Python 函數(shù)基礎(chǔ)知識匯總

一、函數(shù)基礎(chǔ)

簡單地說，一個函數(shù)就是一組Python語句的組合，它們可以在程序中運(yùn)行一次或多次運(yùn)行。Python中的函數(shù)在其他語言中也叫做過程或子例程，那么這些被包裝起來的語句通過一個函數(shù)名稱來調(diào)用。

有了函數(shù)，我們可以在很大程度上減少復(fù)制及粘貼代碼的次數(shù)了（相信很多人在剛開始時都有這樣的體驗(yàn)）。我們可以把相同的代碼可以提煉出來做成一個函數(shù)，在需要的地方只需要調(diào)用即可。那么，這樣就提高了代碼的復(fù)用率了，整體代碼看起來比較簡練，沒有那么臃腫了。

函數(shù)在Python中是最基本的程序結(jié)構(gòu)，用來最大化地讓我們的代碼進(jìn)行復(fù)用；與此同時，函數(shù)可以把一個錯綜復(fù)雜的系統(tǒng)分割為可管理的多個部分，簡化編程、代碼復(fù)用。

接下來我們看看什么是函數(shù)，及函數(shù)該如何定義。有兩種方式可以進(jìn)行函數(shù)的定義，分別是def及l(fā)ambda關(guān)鍵字。

1. 函數(shù)定義

先總結(jié)一下為什么要使用函數(shù)？

代碼復(fù)用最大化及最小化冗余代碼；
過程分解（拆解）。把一個復(fù)雜的任務(wù)拆解為多個小任務(wù)。
函數(shù)定義的語法為：

def func_name(arg1, arg2, arg3, ..., argN):
  statement
  return value

根據(jù)上面定義，可以簡單地描述為：Python中的函數(shù)是具有0個或多個參數(shù)，具有若干行語句并且具有返回值（返回值可有可無）的一個語句塊（注意縮進(jìn)）。

那么我們就定義一個比較簡單的函數(shù)，該函數(shù)沒有參數(shù)，進(jìn)入ipython交互式環(huán)境：

In[1]: def hello():
 ...:  print('Leave me alone, the world')
 ...:

調(diào)用（執(zhí)行）該函數(shù)：

In[2]: hello()
Leave me alone, the world

我們發(fā)現(xiàn)hello()函數(shù)并沒有return語句，在Python中，如果沒有顯式的執(zhí)行return語句，那么函數(shù)的返回值默認(rèn)為None。

我們說過，定義函數(shù)有兩種形式，另外一種形式是使用lambda來定義。使用lambda定義的函數(shù)是匿名函數(shù)，這個我們在后面的內(nèi)容進(jìn)行講解，這里暫且不表。

二、函數(shù)參數(shù)

定義函數(shù)的時候，我們把參數(shù)的名字和位置確定下來，函數(shù)的接口定義就完成了。對于函數(shù)的調(diào)用者來說，只需要知道如何傳遞正確的參數(shù)，以及函數(shù)將返回什么樣的值就夠了，函數(shù)內(nèi)部的復(fù)雜的邏輯被封裝起來，調(diào)用者無需了解。

Python的函數(shù)定義非常簡單，但靈活度卻非常大。除了正常定義的必選參數(shù)外，還可以使用默認(rèn)參數(shù)、可變參數(shù)和關(guān)鍵字參數(shù)，使得函數(shù)定義出來的接口，不但能處理復(fù)雜的參數(shù)，還可以簡化調(diào)用者的代碼。

1. 默認(rèn)參數(shù)

默認(rèn)參數(shù)使得API簡潔，但不失靈活性。當(dāng)一個參數(shù)有默認(rèn)值時，調(diào)用時如果不傳遞此參數(shù)時，會使用默認(rèn)值。

def inc(init, step=1):
  return init + step
# 調(diào)用一下這個函數(shù)
>>> inc(3)
4
>>> inc(3, 2)
5

默認(rèn)參數(shù)有一個坑，就是非默認(rèn)參數(shù)要放到默認(rèn)參數(shù)的前面（不然Python的解釋器會報語法錯誤）。允許有多個默認(rèn)參數(shù)，但默認(rèn)參數(shù)需要放在參數(shù)列表的最后面。

def append(x, lst=[]):
  return lst.append(x)

此函數(shù)有問題。（函數(shù)中的形參是全局變量？lst在append函數(shù)中叫l(wèi)st，但在全局作用域中，我們不知道lst具體叫什么名字。）

