函数基础

一、 函数的定义

1、1 函数体系

接下来，我们将按照这个函数体系给大家详细的介绍函数：

• 什么是函数？

• 为什么要用函数？

• 函数的分类：内置函数与自定义函数

• 如何自定义函数

  • 语法

  • 定义有参数函数，及有参函数的应用场景

  • 定义无参数函数，及无参函数的应用场景

  • 定义空函数，及空函数的应用场景

• 调用函数

  • 如何调用函数

  • 函数的返回值

  • 函数参数的应用：形参和实参，位置形参，位置实参，关键字实参，默认形参，*args，**kwargs

• 高阶函数（函数对象）

• 函数嵌套

• 作用域与名称空间

• 装饰器

• 迭代器与生成器及协程函数

• 三元运算，列表解析、生成器表达式

• 函数的递归调用

• 内置函数

• 面向过程编程与函数式编程

如果现在有一个需求需要实现用户登录注册的功能，我们该怎么实现呢？

# 注册
username = input('username: ').strip()
pwd = input('password: ').strip()
​
with open('38a.txt', 'a', encoding='utf8') as fa:
    fa.write(f"{username}:{pwd}\n")
    fa.flush()
# 登录
inp_username = input('username: ').strip()
inp_pwd = input('password: ').strip()
​
with open('38a.txt', 'rt', encoding='utf8') as fr:
    for user_info in fr:
        user_info = user_info.strip('\n')
        user_info_list = user_info.split(':')
        if inp_username == user_info_list[0] and inp_pwd == user_info_list[1]:
            print('login successful')
            break
    else:
        print('failed')

1、2 什么是函数？

假设现在你是下水道工，如果你事先准备好你的工具箱，等你接到修理下水道的工作的时候，你直接把你的工具箱拿过去直接使用就行了，而不需要临时准备锤子啥的。

在程序中，函数就是具备某一功能的工具，事先将工具准备好就是函数的定义，遇到应用场景拿来就用就是函数的调用，所以需要注意的是：

1、3 为何用函数

如果不使用函数，写程序时将会遇到这三个问题：

1. 程序冗长

2. 程序的扩展性差

3. 程序的可读性差

1、4 如何用函数

先定义函数，后调用。

• 定义函数：

def 函数名(param1、param2……):
    """
    函数功能的描述信息
    :param1：描述
    :param2：描述
    :return：返回值
    """
    code 1
    code 2
    code 3
    ...
​
    return 返回值

• 调用函数

函数名(param1、param2……)

1.4.1 注册功能函数

# 注册功能函数
def register():
    """注册功能"""
    username = input('username: ').strip()
    pwd = input('password: ').strip()
​
    with open('38a.txt', 'a', encoding='utf8') as fa:
        fa.write(f"{username}:{pwd}\n")
        fa.flush()
​
​
register()
# 复用
register()
register()

 

1.4.2 登录功能函数

# 登录功能函数
def login():
    """登录功能"""
    inp_username = input('username: ').strip()
    inp_pwd = input('password: ').strip()
​
    with open('38a.txt', 'rt', encoding='utf8') as fr:
        for user_info in fr:
            user_info = user_info.strip('\n')
            user_info_list = user_info.split(':')
            if inp_username == user_info_list[0] and inp_pwd == user_info_list[1]:
                print('login successful')
                break
        else:
            print('failed')
​
​
login()

1.4.3 函数定义阶段

def func():
    bar()  # 不属于语法错误，不会报错
    print('*'*10)

1. 只检测语法，不执行函数体代码

1.4.4 函数调用阶段

def bar():
    print('from bar')
​
def foo():
    print('from foo')
    bar()
​
foo()
#运行结果：
'''
from foo
from bar
'''

 

def foo():
    print('from foo')
    bar()
    
def bar():
    print('from bar')
​
foo()
'''
from foo
from bar
'''

1. 执行函数代码

二、定义函数的三种形式

2、1 无参函数

定义函数时参数是函数体接收外部传值的一种媒介，其实就是一个变量名

在函数阶段括号内没有参数，称为无参函数。需要注意的是：定义时无参，意味着调用时也无需传入参数。

如果函数体代码逻辑不需要依赖外部传入的值，必须得定义成无参函数。

def func():
    print('hello nick')
    
func()  # hello nick

2、2 有参函数

在函数定义阶段括号内有参数，称为有参函数。需要注意的是：定义时有参，意味着调用时也必须传入参数。

如果函数体代码逻辑需要依赖外部传入的值，必须得定义成有参函数。

def sum_self(x, y):
    """求和"""
    res = x+y
    print(res)
​
sum_self(1,2)  # 3

