函数

函数的调用

Python内置了很多有用的函数，我们可以直接调用。

要调用一个函数，需要知道函数的名称和参数，比如求绝对值的函数abs，只有一个参数。可以直接从Python的官方网站查看文档：

也可以在交互式命令行通过help(abs)查看abs函数的帮助信息。

调用abs函数：

abs(100)

# 100

abs(-20)

# 20

abs(12.34)

# 12.34

• 调用函数的时候，如果传入的参数数量不对，会报TypeError的错误，并且Python会明确地告诉你：abs()有且仅有1个参数，但给出了两个：*

abs(1, 2)

# Traceback (most recent call last):

#  File "<stdin>", line 1, in <module>

# TypeError: abs() takes exactly one argument (2 given)

• 如果传入的参数数量是对的，但参数类型不能被函数所接受，也会报TypeError的错误，并且给出错误信息：str是错误的参数类型：*

abs('a')

# Traceback (most recent call last):

#  File "<stdin>", line 1, in <module>

# TypeError: bad operand type for abs(): 'str'

函数定义

在Python中，定义一个函数要使用def语句，依次写出函数名、括号、括号中的参数和冒号:，然后，在缩进块中编写函数体，函数的返回值用return语句返回。

我们以自定义一个求绝对值的my_abs函数为例：

def my_abs(x):

​    if x >= 0:

​        return x

​    else:

​        return -x

空函数

如果想定义一个什么事也不做的空函数，可以用pass语句：

def nop():

​    pass

pass语句什么都不做，那有什么用？实际上pass可以用来作为占位符，比如现在还没想好怎么写函数的代码，就可以先放一个pass，让代码能运行起来。

pass还可以用在其他语句里，比如：

if age >= 18:

​    pass

缺少了pass，代码运行就会有语法错误。

参数检查

调用函数时，如果参数个数不对，Python解释器会自动检查出来，并抛出TypeError：

>>> my_abs(1, 2)

Traceback (most recent call last):

  File "<stdin>", line 1, in <module>

TypeError: my_abs() takes 1 positional argument but 2 were given

但是如果参数类型不对，Python解释器就无法帮我们检查。试试my_abs和内置函数abs的差别：

>>> my_abs('A')

Traceback (most recent call last):

  File "<stdin>", line 1, in <module>

  File "<stdin>", line 2, in my_abs

TypeError: unorderable types: str() >= int()

>>> abs('A')

Traceback (most recent call last):

  File "<stdin>", line 1, in <module>

TypeError: bad operand type for abs(): 'str'

当传入了不恰当的参数时，内置函数abs会检查出参数错误，而我们定义的my_abs没有参数检查，会导致if语句出错，出错信息和abs不一样。所以，这个函数定义不够完善。

让我们修改一下my_abs的定义，对参数类型做检查，只允许整数和浮点数类型的参数。数据类型检查可以用内置函数isinstance()实现：

def my_abs(x):

​    if not isinstance(x, (int, float)):

​        raise TypeError('bad operand type')

​    if x >= 0:

​        return x

​    else:

​        return -x

添加了参数检查后，如果传入错误的参数类型，函数就可以抛出一个错误：

>>> my_abs('A')

Traceback (most recent call last):

  File "<stdin>", line 1, in <module>

  File "<stdin>", line 3, in my_abs

TypeError: bad operand type

返回多个值

函数可以返回多个值吗？答案是肯定的。

比如在游戏中经常需要从一个点移动到另一个点，给出坐标、位移和角度，就可以计算出新的新的坐标：

import math

def move(x, y, step, angle = 0):

​    nx = x + step * math.cos(angle)

​    ny = y - step * math.sin(angle)

​    return nx, ny

import math语句表示导入math包，并允许后续代码引用math包里的sin、cos等函数。

然后，我们就可以同时获得返回值：

>>> x, y = move(100, 100, 60, math.pi / 6)

>>> print(x, y)

151.96152422706632 70.0

但其实这只是一种假象，Python函数返回的仍然是单一值：

>>> r = move(100, 100, 60, math.pi / 6)

>>> print(r)

(151.96152422706632, 70.0)

原来返回值是一个tuple！但是，在语法上，返回一个tuple可以省略括号，而多个变量可以同时接收一个tuple，按位置赋给对应的值，所以，Python的函数返回多值其实就是返回一个tuple，但写起来更方便。

函数的参数

Python的函数定义非常简单，但灵活度却非常大。除了正常定义的必选参数外，还可以使用默认参数、可变参数和关键字参数，使得函数定义出来的接口，不但能处理复杂的参数，还可以简化调用者的代码

位置参数

对于power(x)函数，参数x就是一个位置参数。

当我们调用power函数时，必须传入有且仅有的一个参数x：

def power(x):

​    return x * x

修改后的power(x, n)函数有两个参数：x和n，这两个参数都是位置参数，调用函数时，传入的两个值按照位置顺序依次赋给参数x和n。

def power(x, n):