修改之后的函數(shù)為：

def append(x, lst=None):
  if lst is None:
    lst = []
  lst.append(x)
  return lst

通常來說，當(dāng)默認(rèn)參數(shù)是可變的時候，需要特別注意作用域的問題，我們需要上述的技巧（不可變的數(shù)據(jù)類型是值傳遞，可變的數(shù)據(jù)類型是引用傳遞。）。目前可變的對象為list，dict，set，bytearray。

默認(rèn)參數(shù)很有用，但使用不當(dāng)，也會掉坑里。默認(rèn)參數(shù)有個最大的坑，演示如下：

# 先定義一個函數(shù)，傳入一個list，添加一個END再返回
def add_end(L=[]):
  L.append('END')
  return L

當(dāng)我們正常調(diào)用時，結(jié)果似乎不錯：

>>> add_end([1, 2, 3])
[1, 2, 3, 'END']
>>> add_end(['x', 'y', 'z'])
['x', 'y', 'z', 'END']

當(dāng)我們使用默認(rèn)參數(shù)調(diào)用時，一開始結(jié)果也是對的：

>>> add_end()
['END']

但是，再次調(diào)用add_end()時，結(jié)果就不對了：

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

原因解釋如下：

Python函數(shù)在定義的時候，默認(rèn)參數(shù)L的值就被計算出來了，即[]，因?yàn)槟J(rèn)參數(shù)L也是一個變量，它指向?qū)ο骩]，每次調(diào)用該函數(shù)，如果改變了L的內(nèi)容，則下次調(diào)用時，默認(rèn)參數(shù)的內(nèi)容就變了，不再是函數(shù)定義時的[]了。
所以，定義默認(rèn)參數(shù)要牢記一點(diǎn)：默認(rèn)參數(shù)必須指向不變對象！

要修改上面的例子，我們可以用None這個不變對象來實(shí)現(xiàn)：

def add_end(L=None):
  if L is None:
    L = []
  L.append('END')
  return L

為什么要設(shè)計str、None這樣的不變對象呢？因?yàn)椴蛔儗ο笠坏﹦?chuàng)建，對象內(nèi)部的數(shù)據(jù)就不能修改，這樣就減少了由于修改數(shù)據(jù)導(dǎo)致的錯誤。此外，由于對象不變，多任務(wù)環(huán)境下同時讀取對象不需要加鎖，同時讀一點(diǎn)問題都沒有。我們在編寫程序時，如果可以設(shè)計一個不變對象，那就盡量設(shè)計成不變對象。

2. 位置參數(shù)

我們先寫一個計算x^2的函數(shù)：

def power(x):
  return x * x

對于power(x)函數(shù)，參數(shù)x就是一個位置參數(shù)。當(dāng)我們調(diào)用power函數(shù)時，必須傳入有且僅有的一個參數(shù)x：

>>> power(5)
25
>>> power(15)
225

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

def power(x, n):
  s = 1
  while n > 0:
    n = n - 1
    s = s * x
  return s

3. 關(guān)鍵字參數(shù)

可變參數(shù)允許我們傳入0個或任意個參數(shù)，這些可變參數(shù)在函數(shù)調(diào)用時自動組裝為一個tuple。而關(guān)鍵字參數(shù)允許你傳入0個或任意個含參數(shù)名的參數(shù)，這些關(guān)鍵字參數(shù)在函數(shù)內(nèi)部自動組裝為一個dict。示例如下：

def person(name, age, **kwargs):
  print('name:', name, 'age:', age, 'other:', kwargs)

函數(shù)person除了必選參數(shù)name和age外，還接受關(guān)鍵字參數(shù)kwargs。在調(diào)用該函數(shù)時，可以只傳入必選參數(shù)：

>>> person('LavenLiu', 25)
name: LavenLiu age: 25 other: {}

也可以傳入任意個數(shù)的關(guān)鍵字參數(shù)：

>>> person('LavenLiu', 25)
name: LavenLiu age: 25 other: {}

>>> person('Taoqi', 25, city='Hebei')
name: Taoqi age: 25 other: {'city': 'Hebei'}

>>> person('James', 31, gender='M', job='NBA player')
name: James age: 31 other: {'gender': 'M', 'job': 'NBA player'}

關(guān)鍵字參數(shù)有什么用？它可以擴(kuò)展函數(shù)的功能。比如，在person函數(shù)里，我們保證能接收到name和age這兩個參數(shù)，但是，如果調(diào)用者愿意提供更多的參數(shù)，我們也能收到。試想你正在做一個用戶注冊的功能，除了用戶名和年齡是必填項外，其他都是可選項，利用關(guān)鍵字參數(shù)來定義這個函數(shù)就能滿足注冊的需求。

