当于给了这个函数两个版本，一个带某个参数，一个不带，不带的版本就当该参数是某个缺省值。

一个函数可以有多个带缺省值的参数，但有一个限制：所有这些带缺省值的参数只能堆在参数表的最后，也就是说你定义的参数表里，出现一个带缺省值的参数，则它后面的都必须带缺省值。如果在函数定义时不遵守此规则，则会扔出一个 SyntaxError: non-default argument follows default argument 的异常。

7. 指定参数名来调用函数

例如下面这个函数：

def greeting(name, msg='Hi', punc='!'):
    print(f'{msg}, {name}{punc}')

在这个版本的 greeting() 函数中，包含一个普通参数 name 和两个带缺省值的参数 msg punc，如果我们想跳过 msg 只传入 name（这个是必须的，因为没有缺省值）和 punc 的值，那么就可用下面的语法：

greeting('zhengfu', punc='.')

在上面这个例子中，第一个值按照顺序位置匹配到参数变量 name，这叫 “positional argument”（即 “按照位置顺序匹配的参数” ），而按照位置下一个是 msg，是我们想跳过的，所以要注明参数变量名，说明下一个传入的值 '.' 是给 punc 参数变量的，这叫 “keyword argument”（即 “按照参数名匹配的参数” ）。

由于所有带缺省值的参数都在普通参数的后面，所以我们只要记住：

  • 调用函数时先传入所有 不带缺省值的参数的值，严格按照函数定义的位置顺序（positional）；
  • 然后想指定哪些带缺省值参数的值，就用 变量名=值 这样的格式在后面列出（keyword），未列出的就还用缺省值了。

8. 变长参数

所谓 变长参数 就是函数定义时名字前面带个星号 * 的参数变量，这表示这个变量其实是一组值，多少个都可以。我们先来看个简单的例子：

def say_hi(*names):
    for name in names:
        print('Hi,', name)

在这个例子里，*names 是一个变长参数（arbitrary argument），调用时可以传入一个或者多个值，函数会把这些值看做一个列表，赋给局部变量 names —— 后面我们会知道，其实不是列表（list），而是一个元组（tuple）—— 然后我们在函数体中可以用 for...in 来对这个 names 做循环。

在使用 arbitrary argument 的场合，有几点需要注意：

  • 参数变量名最好用复数单词，一看就知道是一组数据；这个变量在函数里通常都会被 for...in 循环处理，用复数名词在写类似 for name in names 的循环语句时会很舒服、很地道（idiomatic）；
  • 这种参数变量只能有一个，因为从它开始后面的输入值都会被当做它的一部分，多了就不知道怎么分了，显然，如果有这种参数，必须放在参数表的最后。

上面的第二点，有一个不太常见的例外，那就是一个函数既有 arbitrary arguments 又有 arguments with default values 的情况，那么可以有两个 arbitrary arguments，其中第二个必须带缺省值，然后参数表排列成这样：

def monstrosity(*normal arguments*, *normal arbitrary argument*, *arguments with defaults*, *arbitrary argument with default*)

这样是完全符合语法要求的，调用时 传入参数值 还是按照前面讲的规则，先按照位置顺序匹配前两部分，多出来的都归 normal arbitrary argument；然后按照参数变量名指定对应值，没指定的都用缺省值。不过这实在是太麻烦了，不知道什么情况下才必须用这么可怕的函数！

当然，只有上面列出的前三个部分的情况还是有的，比如下面的例子：

def say_hi(msg, *names, punc='!'):
    for name in names:
        print(f'{msg}, {name}{punc}')

say_hi('hello', 'b', 'c', 'd', punc='.')

结果如下：

hello, b.
hello, c.
hello, d.

小结

  • 函数定义四要素：函数名、参数表、函数体 和 返回值，本章对每一个部分都进行了更深入的说明，尤其是一些特殊的用法；
  • 函数定义内外是两个不同的 “作用域（scope）”，区分出 全局变量 和 局部变量，需要充分理解其运作原理；
  • 参数表可以分为四段（正常情况下最多只会用到前三段），需要充分理解每一段的特点，如何定义和使用，以及为什么。

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