2、3 空函数

当你只知道你需要实现某个功能，但不知道该如何用代码实现时，你可以暂时写个空函数，然后先实现其他的功能。

def func():
    pass

三、函数的返回值

3、1 什么是返回值？

函数内部代码经过一些列逻辑处理获得的结果。

def func():
    name = 'nick'
    return name
​
​
name = func()
print(name)

3、2 为什么要有返回值？

如果需要在程序中拿到函数的处理结果做进一步的处理，则需要函数必须要有返回值。

需要注意的是：

• return是一个函数结束的标志，函数内可以有多个return，只要执行到return，函数就会执行。

• return的返回值可以返回任意数据类型

• return的返回值无个数限制，即可以使用逗号隔开返回多个值

  • 0个：返回None

  • 1个：返回值是该值本身

  • 多个：返回值是元组

# 为什么要有返回值
def max_self(salary_x, salary_y):
    if salary_x > salary_y:
        return salary_x
    else:
        return salary_y
​
​
max_salary = max_self(20000, 30000)
print(max_salary*12)
​
​

# 函数返回多个值
def func():
    name = 'nick'
    age = 19
    hobby_list = ['read', 'run']
    return name, age, hobby_list
​
​
name, age, hobby_list = func()
print(f"name,age,hobby_list: {name,age,hobby_list}")
name,age,hobby_list: ('nick', 19, ['read', 'run'])

 

四、 函数的调用

4、1 什么是函数调用？

第一次将函数其实就讲了函数的调用，但是你不得不再次更新你对函数调用的印象。函数名(…)即调用函数，会执行函数体代码，直到碰到return或者执行完函数体内所有代码结束。

函数运行完毕所有代码，如果函数体不写return，则会返回None。

def foo():
    pass
​
print(foo())

4、2 为何用调用函数？

很愚蠢的一个问题，但是我们依然得回答：使用函数的功能。

4、3 函数调用的三种形式

def max_self(x,y):
    if x>y:
        return x
    else:
        return y
    
# 1.
max_self(1,2)
# 2.
res = max_self(1,2)*12
# 3.
max_self(max_self(20000,30000),40000)

五、 函数的参数

5、1 形参和实参

5.1.1形参

在函数定义阶段括号内定义的参数，称之为形式参数，简称形参，本质就是变量名。

def func(x, y):
    print(x)
    print(y)

5.1.2 实参

在函数调用阶段括号内传入的参数，称之为实际参数，简称实参，本质就是变量的值。

func(1, 2)

5、2 位置参数

5.2.1 位置形参

在函数定义阶段，按照从左到右的顺序依次定义的形参，称之为位置形参。

 

def func(x, y):
    print(x)
    print(y)

特点：按照位置定义的形参，都必须被传值，多一个不行，少一个也不行。

5.2.2 位置实参

在函数调用阶段，按照从左到右的顺序依次定义的实参，称之为位置实参。

func(1, 2)

特点：按照位置为对应的形参依次传值。

5、3 关键字实参

在调用函数时，按照key=value的形式为指定的参数传值，称为关键字实参。

func(y=2, x=1)

特点：可以打破位置的限制，但仍能为指定的形参赋值。

注意：

1. 可以混用位置实参和关键字实参，但是位置实参必须在关键字实参的左边。

2. 可以混用位置实参和关键字实参，但不能对一个形参重复赋值。

func(x, y=2)
func(y=2, x)  # SyntaxError: positional argument follows keyword argument
func(x, x=1)  # NameError: name 'x' is not defined

5、4 默认形参

在定义阶段，就已经被赋值。

def func(x, y=10):
    print(x)
    print(y)
    
func(2)

特点：在定义阶段就已经被赋值，意味着在调用时可以不用为其赋值。

注意：

1. 位置形参必须放在默认形参的左边。

2. 默认形参的值只在定义阶段赋值一次，也就是说默认参数的值在函数定义阶段就已经固定了。

m = 10
​
​
def foo(x=m):
    print(x)
​
​
m = 111
foo()  # 10

1. 默认参数的值通常应该是不可变类型。

# 演示形参是可变类型
def register(name, hobby, hobby_list=[]):
    hobby_list.append(hobby)
    print(f"{name} prefer {hobby}'")
    print(f"{name} prefer {hobby_list}")
​
​
register('nick', 'read')
register('tank', 'zuipao')
register('jason', 'piao')
```
运行结果：
nick prefer read'
nick prefer ['read']
tank prefer zuipao'
tank prefer ['read', 'zuipao']
jason prefer piao'
jason prefer ['read', 'zuipao', 'piao']
```

