【Python 1-13】Python手把手教程之——详解函数和函数的使用

作者 | 弗拉德

来源 | 弗拉德(公众号:fulade_me)

定义函数

下面是一个打印问候语的简单函数,名为greet_user():

def greet_user():
"""显示简单的问候语"""
print("Hello!")
greet_user()

这个示例演示了最简单的函数结构。使用关键字 def 来告诉Python你要定义一个

函数。在这里,函数名为 greet_user() ,它不需要任何信息就能完成其工作,因此括号是空的(即便如此,括号也必不可少)。最后,定义以冒号结尾。

紧跟在 def greet_user() :后面的所有缩进行构成了函数体。代码行 print("Hello!" )是函数体内的唯一一行代码, greet_user() 只做一项工作:打印Hello!。

由于这个函数不需要任何参数,因此调用它时只需输入 greet_user() 即可。和预期的一样,它打印 Hello!

向函数传递信息

只需稍作修改,就可以让函数 greet_user() 不仅向用户显示 Hello! ,还将用户的名字用作参数。

因此,可在函数定义 def greet_user() 的括号内添加 username 。通过在这里添加 username ,就可让函数接受你给 username 指定的任何值。现在,这个函数要求你调用它时给 username 指定一个值。调用 greet_user() 时,可将一个名字传递给它,如下所示:

def greet_user(username):
"""显示简单的问候语"""
print("Hello, " + username.title() + "!")
greet_user('Fulade')

代码 greet_user('Fulade') 调用函数 greet_user() ,并向它提供执行 print 语句所需的信息。这个函数接受你传递给它的名字,并向这个人发出问候:

Hello Fulade !

同样, greet_user('sarah') 调用函数 greet_user() 并向它传递 sarah ,打印 Hello, Sarah!

你可以根据需要调用函数 greet_user() 任意次,调用时无论传入什么样的名字,都会生成相应的输出。

实参和形参

前面定义函数 greet_user() 时,要求给变量 username 指定一个值。调用这个函数并提供这种参数,它将打印相应的问候语。

在函数 greet_user() 的定义中,变量 username 是一个形参——函数完成其工作所需的一项信息。在代码 greet_user('Fulade') 中,值 Fulade 是一个实参。

实参是调用函数时传递给函数的信息。我们调用函数时,将要让函数使用的信息放在括号内。在 greet_user('Fulade') 中,将实参 Fulade 传递给了函数 greet_user() ,这个值被存储在形参 username 中。

传递实参

鉴于函数定义中可能包含多个形参,因此函数调用中也可能包含多个实参。向函数传递实参的方式很多,可使用位置实参,这要求实参的顺序与形参的顺序相同;也可使用关键字实参,其中每个实参都由变量名和值组成;还可使用列表和字典。下面来依次介绍这些方式。

位置实参

你调用函数时,Python必须将函数调用中的每个实参都关联到函数定义中的一个形参。因此,最简单的关联方式是基于实参的顺序。这种关联方式被称为位置实参。为明白其中的工作原理,来看一个显示宠物信息的函数。这个函数指出一个宠物属于哪种动物以及它叫什么名字,如下所示:

def describe_pet(animal_type, pet_name):
"""显示宠物的信息"""
print("\nI have a " + animal_type + ".")
print("My " + animal_type + "'s name is " + pet_name.title() + ".")
describe_pet('hamster', 'harry')

这个函数的定义表明,它需要一种动物类型和一个名字。调用 describe_pet() 时,需要按顺序提供一种动物类型和一个名字。

例如,在前面的函数调用中,实参 hamster 存储在形参 animal_type 中,而实参 harry 存储在形参 pet_name 中。在函数体内,使用了这两个形参来显示宠物的信息。

调用函数多次

你可以根据需要调用函数任意次。要再描述一个宠物,只需再次调用 describe_pet() 即可:

def describe_pet(animal_type, pet_name):
"""显示宠物的信息"""
print("\nI have a " + animal_type + ".")
print("My " + animal_type + "'s name is " + pet_name.title() + ".")
describe_pet('hamster', 'harry')
describe_pet('dog', 'willie')

第二次调用 describe_pet() 函数时,我们向它传递了实参 dogwillie 。与第一次调用时一样,Python将实参 dog 关联到形参 animal_type ,并将实参 willie 关联到形参 pet_name

与前面一样,这个函数完成其任务,但打印的是一条名为 Willie 的小狗的信息。至此,我们有一只名为 Harry 的仓鼠,还有一条名为 Willie 的小狗:

I have a hamster.
My hamster's name is Harry.
I have a dog.
My dog's name is Willie.

