Python基础之:函数

比眉伴天荒 2022-11-06 04:59 229阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  简介
 *  内置函数
 *  自定义函数
 *   *  参数的默认值
     *  关键字参数
     *  特殊参数
     *  参数解包
     *  Lambda
     *  函数标注

# 简介 #

函数是结构化编程的基础，也是代码复用的基石。Python中通过def来自定义函数。本文将会深入探索Python中函数的秘密。

# 内置函数 #

除了用户的自定义函数之外，Python内置了一些非常有用的函数：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left"></th> 
   <th align="left">内置函数</th> 
   <th align="left"></th> 
   <th align="left"></th> 
   <th></th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#abs" rel="nofollow"><code>abs()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#delattr" rel="nofollow"><code>delattr()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#hash" rel="nofollow"><code>hash()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#func-memoryview" rel="nofollow"><code>memoryview()</code></a></td> 
   <td><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#func-set" rel="nofollow"><code>set()</code></a></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#all" rel="nofollow"><code>all()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#func-dict" rel="nofollow"><code>dict()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#help" rel="nofollow"><code>help()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#min" rel="nofollow"><code>min()</code></a></td> 
   <td><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#setattr" rel="nofollow"><code>setattr()</code></a></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#any" rel="nofollow"><code>any()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#dir" rel="nofollow"><code>dir()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#hex" rel="nofollow"><code>hex()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#next" rel="nofollow"><code>next()</code></a></td> 
   <td><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#slice" rel="nofollow"><code>slice()</code></a></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#ascii" rel="nofollow"><code>ascii()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#divmod" rel="nofollow"><code>divmod()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#id" rel="nofollow"><code>id()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#object" rel="nofollow"><code>object()</code></a></td> 
   <td><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#sorted" rel="nofollow"><code>sorted()</code></a></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#bin" rel="nofollow"><code>bin()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#enumerate" rel="nofollow"><code>enumerate()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#input" rel="nofollow"><code>input()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#oct" rel="nofollow"><code>oct()</code></a></td> 
   <td><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#staticmethod" rel="nofollow"><code>staticmethod()</code></a></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#bool" rel="nofollow"><code>bool()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#eval" rel="nofollow"><code>eval()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#int" rel="nofollow"><code>int()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#open" rel="nofollow"><code>open()</code></a></td> 
   <td><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#func-str" rel="nofollow"><code>str()</code></a></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#breakpoint" rel="nofollow"><code>breakpoint()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#exec" rel="nofollow"><code>exec()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#isinstance" rel="nofollow"><code>isinstance()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#ord" rel="nofollow"><code>ord()</code></a></td> 
   <td><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#sum" rel="nofollow"><code>sum()</code></a></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#func-bytearray" rel="nofollow"><code>bytearray()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#filter" rel="nofollow"><code>filter()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#issubclass" rel="nofollow"><code>issubclass()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#pow" rel="nofollow"><code>pow()</code></a></td> 
   <td><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#super" rel="nofollow"><code>super()</code></a></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#func-bytes" rel="nofollow"><code>bytes()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#float" rel="nofollow"><code>float()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#iter" rel="nofollow"><code>iter()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#print" rel="nofollow"><code>print()</code></a></td> 
   <td><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#func-tuple" rel="nofollow"><code>tuple()</code></a></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#callable" rel="nofollow"><code>callable()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#format" rel="nofollow"><code>format()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#len" rel="nofollow"><code>len()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#property" rel="nofollow"><code>property()</code></a></td> 
   <td><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#type" rel="nofollow"><code>type()</code></a></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#chr" rel="nofollow"><code>chr()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#func-frozenset" rel="nofollow"><code>frozenset()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#func-list" rel="nofollow"><code>list()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#func-range" rel="nofollow"><code>range()</code></a></td> 
   <td><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#vars" rel="nofollow"><code>vars()</code></a></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#classmethod" rel="nofollow"><code>classmethod()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#getattr" rel="nofollow"><code>getattr()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#locals" rel="nofollow"><code>locals()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#repr" rel="nofollow"><code>repr()</code></a></td> 
   <td><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#zip" rel="nofollow"><code>zip()</code></a></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#compile" rel="nofollow"><code>compile()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#globals" rel="nofollow"><code>globals()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#map" rel="nofollow"><code>map()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#reversed" rel="nofollow"><code>reversed()</code></a></td> 
   <td><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#__import__" rel="nofollow"><code>__import__()</code></a></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#complex" rel="nofollow"><code>complex()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#hasattr" rel="nofollow"><code>hasattr()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#max" rel="nofollow"><code>max()</code></a></td> 
   <td align="left"><a href="https://docs.python.org/zh-cn/3.9/library/functions.html#round" rel="nofollow"><code>round()</code></a></td> 
   <td></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

