Python笔记5---函数

什么是函数

函数本质上是子程序,就是可以独立执行一个功能的程序.
函数的操作方法是将函数体压入栈中,然后传入参数,在计算完毕之后,将return的值返回到调用处,然后将函数从栈中释放出去.
函数对于编程的一般意义来讲,是实现一个特定的功能,并且可以反复调用,减少代码量.
一般我们称不返回结果的函数叫做过程,返回函数值的叫做过程.从根本上来讲,这和计算机程序设计为不断的求值表达式的根本结构相关.SICP的开头的函数式编程介绍就非常突出这一点.虽然很多语言没有像函数式语言意义突出函数式编程范式的特点,但是底层的设计都是类似的.
在python里没有return语句的话会返回None,所以python里没有真正意义上的过程.所有的都是函数.
面向对象其实是在函数上发展起来的,对象的方法其实就可以看做函数.当然函数在面向对象的语言中也是函数,可以认为面向对象语言是将函数,基础数据类型这些东西做了一个更高层次的封装.
函数在python里,一旦定义,就有一个名称对应到函数这块内存空间里,函数对象与数值,列表,集合,字典,元组一样,属于python的一级对象,可以自由的通过变量传递.

函数的格式

函数首先要有名称,函数的名称必须符合python标识符的规定.此外在函数名之外,需要用小括号定义函数的参数.
在函数体内可以写任意代码,当然这里的变量涉及到作用域.但一般要先用三个双引号引起来写函数文档,这是一个非常好的习惯.
返回值,用return规定.函数一旦执行到return语句,就会结束执行.return的值超过一个的时候,是返回一个包含各个对象的元组.

函数的参数

函数的参数是函数的重要组成部分,函数的功能建立在合理的参数传入上.
函数的参数在定义的时候叫做形参,只是一个名称,在函数体编写代码时,如果要使用该参数,则需要按照定义的名称使用.在传入参数的时候,参数对应的基本数据类型或者引用,是被复制一份传入函数的.

定义参数

函数的定义和调用的方法很灵活,所以通过定义和传入来分开说.
def myfunction(x,y=1,args,kwargs)
其中x叫做普通位置参数,在传入的时候,x对应的值是按值顺序从传入的值中获取的.
y=1 是默认值参数,如果不传入y,则会由默认值替代,如果传入,则按照传入的值.
args 是以元组的形式接受一系列不固定数量的位置参数.
kwargs 是以字典的形式接收一系列不固定数量的关键字参数.
*args与kwargs合用,则可以让一个函数接受任意自变量.args一定要在kwargs之前.
注意,在定义的时候加和,和在传入参数的时候加*和,是不同的.定义的时候表示是用元组或者字典将传入的数据来进行组合,在传参数的时候用和表示拆解开序列或者字典的元素赋值个各个变量.
如果定义了一个kwargs,传入的时候也用**dict,则会将整个字典的内容拆解到kwargs这个字典里.和**的定义参数方法,是为了让函数有灵活的扩展,以及方便传入参数.
还有一个需要注意的地方,就是如果默认值指定了一个引用,这个引用一旦创建,会被反复引用,所以一般不指定引用的默认值,而是在函数体内创建然后执行操作后返回,下一次调用该函数时,由于引用名是局部变量,所以不会和上一次执行函数的时候相同.
函数定义的时候,位置参数一定要在关键字参数左边.

传入参数

传入参数其实本质上就分两种,位置参数和关键字参数.
传参的时候要和定义结合起来看,位置参数按照位置拆解.关键字参数直接赋值,但绝对不能先覆盖关键字参数的位置,再按照关键字方法传入参数,这样会导致同一变量多次传参.最后是需要收集的部分.
用和**拆解序列和字典的时候,是可以一次性将所有参数按照位置或者关键字方式传入.
定义了和之后,是传入的参数被收集打包成序列和字典.这两种方法要灵活运用.只要记得*接受单个任意数量位置参数,而接受任意数量的关键字参数.

变量的作用域

这里简单的先提一下,作用域是个比较复杂的东西.
全局变量就是写在任何代码块之外的变量,这个变量实际上是在当前模块(.py文件)里是全局变量.
函数体内的变量,包括定义函数时候的形参,他们的作用域仅限在函数体内,如果有子函数,外部函数的形参对于子函数来讲也是全局变量.
在子程序内,如果普通重新定义与全局变量相同的名称,则在作用域内会将全局变量覆盖.如果要修改全局变量,则先用一行global 变量名定义,之后针对该变量操作都是针对全局变量了.
函数的作用域在创建的时候就确定了,采用global这种方式,只是能让你在子程序中操作全局变量,但不会改变全局变量的作用域.
不过这里一定要注意,如果引用全局可变对象,也就是按引用传递,最好将引用复制一份,否则对全局可变对象直接操作,会修改全局可变对象..这块自己学过C语言,也是这样的,因为传递的是指针,不是变量的内容.这里实际上就是值传递和引用传递的区别.
注意:不管几层嵌套,global 声明始终指的是写在模块最外边的全局变量,如果想指定上一层的局部变量,用nonlocal声明.