调用函数多次是一种效率极高的工作方式。我们只需在函数中编写描述宠物的代码一次,然后每当需要描述新宠物时,都可调用这个函数,并向它提供新宠物的信息。即便描述宠物的代码增加到了10行,你依然只需使用一行调用函数的代码,就可描述一个新宠物。

在函数中,可根据需要使用任意数量的位置实参,Python将按顺序将函数调用中的实参关联到函数定义中相应的形参。

位置实参的顺序很重要

使用位置实参来调用函数时,如果实参的顺序不正确,结果可能出乎意料:

def describe_pet(animal_type, pet_name):
"""显示宠物的信息"""
print("\nI have a " + animal_type + ".")
print("My " + animal_type + "'s name is " + pet_name.title() + ".")
describe_pet('harry', 'hamster')

在这个函数调用中,我们先指定名字,再指定动物类型。由于实参 harry 在前,这个值将存储到形参 animal_type 中;同理, hamster 将存储到形参 pet_name 中。结果是我们得到了一个名为 Hamsterharry

I have a harry.
My harry's name is Hamster.

如果结果像上面一样搞笑,请确认函数调用中实参的顺序与函数定义中形参的顺序一致。

关键字实参

关键字实参是传递给函数的名称—值对。你直接在实参中将名称和值关联起来了,因此向函数传递实参时不会混淆。

关键字实参让你无需考虑函数调用中的实参顺序,还清楚地指出了函数调用中各个值的用途。下面来重新编写 pets.py ,在其中使用关键字实参来调用 describe_pet()

def describe_pet(animal_type, pet_name):
"""显示宠物的信息"""
print("\nI have a " + animal_type + ".")
print("My " + animal_type + "'s name is " + pet_name.title() + ".")
describe_pet(animal_type='hamster', pet_name='harry')

函数 describe_pet() 还是原来那样,但调用这个函数时,我们向Python明确地指出了各个实参对应的形参。看到这个函数调用时,Python知道应该将实参 hamsterharry 分别存储在形参 animal_typepet_name 中。输出正确无误,它指出我们有一只名为 Harry 的仓鼠。

关键字实参的顺序无关紧要,因为Python知道各个值该存储到哪个形参中。下面两个函数调用是等效的:

describe_pet(animal_type='hamster', pet_name='harry')
describe_pet(pet_name='harry', animal_type='hamster')

默认值

编写函数时,可给每个形参指定默认值。在调用函数中给形参提供了实参时,Python将使用指定的实参值;否则,将使用形参的默认值。因此,给形参指定默认值后,可在函数调用中省略相应的实参。使用默认值可简化函数调用,还可清楚地指出函数的典型用法。

例如,如果你发现调用 describe_pet() 时,描述的大都是小狗,就可将形参 animal_type 的默认值设置为 dog 。这样,调用 describe_pet() 来描述小狗时,就可不提供这种信息:

def describe_pet(pet_name, animal_type='dog'):
"""显示宠物的信息"""
print("\nI have a " + animal_type + ".")
print("My " + animal_type + "'s name is " + pet_name.title() + ".")
describe_pet(pet_name='willie')

这里修改了函数 describe_pet() 的定义,在其中给形参 animal_type 指定了默认值 dog 。这样,调用这个函数时,如果没有给 animal_type 指定值,Python将把这个形参设置为 dog

I have a dog.
My dog's name is Willie.

请注意,在这个函数的定义中,修改了形参的排列顺序。由于给 animal_type 指定了默认值,无需通过实参来指定动物类型,因此在函数调用中只包含一个实参——宠物的名字。然而,Python依然将这个实参视为位置实参,因此如果函数调用中只包含宠物的名字,这个实参将关联到函数定义中的第一个形参。这就是需要将pet_name放在形参列表开头的原因所在。

现在,使用这个函数的最简单的方式是,在函数调用中只提供小狗的名字:

describe_pet('willie')

这个函数调用的输出与前一个示例相同。只提供了一个实参—— willie ,这个实参将关联到函数定义中的第一个形参—— pet_name 。由于没有给 animal_type 提供实参,因此Python使用其默认值 dog

如果要描述的动物不是小狗,可使用类似于下面的函数调用:

describe_pet(pet_name='harry', animal_type='hamster')

由于显式地给 animal_type 提供了实参,因此Python将忽略这个形参的默认值。

等效的函数调用

由于可混合使用位置实参、关键字实参和默认值,通常有多种等效的函数调用方式。请看下

面的函数 describe_pets() 的定义,其中给一个形参提供了默认值:

def describe_pet(pet_name, animal_type='dog'):

基于这种定义,在任何情况下都必须给 pet_name 提供实参;指定该实参时可以使用位置方式,也可以使用关键字方式。如果要描述的动物不是小狗,还必须在函数调用中给 animal_type 提供实参;同样,指定该实参时可以使用位置方式,也可以使用关键字方式。

下面对这个函数的所有调用都可行:

# 一条名为Willie的小狗
describe_pet('willie')
describe_pet(pet_name='willie')
# 一只名为Harry的仓鼠
describe_pet('harry', 'hamster')
describe_pet(pet_name='harry', animal_type='hamster')
describe_pet(animal_type='hamster', pet_name='harry')