​    s = 1

​    while n > 0:

​        n = n - 1

​        s = s * x

​    return s

默认参数

以下中n默认为2：

def power(x, n = 2):

​    s = 1

​    while n > 0:

​        n = n - 1

​        s = s * x

​    return s

>>> power(5)

25

>>> power(5, 2)

25

def enroll(name, gender, age = 6, city = 'Beijing'):

​    print('name:', name)

​    print('gender:', gender)

​    print('age:', age)

​    print('city:', city)

​    

enroll('Bob', 'M', 7)

enroll('Adam', 'M', city = 'Tianjin')

• 定义默认参数要牢记一点：默认参数必须指向不变对象！要不会出现以下问题*

def add_end(L = []):

​    L.append('END')

​    return L

>>> add_end()

['END']

>>> add_end()

['END', 'END']

很多初学者很疑惑，默认参数是[]，但是函数似乎每次都“记住了”上次添加了'END'后的list。

原因解释如下：

Python函数在定义的时候，默认参数L的值就被计算出来了，即[]，因为默认参数L也是一个变量，它指向对象[]，每次调用该函数，如果改变了L的内容，则下次调用时，默认参数的内容就变了，不再是函数定义时的[]了。

要修改上面的例子，我们可以用None这个不变对象来实现：

def add_end(L = None):

​    if L is None:

​        L = []

​    L.append('END')

​    return L

• 为什么要设计str、None这样的不变对象呢？因为不变对象一旦创建，对象内部的数据就不能修改，这样就减少了由于修改数据导致的错误。此外，由于对象不变，多任务环境下同时读取对象不需要加锁，同时读一点问题都没有。我们在编写程序时，如果可以设计一个不变对象，那就尽量设计成不变对象。*

可变参数

在Python函数中，还可以定义可变参数。顾名思义，可变参数就是传入的参数个数是可变的，可以是1个、2个到任意个，还可以是0个，代码示例：

def calc(*numbers):

​    sum = 0

​    for n in numbers:

​        sum = sum + n * n

​    return sum

>>> calc(1, 2)

5

>>> calc()

0

• 定义可变参数和定义一个list或tuple参数相比，仅仅在参数前面加了一个*号。在函数内部，参数numbers接收到的是一个tuple，因此，函数代码完全不变。但是，调用该函数时，可以传入任意个参数，包括0个参数：*

如果已经有一个list或者tuple，要调用一个可变参数怎么办？可以这样做：

>>> nums = [1, 2, 3]

>>> calc(nums[0], nums[1], nums[2])

14

这种写法当然是可行的，问题是太繁琐，所以Python允许你在list或tuple前面加一个*号，把list或tuple的元素变成可变参数传进去：

>>> nums = [1, 2, 3]

>>> calc(*nums)

14

*nums表示把nums这个list的所有元素作为可变参数传进去。这种写法相当有用，而且很常见。

关键字参数

可变参数允许你传入0个或任意个参数，这些可变参数在函数调用时自动组装为一个tuple。而关键字参数允许你传入0个或任意个含参数名的参数，这些关键字参数在函数内部自动组装为一个dict。请看示例：

def person(name, age, **kw):

​    print('name:', name, 'age:', age, 'other:', kw)

函数person除了必选参数name和age外，还接受关键字参数kw。在调用该函数时，可以只传入必选参数：

>>> person('Michael', 30)

name: Michael age: 30 other: {}

也可以传入任意个数的关键字参数：

>>> person('Bob', 35, city = 'Beijing')

name: Bob age: 35 other: {'city': 'Beijing'}

​      

>>> person('Adam', 45, gender = 'M', job = 'Engineer')

name: Adam age: 45 other: {'gender': 'M', 'job': 'Engineer'}

关键字参数有什么用？它可以扩展函数的功能。比如，在person函数里，我们保证能接收到name和age这两个参数，但是，如果调用者愿意提供更多的参数，我们也能收到。试想你正在做一个用户注册的功能，除了用户名和年龄是必填项外，其他都是可选项，利用关键字参数来定义这个函数就能满足注册的需求。

和可变参数类似，也可以先组装出一个dict，然后，把该dict转换为关键字参数传进去：

>>> extra = {'city': 'Beijing', 'job': 'Engineer'}

>>> person('Jack', 24, city = extra['city'], job = extra['job'])

name: Jack age: 24 other: {'city': 'Beijing', 'job': 'Engineer'}

当然，上面复杂的调用可以用简化的写法：

>>> extra = {'city': 'Beijing', 'job': 'Engineer'}

>>> person('Jack', 24, **extra)

name: Jack age: 24 other: {'city': 'Beijing', 'job': 'Engineer'}

**extra表示把extra这个dict的所有key-value用关键字参数传入到函数的**kw参数，kw将获得一个dict，注意kw获得的dict是extra的一份浅拷贝，对kw的改动不会影响到函数外的extra。

命名关键字参数

对于关键字参数，函数的调用者可以传入任意不受限制的关键字参数。至于到底传入了哪些，就需要在函数内部通过kw检查。

仍以person()函数为例，我们希望检查是否有city和job参数：

def person(name, age, **kw):