递归

SICP前边几页的递归讲的不错,推荐给希望了解递归的人去看一看,scheme写递归的思路特别清晰,可以看出来嵌套关系,顺便也讲了尾递归,就是修改函数每次用一些变量来传递上一次函数的状态,这样便不用反复将函数体压栈.
函数调用自身的过程,就是递归,递归用来解决问题可以让思路比较清晰,但是执行的效率比较低下,因为函数是用栈来运行的,每一次递归便要将函数体压入栈中,如果递归次数过多则内存可能不够用.
递归需要设置明确的结束条件,才能够正常结束.

Pycharm里可以设置断点,然后用debug运行的方式来查看程序运行的过程.这点新学到.
递归其实还是要找题目练习,以及学习很多规划分析的方法.

函数作用域

函数的作用域与它所使用的参数有关,函数的作用域就涉及到闭包.
闭包的定义：如果在一个内部函数里，对在外部函数内（但不是在全局作用域）的变量进行引用，那么内部函数就被认为是闭包(closure).
实际上可以认为,闭包函数不仅是定义了函数体,还将函数调用的参数,也就是数据打包在了一起.在函数柯里化的概念影响下也就产生了闭包.闭包一般是要返回内部函数.在实践中如何使用闭包函数,还有待进一步学习.

匿名函数lambda

Lambda, Λ, λ,是希腊字母.在python里,用lambda表达式创建一个匿名函数,在需要用到函数的地方可以简单当做一个函数对象使用,而无需创建正式的函数对象.
lambda 变量名:返回值
lambda的实质就是仅写下来函数体,因为函数名只是一个名称,而函数体如何处理参数才是实际的存在,那么如果去掉函数名,依然可以表达整个函数,这就是lambda表达式.
lambda返回多个值的时候,Python不会帮你自动将结果组成元组,需要手工写.在正式函数return 的时候是可以采取 return x,y,z 这种写法的.

高阶函数

高阶函数两个特点:传入的参数是函数,返回的结果是函数.
编程中高阶函数的概念来自于函数式编程,在函数式编程中是没有变量的,必须函数嵌套使用,即函数将自己的结果返回给其他函数继续使用,一层一层连续使用函数.
函数式编程的一个特点就是，允许把函数本身作为参数传入另一个函数，还允许返回函数.前边的闭包就是用到了python的高阶函数特性.
由于python支持变量,即在传递函数的过程中,可以用变量存储,因此不是纯粹的函数式编程语言.
这里就要提一下函数式编程:

函数式编程：函数式=编程语言定义的函数+数学意义的函数
通俗来讲，函数式就是用编程语言去实现数学函数。这种函数内对象是永恒不变的，要么参数是函数，要么返回值是函数，没有for和while循环，所有的循环都由递归去实现，无变量的赋值（即不用变量去保存状态），无赋值即不改变。
函数式编程一个写的比较通俗的介绍可以看这里.
函数式编程的语句比较精简,但是可读性很差.但是函数式编程对于理解编程思想有着非常大的帮助,近些年来函数式编程又逐渐被人们拾起.有兴趣的人可以就按照SICP用scheme写写看.

理解了可以将函数本身作为参数,那么python里有些函数就可以将函数作为参数,用参数函数去执行一些功能,得到结果以后,再对这些结果进行处理.

尾递归:函数执行的最后一步(不是最后一行,而是最后执行的步骤),进入递归,就是尾递归.如果是尾递归,则函数的当前状态可以不保留,只需要将结果传入新函数即可,正常的编译器优化,这种递归方式不会额外耗用内存.
尾调用的做法类似,即函数的最后一步调用其他函数,则当前函数可以全部释放.

讲了很多理论,现在看看python里利用到高阶函数特性的主要函数:

map(func, iterables)将iterable内的每个元素传入func作为参数计算结果,得到结果的生成器.
filter(function or None, iterables),用function函数判断iterables里的每个元素,如果为True,则保留该元素,为False,则不保留该元素.最后得到所有True的元素的生成器.如果不传function,则条件为True
reduce(function,sequence,initial= None),用一个能够接受2个参数的函数function,将sequence这个序列里的元素从左到右不断操作,第一次用头两个变量的结果,然后用第一次操作的结果和第三个元素继续来用function操作.如果指定了initial,则把initial这个元素加到sequence序列的最左边,然后对这个新序列应用function.返回的是计算后的结果,像map和filter返回生成器.python2.7里reduce可以直接使用,python3里需要从functools模块内导入.