# 自定义函数 #

Python中使用def来定义函数，并使用return来返回特定的值。

看一个简单的函数的例子：

def my_function(x, y, z):
          if z > 1:
             return z * (x + y)
         else:
             return z / (x + y)

把我们之前讲的斐波拉赫数列的例子重新用函数来定义，可以这样写：

def fib(n):   
         a, b = 0, 1
         while a < n:
             print(a, end=' ')
             a, b = b, a+b
         print()
         
    # 调用函数
    fib(1000)

函数的内容需要使用空格或者tab来进行缩进。

## 参数的默认值 ##

在Python中，我们可以给参数设置默认值，这样如果在函数调用的过程中没有传递参数的时候，就会使用默认值作为参数。

在我们之前定义的函数my\_function中，我们可以给z设置一个默认值：

def my_function(x, y, z=10):
          if z > 1:
             return z * (x + y)
         else:
             return z / (x + y)

这样我们在调用my\_function可以只用传递两个参数，最后的z可以使用默认的参数值。

注意，默认值只会执行一次，如果你传入的参数是可变对象（列表，字典和类实例）的话，我们需要注意这个问题：

def f(a, L=[]):
        L.append(a)
        return L
    
    print(f(1))
    print(f(2))
    print(f(3))
    
    # 输出
    [1]
    [1, 2]
    [1, 2, 3]

如果不想在后面的调用中共享默认值，那么可以把默认值的赋值放到函数体内部：

def f(a, L=None):
        if L is None:
            L = []
        L.append(a)
        return L

## 关键字参数 ##

我们可以使用key=value的方式对函数进行调用。

还是前面的函数：

def my_function(x, y, z=10):
          if z > 1:
             return z * (x + y)
         else:
             return z / (x + y)

我们可以这样调用：

my_function(1,y=3,z=5)
    my_function(1,y=3)

但是不能这样用：

my_function(y=3,1)

关键字的参数必须要放在非关键词参数的后面。也不能对参数进行多次赋值：

>>> def function(a):
    ...     pass
    ...
    >>> function(0, a=0)
    Traceback (most recent call last):
      File "<stdin>", line 1, in <module>
    TypeError: function() got multiple values for keyword argument 'a'

通过上面的讨论我们可以看出，Python函数中的参数有两种，一种是带默认值的参数，一种是不带默认值的参数。

> 注意，不带默认值的参数一定要在带默认值的参数之前 。

看一个错误的例子：

In [69]: def fa(a=100,b,c=200):
        ...:     pass
      File "<ipython-input-69-d5678b64f352>", line 1
        def fa(a=100,b,c=200):
              ^
    SyntaxError: non-default argument follows default argument

而向函数传递参数也有两种方式，一种是不带关键字的传递，一种是带关键字的传递。

> 注意，非关键词参数的传递一定要在关键词参数传递之前。

举个错误的例子：

In [70]: def fa(a,b=100,c=200):
        ...:     pass
        ...:
    
    In [71]: fa(a=100,30)
      File "<ipython-input-71-5a229b8e420e>", line 1
        fa(a=100,30)
                ^
    SyntaxError: positional argument follows keyword argument

那么问题来了，如果有多个关键词参数和多个非关键词参数，有没有简便的方法来定义这样的函数呢？

有的，那就是 `*arguments` 和 `**keywords`

`*arguments`用来接收所有多余的非关键词参数。而`**keywords`用来接收所有额外的关键词参数。

> 注意，`*arguments`一定要出现在 `**keywords` 的前面。

举个例子：

def cheeseshop(kind, *arguments, **keywords):
        print("-- Do you have any", kind, "?")
        print("-- I'm sorry, we're all out of", kind)
        for arg in arguments:
            print(arg)
        print("-" * 40)
        for kw in keywords:
            print(kw, ":", keywords[kw])