这些函数调用的输出与前面的示例相同。

避免实参错误

等你开始使用函数后,如果遇到实参不匹配错误,不要大惊小怪。你提供的实参多于或少于函数完成其工作所需的信息时,将出现实参不匹配错误。

例如,如果调用函数 describe_pet() 时没有指定任何实参,结果将如何呢?

def describe_pet(animal_type, pet_name):
"""显示宠物的信息"""
print("\nI have a " + animal_type + ".")
print("My " + animal_type + "'s name is " + pet_name.title() + ".")
describe_pet()

Python发现该函数调用缺少必要的信息,而 traceback 指出了这一点:

Traceback (most recent call last):
File "pets.py", line 6, in <module>
describe_pet()
TypeError: describe_pet() missing 2 required positional arguments: 'animal_
type' and 'pet_name'

返回值

函数并非总是直接显示输出,相反,它可以处理一些数据,并返回一个或一组值。函数返回的值被称为返回值。在函数中,可使用 return 语句将值返回到调用函数的代码行。返回值让你能够将程序的大部分繁重工作移到函数中去完成,从而简化主程序。

返回简单值

下面来看一个函数,它接受名和姓并返回姓名:

def get_formatted_name(first_name, last_name):
"""返回的姓名"""
full_name = first_name + ' ' + last_name
return full_name.title()
musician = get_formatted_name('jimi', 'hendrix')
print(musician)

函数 get_formatted_name() 的定义通过形参接受名和姓。它将姓和名合而为一,在它们之间加上一个空格,并将结果存储在变量 full_name 中。然后,将 full_name 的值转换为首字母大写格式,并将结果返回到函数调用行。调用返回值的函数时,需要提供一个变量,用于存储返回的值。

在这里,将返回值存储在了变量 musician 中。输出是姓名:

Jimi Hendrix

让实参变成可选的

有时候,需要让实参变成可选的,这样使用函数的人就只需在必要时才提供额外的信息。可使用默认值来让实参变成可选的。

例如,假设我们要扩展函数 get_formatted_name() ,使其还处理中间名。为此,可将其修改成类似于下面这样:

def get_formatted_name(first_name, middle_name, last_name):
"""返回姓名"""
full_name = first_name + ' ' + middle_name + ' ' + last_name
return full_name.title()
musician = get_formatted_name('john', 'lee', 'hooker')
print(musician)

只要同时提供名、中间名和姓,这个函数就能正确地运行。它根据这三部分创建一个字符串,在适当的地方加上空格,并将结果转换为首字母大写格式:

John Lee Hooker

然而,并非所有的人都有中间名,但如果你调用这个函数时只提供了名和姓,它将不能正确地运行。为让中间名变成可选的,可给实参 middle_name 指定一个默认值——空字符串,并在用户没有提供中间名时不使用这个实参。

为让 get_formatted_name() 在没有提供中间名时依然可行,可给实参 middle_name 指定一个默认值——空字符串,并将其移到形参列表的末尾:

def get_formatted_name(first_name, last_name, middle_name=''):
"""返回姓名"""
if middle_name:
full_name = first_name + ' ' + middle_name + ' ' + last_name
else:
full_name = first_name + ' ' + last_name
return full_name.title()
musician = get_formatted_name('jimi', 'hendrix')
print(musician)
musician = get_formatted_name('john', 'hooker', 'lee')
print(musician)

在这个示例中,姓名是根据三个可能提供的部分创建的。由于人都有名和姓,因此在函数定义中首先列出了这两个形参。中间名是可选的,因此在函数定义中最后列出该形参,并将其默认值设置为空字符串。

在函数体中,我们检查是否提供了中间名。Python将非空字符串解读为True,因此如果函数调用中提供了中间名, if middle_name 将为 True 。如果提供了中间名,就将名、中间名和姓合并为姓名,然后将其修改为首字母大写格式,并返回到函数调用行。

在函数调用行,将返回的值存储在变量 musician 中;然后将这个变量的值打印出来。如果没有提供中间名, middle_name 将为空字符串,导致 if 测试未通过,进而执行 else 代码块:只使用名和姓来生成姓名,并将设置好格式的姓名返回给函数调用行。

在函数调用行,将返回的值存储在变量 musician 中;然后将这个变量的值打印出来。调用这个函数时,如果只想指定名和姓,调用起来将非常简单。如果还要指定中间名,就必须确保它是最后一个实参,这样Python才能正确地将位置实参关联到形参。

这个修改后的版本适用于只有名和姓的人,也适用于还有中间名的人:

Jimi Hendrix
John Lee Hooker

可选值让函数能够处理各种不同情形的同时,确保函数调用尽可能简单。

本篇文章没有作业,下一篇我们讲解函数的高级用法

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