和可變參數(shù)類似，也可以先組裝出一個dict，然后，把該dict轉(zhuǎn)換為關(guān)鍵字參數(shù)傳進(jìn)去：

>>> kwargs = {'city': 'Hebei', 'job': 'Test'}

>>> person('Taoqi', 25, **kwargs)
name: Taoqi age: 25 other: {'city': 'Hebei', 'job': 'Test'}

4. 位置參數(shù)和關(guān)鍵字參數(shù)

位置參數(shù)和關(guān)鍵字參數(shù)是函數(shù)調(diào)用時的概念。

當(dāng)默認(rèn)參數(shù)和關(guān)鍵字參數(shù)結(jié)合起來用的時候，很有用。

關(guān)鍵字參數(shù)必須寫在位置參數(shù)之后，否則會拋出語法錯誤。

def minus(x, y):
  return x - y

minus(3, 5) # 位置參數(shù)，位置傳參
minus(5, 3) # 位置參數(shù)，位置傳參
minus(x=5, y=3) # 關(guān)鍵字參數(shù)，關(guān)鍵字傳參
minus(y=3, x=5) # 關(guān)鍵字參數(shù)，關(guān)鍵字傳參

位置參數(shù)和關(guān)鍵字參數(shù)可以共存，但是關(guān)鍵字參數(shù)必須寫到位置參數(shù)之后。

5. 可變位置參數(shù)

可變位置參數(shù)用*定義，在函數(shù)體內(nèi)，可變位置參數(shù)是一個元組。

可變位置參數(shù)。

In[1]: def fn(*args):
  ...:   print(args)
  ...:  

In[2]: fn((1, 2, 3, 4))
((1, 2, 3, 4),)

In[3]: tup01 = (1, 2, 3, 4)

In[4]: fn(tup01)
((1, 2, 3, 4),)

In[5]: fn(*tup01)
(1, 2, 3, 4)

在python的函數(shù)中，還可以定義可變參數(shù)?？勺儏?shù)就是傳入的參數(shù)個數(shù)是可變的。

In[6]: def cacl(*numbers):
  ...:   sum = 0
  ...:   for n in numbers:
  ...:     sum = sum + n * n
  ...:   return sum
  ...:

In[7]: nums = [1, 2, 3]

In[8]: cacl(*nums) # 這里如果不在nums前面加*，有問題嗎？
Out[8]: 14

6. 可變關(guān)鍵字參數(shù)

可變關(guān)鍵字參數(shù)使用**定義，在函數(shù)體內(nèi)，可變關(guān)鍵字參數(shù)是一個字典?？勺冴P(guān)鍵字參數(shù)的key都是字符串，并且符合標(biāo)識符定義規(guī)范。

def fn(**kwargs):
  print(kwargs)

dict01 = {'name': 'Laven Liu', 'age': 29}
fn(**dict01)
# fn(dict01)
fn(name='Laven Liu', age=29)

{'name': 'Laven Liu', 'age': 29}
{'name': 'Laven Liu', 'age': 29}

可變位置參數(shù)只能以位置參數(shù)的形式調(diào)用
可變關(guān)鍵字參數(shù)只能以關(guān)鍵字參數(shù)的形式調(diào)用
可變位置參數(shù)必須在可變關(guān)鍵字參數(shù)之前

In[18]: def fn(*args, **kwargs):
  ...:   print(args)
  ...:   print(kwargs)
  ...:  

In[19]: fn(1, 2, 3, a=1, b=2)
(1, 2, 3)
{'a': 1, 'b': 2}

In[20]: def fn(*args, x, y):
  ...:   print(args)
  ...:   print(x, y)
  ...:  

In[21]: fn(1, 2, 3, 4)
---------------------------------------------------------------------------
TypeError                 Traceback (most recent call last)
<ipython-input-21-0ab4fbc96a17> in <module>()
----> 1 fn(1, 2, 3, 4)

TypeError: fn() missing 2 required keyword-only arguments: 'x' and 'y'

In[22]: fn(1, 2, x=3, y=4)
(1, 2)
3 4

可變參數(shù)后置
可變參數(shù)不和默認(rèn)參數(shù)一起出現(xiàn)