​    if 'city' in kw:

​        # 有city参数

​        pass

​    if 'job' in kw:

​        # 有job参数

​        pass

​    print('name:', name, 'age:', age, 'other:', kw)

但是调用者仍可以传入不受限制的关键字参数：

>>> person('Jack', 24, city='Beijing', addr='Chaoyang', zipcode=123456)

如果要限制关键字参数的名字，就可以用命名关键字参数，例如，只接收city和job作为关键字参数。这种方式定义的函数如下：

def person(name, age, *, city, job):

​    print(name, age, city, job)

和关键字参数**kw不同，命名关键字参数需要一个特殊分隔符*，*后面的参数被视为命名关键字参数。

调用方式如下：

>>> person('Jack', 24, city = 'Beijing', job = 'Engineer')

Jack 24 Beijing Engineer

如果函数定义中已经有了一个可变参数，后面跟着的命名关键字参数就不再需要一个特殊分隔符*了：

def person(name, age, *args, city, job):

​    print(name, age, args, city, job)

命名关键字参数必须传入参数名，这和位置参数不同。如果没有传入参数名，调用将报错：

>>> person('Jack', 24, 'Beijing', 'Engineer')

Traceback (most recent call last):

  File "<stdin>", line 1, in <module>

TypeError: person() takes 2 positional arguments but 4 were given

由于调用时缺少参数名city和job，Python解释器把这4个参数均视为位置参数，但person()函数仅接受2个位置参数。

命名关键字参数可以有缺省值，从而简化调用：

def person(name, age, *, city = 'Beijing', job):

​    print(name, age, city, job)

由于命名关键字参数city具有默认值，调用时，可不传入city参数：

>>> person('Jack', 24, job = 'Engineer'I )

Jack 24 Beijing Engineer

使用命名关键字参数时，要特别注意，如果没有可变参数，就必须加一个*作为特殊分隔符。如果缺少*，Python解释器将无法识别位置参数和命名关键字参数：

def person(name, age, city, job):

​    # 缺少 *，city和job被视为位置参数

​    pass

参数组合

在Python中定义函数，可以用必选参数、默认参数、可变参数、关键字参数和命名关键字参数，这5种参数都可以组合使用。但是请注意，参数定义的顺序必须是：必选参数、默认参数、可变参数、命名关键字参数和关键字参数。

比如定义一个函数，包含上述若干种参数：

def f1(a, b, c = 0, *args, **kw):

​    print('a =', a, 'b =', b, 'c =', c, 'args =', args, 'kw =', kw)

def f2(a, b, c = 0, *, d, **kw):

​    print('a =', a, 'b =', b, 'c =', c, 'd =', d, 'kw =', kw)

在函数调用的时候，Python解释器自动按照参数位置和参数名把对应的参数传进去。

>>> f1(1, 2)

a = 1 b = 2 c = 0 args = () kw = {}

>>> f1(1, 2, c = 3)

a = 1 b = 2 c = 3 args = () kw = {}

>>> f1(1, 2, 3, 'a', 'b')

a = 1 b = 2 c = 3 args = ('a', 'b') kw = {}

>>> f1(1, 2, 3, 'a', 'b', x=99)

a = 1 b = 2 c = 3 args = ('a', 'b') kw = {'x': 99}

>>> f2(1, 2, d=99, ext=None)

a = 1 b = 2 c = 0 d = 99 kw = {'ext': None}

最神奇的是通过一个tuple和dict，你也可以调用上述函数：

>>> args = (1, 2, 3, 4)

>>> kw = {'d': 99, 'x': '#'}

>>> f1(*args, **kw)

a = 1 b = 2 c = 3 args = (4,) kw = {'d': 99, 'x': '#'}

>>> args = (1, 2, 3)

>>> kw = {'d': 88, 'x': '#'}

>>> f2(*args, **kw)

a = 1 b = 2 c = 3 d = 88 kw = {'x': '#'}

所以，对于任意函数，都可以通过类似func(*args, **kw)的形式调用它，无论它的参数是如何定义的。

• 虽然可以组合多达5种参数，但不要同时使用太多的组合，否则函数接口的可理解性很差。*

递归函数

在函数内部，可以调用其他函数。如果一个函数在内部调用自身本身，这个函数就是递归函数。

举个例子，我们来计算阶乘n! = 1 x 2 x 3 x ... x n，用函数fact(n)表示，可以看出：

fact(n) = n! = 1 x 2 x 3 x … x (n-1) x n = (n-1)! x n = fact(n-1) x n

所以，fact(n)可以表示为n x fact(n-1)，只有n=1时需要特殊处理。

于是，fact(n)用递归的方式写出来就是：

def fact(n):

​    if n==1:

​        return 1

​    return n * fact(n - 1)