我们可以这样调用：

cheeseshop("Limburger", "It's very runny, sir.",
               "It's really very, VERY runny, sir.",
               shopkeeper="Michael Palin",
               client="John Cleese",
               sketch="Cheese Shop Sketch")

将会得到下面的结果：

-- Do you have any Limburger ?
    -- I'm sorry, we're all out of Limburger
    It's very runny, sir. It's really very, VERY runny, sir.
    ----------------------------------------
    shopkeeper : Michael Palin
    client : John Cleese
    sketch : Cheese Shop Sketch

## 特殊参数 ##

函数可以按位置传参，可以按照关键词传参，也可以混合传参。

在某些情况下，我们可能需要限制传参的类型，比如只接收按位置传递，只接收按关键词传递，或者只接受混合传递。

看下特殊参数的定义：

def f(pos1, pos2, /, pos_or_kwd, *, kwd1, kwd2):
          -----------    ----------     ----------
            |             |                  |
            |        按位置或者关键词           |
            |                                - 只允许按关键词传递
             -- 只允许按位置传递

> 注意，参数之间是以 / 和 \* 来进行区分的。

我们举个例子：

>>> def standard_arg(arg):
    ...     print(arg)
    ...
    >>> def pos_only_arg(arg, /):
    ...     print(arg)
    ...
    >>> def kwd_only_arg(*, arg):
    ...     print(arg)
    ...
    >>> def combined_example(pos_only, /, standard, *, kwd_only):
    ...     print(pos_only, standard, kwd_only)

上面定义了4种传参方式的函数。

第一个函数就是标准形式，可以按位置传递，也可以按关键词传递。

第二个函数只允许按照位置传递。

第三个函数只允许按照关键词来传递。

第四个函数是混合模式。

## 参数解包 ##

有时候我们需要将列表或者字典的值转换为函数的参数。那么就需要用到参数解包的功能。

`*` 操作符 可以用来解包列表和元组。

>>> list(range(3, 6))            # normal call with separate arguments
    [3, 4, 5]
    >>> args = [3, 6]
    >>> list(range(*args))            # call with arguments unpacked from a list
    [3, 4, 5]

`**` 操作符 可以用来解包字典。

>>> def parrot(voltage, state='a stiff', action='voom'):
    ...     print("-- This parrot wouldn't", action, end=' ')
    ...     print("if you put", voltage, "volts through it.", end=' ')
    ...     print("E's", state, "!")
    ...
    >>> d = { "voltage": "four million", "state": "bleedin' demised", "action": "VOOM"}
    >>> parrot(**d)

## Lambda ##

熟悉java的朋友可能知道，在JDK8中，Java引入了Lambda表达式。同样的Python中也有Lambda。

你可以将Lambda看做是匿名函数。可以在任何需要函数的地方使用Lambda表达式。

看一个Lambda的例子：

>>> def make_incrementor(n):
    ...     return lambda x: x + n
    ...
    >>> f = make_incrementor(42)
    >>> f(0)
    42
    >>> f(1)
    43

还可以将lambda的返回值作为参数：

>>> pairs = [(1, 'one'), (2, 'two'), (3, 'three'), (4, 'four')]
    >>> pairs.sort(key=lambda pair: pair[1])
    >>> pairs
    [(4, 'four'), (1, 'one'), (3, 'three'), (2, 'two')]

## 函数标注 ##

之前我们讨论的是简单的自定义函数形式，我们并不知道函数的参数类型和返回值类型，其实函数可以写得更加详细一些，这就要用到函数标注了。

所谓函数标注就是用户自定义函数中的类型的可选元数据信息。

函数标注是以字典的形式存放在 `__annotations__` 属性中的。我们在参数的名称后面加上冒号，后面跟一个表达式，那么这个表达式会被求值为标注的值。对于返回值来说，返回值标注的定义是加上一个组合符号 `->`，后面跟一个表达式，该标注位于形参列表和表示 def 语句结束的冒号之间。

举个例子：

>>> def f(ham: str, eggs: str = 'eggs') -> str:
    ...     print("Annotations:", f.__annotations__)
    ...     print("Arguments:", ham, eggs)
    ...     return ham + ' and ' + eggs
    ...
    >>> f('spam')
    Annotations: { 'ham': <class 'str'>, 'return': <class 'str'>, 'eggs': <class 'str'>}
    Arguments: spam eggs
    'spam and eggs'

其实使用函数标注写出来的程序更加清晰，可读性更高。

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