7. 參數(shù)組合

在Python中定義函數(shù)，可以用必選參數(shù)、默認(rèn)參數(shù)、可變參數(shù)和關(guān)鍵字參數(shù)，這4種參數(shù)都可以一起使用，或者只用其中某些，但是請注意，參數(shù)定義的順序必須是： 必選參數(shù)、默認(rèn)參數(shù)、可變參數(shù)和關(guān)鍵字參數(shù)

比如定義一個函數(shù)，包含上述4種參數(shù)：

>>> def func(a, b, c=0, *args, **kwargs):
...    print('a =', a, 'b =', b, 'c =', c, 'args = ', args, 'kwargs = ', kwargs)
在函數(shù)調(diào)用的時候，Python解釋器自動按照參數(shù)位置和參數(shù)名把對應(yīng)的參數(shù)傳進(jìn)去。

>>> func(1, 2)
a = 1 b = 2 c = 0 args = () kwargs = {}
>>> func(1, 2, c=3)
a = 1 b = 2 c = 3 args = () kwargs = {}
>>> func(1, 2, 3, 'a', 'b')
a = 1 b = 2 c = 3 args = ('a', 'b') kwargs = {}
>>> func(1, 2, 3, 'a', 'b', x=99)
a = 1 b = 2 c = 3 args = ('a', 'b') kwargs = {'x': 99}
>>>

最神奇的是通過一個tuple和dict，我們也可以調(diào)用該函數(shù)：

>>> args = (1, 2, 3, 4)
>>> kwargs = {'x': 99}
>>> func(*args, **kwargs)
a = 1 b = 2 c = 3 args = (4,) kwargs = {'x': 99}

所以，對于任意函數(shù)，都可以通過類似func(*args, **kwargs)的形式調(diào)用它，無論它的參數(shù)是如何定義的。

8. 參數(shù)解構(gòu)

參數(shù)解構(gòu)發(fā)生在函數(shù)調(diào)用時，可變參數(shù)發(fā)生函數(shù)定義的時候。參數(shù)解構(gòu)分為兩種形式，一種是位置參數(shù)解構(gòu)，另一種是關(guān)鍵字參數(shù)解構(gòu)。

參數(shù)結(jié)構(gòu)的兩種形式：

位置參數(shù)解構(gòu)，使用一個星號。解構(gòu)的對象為可迭代對象，解構(gòu)的結(jié)果為位置參數(shù)。
關(guān)鍵字參數(shù)解構(gòu)，使用兩個星號。解構(gòu)的對象為字典，解構(gòu)的結(jié)果為關(guān)鍵字參數(shù)。
位置參數(shù)解構(gòu)的一個例子：

In[23]: def fn(a, b, c):
  ...:   print(a, b, c)
  ...:  

In[24]: lst = [1, 2, 3]

In[25]: fn(lst[0], lst[1], lst[2])
1 2 3
# 也可以進(jìn)行如下形式的調(diào)用
In[26]: fn(*lst) # 這種做法就叫參數(shù)解構(gòu)
1 2 3
# *號可以把線性結(jié)構(gòu)解包成位置參數(shù)
lst = [1, 2, 3, 4]
fn(*lst) # -> fn(lst[0], lst[1], lst[2], lst[3])
TypeError: fn() takes 3 positional arguments but 4 were given
# 這里就報錯了，本來這個函數(shù)只能接收3個位置參數(shù)，lst有四個元素，通過參數(shù)解構(gòu)之后，就變成了4個參數(shù)，所以就報錯了。

接下來看字典解構(gòu)的例子：

In[27]: d = {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3}

In[28]: fn(**d)
1 2 3

# **可以把字典解構(gòu)成關(guān)鍵字參數(shù)
參數(shù)解構(gòu)發(fā)生在函數(shù)調(diào)用時。解構(gòu)的時候，線性結(jié)構(gòu)的解構(gòu)是位置參數(shù)，字典解構(gòu)是關(guān)鍵字參數(shù)。

傳參的順序：位置參數(shù)，線性結(jié)構(gòu)解構(gòu)；關(guān)鍵字參數(shù)，字典解構(gòu)。盡量的少的同時使用兩種解構(gòu)，除非你真的知道在做什么。

In[29]: def fn(a, b, c, d):
  ...:   print(a, b, c, d)
  ...:  

In[30]: fn(0, *[2], c=1, **{'d': 3})
0 2 1 3

9. 參數(shù)槽(keyword-only參數(shù))

Python3中引入的。

def fn(a, b, c):
  print(a, b, c)

fn(a=1, b=2, c=3)

如果要強(qiáng)制傳入的參數(shù)為關(guān)鍵字參數(shù)：

def fn(*, a, b, c):
  print(a, b, c)

>>> fn(1, 2, 3)
Traceback (most recent call last):
 File "<pyshell#17>", line 1, in <module>
  fn(1, 2, 3)
TypeError: fn() takes 0 positional arguments but 3 were given

>>> fn(a=1, b=2, c=3)
1 2 3

# *之后的參數(shù)，必須以關(guān)鍵字參數(shù)的形式傳遞，稱之為參數(shù)槽。
參數(shù)槽通常和默認(rèn)參數(shù)搭配使用。

>>> def fn(a, b, *, x, y):
  print(a, b)
  print(x, y)
>>> fn(1, 2, 3, 4)
Traceback (most recent call last):
 File "<pyshell#23>", line 1, in <module>
  fn(1, 2, 3, 4)
TypeError: fn() takes 2 positional arguments but 4 were given
>>> fn(1, 2, x=3, y=4)
1 2
3 4
>>> fn(1, 2, **{'x': 3, 'y': 4})
1 2
3 4

def fn(a, b, *):
  print(a, b)

def fn(a, b, *):
...  print(a, b)
File "<stdin>", line 1
SyntaxError: named arguments must follow bare *

幾個例子：

def fn01(*, x=1, y=5):
  print(x)
  print(y)
>>> fn01()
1
5

def fn02(x=1, *, y):
  print(x)
  print(y)
>>> fn02(y=3)
1
3

參數(shù)槽之坑：

*之后必須有參數(shù)
非命名參數(shù)有默認(rèn)值時，命名參數(shù)可以沒有默認(rèn)值
默認(rèn)參數(shù)應(yīng)該在每段參數(shù)的最后
使用參數(shù)槽時，不能使用可變位置參數(shù)，可變關(guān)鍵之參數(shù)必須放在命名參數(shù)之后

三、高級用法

1. 遞歸函數(shù)

在函數(shù)內(nèi)部，可以調(diào)用其他函數(shù)。如果一個函數(shù)在內(nèi)部調(diào)用自身本身，這個函數(shù)就是遞歸函數(shù)。

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

使用遞歸函數(shù)的優(yōu)點(diǎn)是邏輯簡單清晰，缺點(diǎn)是過深的調(diào)用會導(dǎo)致棧溢出。

針對尾遞歸優(yōu)化的語言可以通過尾遞歸防止棧溢出。尾遞歸事實(shí)上和循環(huán)是等價的，沒有循環(huán)語句的編程語言只能通過尾遞歸實(shí)現(xiàn)循環(huán)。

2. 匿名函數(shù) lambda

python 使用 lambda 來創(chuàng)建匿名函數(shù)。

lambda只是一個表達(dá)式，函數(shù)體比def簡單很多。

lambda的主體是一個表達(dá)式，而不是一個代碼塊。僅僅能在lambda表達(dá)式中封裝有限的邏輯進(jìn)去。

lambda函數(shù)擁有自己的名字空間，且不能訪問自有參數(shù)列表之外或全局名字空間里的參數(shù)。

雖然lambda函數(shù)看起來只能寫一行，卻不等同于C或C++的內(nèi)聯(lián)函數(shù)，后者的目的是調(diào)用小函數(shù)時不占用棧內(nèi)存從而增加運(yùn)行效率。

fib = lambda n,x=0,y=1:x if not n else fib(n-1,y,x+y)
print(fib(20))

3. Python函數(shù)中的多態(tài)

一個操作的意義取決于被操作對象的類型：

def times(x,y):
 return x*y

>>>times(2,4)
>>>8

times('Python',4) # 傳遞了與上不同的數(shù)據(jù)類型 'PythonPythonPythonPython'

四、總結(jié)

Python的函數(shù)具有非常靈活的參數(shù)形態(tài)，既可以實(shí)現(xiàn)簡單的調(diào)用，又可以傳入非常復(fù)雜的參數(shù)。

默認(rèn)參數(shù)一定要用不可變對象，如果是可變對象，運(yùn)行會有邏輯錯誤！

要注意定義可變參數(shù)和關(guān)鍵字參數(shù)的語法：

*args是可變參數(shù)，args接收的是一個tuple；

**kwargs是關(guān)鍵字參數(shù)，kwargs接收的是一個dict。

以及調(diào)用函數(shù)時如何傳入可變參數(shù)和關(guān)鍵字參數(shù)的語法：

可變參數(shù)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(guān)鍵字參數(shù)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(xí)慣寫法，當(dāng)然也可以用其他參數(shù)名，但最好使用習(xí)慣用法。