# 修改形参是可变类型代码
def register(name, hobby, hobby_list=None):
    if hobby_list is None:
        hobby_list = []
    hobby_list.append(hobby)
    print(f"{name} prefer {hobby}'")
    print(f"{name} prefer {hobby_list}")
​
​
register('nick', 'read')
register('tank', 'zuipao')
register('jason', 'piao')
```
运行结果：
nick prefer read'
nick prefer ['read']
tank prefer zuipao'
tank prefer ['zuipao']
jason prefer piao'
jason prefer ['piao']
```

5、5 总结

实参的应用：取决于个人习惯 形参的应用：

1. 大多数情况的调

2. 大多数情况的调用值一样，就应该将该参数定义成位置形参

3. 大多数情况的调用值一样，就应该将该参数定义成默认形参

六、可变长参数

可变长参数：指的是在调用函数时，传入的参数个数可以不固定

调用函数时，传值的方式无非两种，一种是位置实参，另一种是关键字实参，因此形参也必须得有两种解决方法，以此来分别接收溢出的位置实参(*)与关键字实参(**)

6、1 可变长形参之*

形参中的会将溢出的位置实参全部接收，然后存储元组的形式，然后把元组赋值给后的参数。需要注意的是：*后的参数名约定俗成为args。

def sum_self(*args):
    res = 0
    for num in args:
        res += num
    return res
​
​
res = sum_self(1, 2, 3, 4)
print(res)
#10

6、2 可变长实参之**

实参中的，会将后参数的值循环取出，打散成位置实参。以后但凡碰到实参中带的，它就是位置实参，应该马上打散成位置实参去看。

def func(x, y, z, *args):
    print(x, y, z, args)


func(1, *(1, 2), 3, 4)
#1 1 2 (3, 4)

6、3 可变长形参之**

形参中的*会将溢出的关键字实参全部接收，然后存储字典的形式，然后把字典赋值给*后的参数。需要注意的是：**后的参数名约定俗成为kwargs。

def func(**kwargw):
    print(kwargw)
​
​
func(a=5)
{'a': 5}

6、4 可变长实参之**

实参中的，会将**后参数的值循环取出，打散成关键字实参。以后但凡碰到实参中带**的，它就是关键字实参，应该马上打散成关键字实参去看。

def func(x, y, z, **kwargs):
    print(x, y, z, kwargs)
​
​
func(1, 3, 4, **{'a': 1, 'b': 2})
# 1 3 4 {'a': 1, 'b': 2}

6、5 可变长参数应用**

 

def index(name, age, sex):
    print(f"name: {name}, age: {age}, sex: {sex}")
​
​
def wrapper(*args, **kwargs):
    print(f"args: {args}")
    print(f"kwargs: {kwargs}")
    index(*args, **kwargs)
​
​
​
# kwargs: {'name': 'nick', 'sex': 'male', 'age': # 19}
# name: nick, age: 19, sex: male

6、6 命名关键字形参**

现在有一个需求：函数的使用者必须按照关键字实参传。

def register(x, y, **kwargs):
    if 'name' not in kwargs or 'age' not in kwargs:
        print('用户名和年龄必须使用关键字的形式传值')
        return
    print(kwargs['name'])
    print(kwargs['age'])
​
​
# register(1, 2, name='nick', age=19)
# nick
# 19

命名关键字形参：在函数定义阶段，*后面的参数都是命名关键字参数。

特点：在传值时，必须按照key=value的方式传值，并且key必须命名关键字参数的指定的参数名。

def register(x, y, *, name, gender='male', age):
    print(x)
    print(age)
​
​
register(1, 2, x='nick', age=19)  # TypeError: register() got multiple values for argument 'x'

七、函数对象

函数是第一类对象，即函数可以被当做数据处理。

def func():
    print('from func')
​
​
print(func)
<function func at 0x10af72f28>

7、1 函数对象的四大功能

1. 引用

x = 'hello nick'
y = x
​
f = func
print(f)
<function func at 0x10af72f28>

2.当作参数传给一个函数

len(x)
​
​
def foo(m):
    m()
​
​
foo(func)
from func

3.可以当作函数的返回值

def foo(x):
    return x
​
​
res = foo(func)
print(res)
res()
<function func at 0x10af72f28>
from func

4.可以当作容器类型的元素

l = [x]
​
function_list = [func]
function_list[0]()
from func

7、2 练习

def pay():
    print('支付1e成功')
​
​
def withdraw():
    print('提现2e成功')
​
​
dic = {
    '1': pay,
    '2': withdraw,
}
while True:
    msg = """
    '1': 支付,
    '2': 提现,
    '3': 退出,
    """
    print(msg)
    choice = input('>>: ').strip()
    if choice == '3':
        break
    elif choice in dic:
        dic[choice]()
```
运行结果：
'1': 支付,
    '2': 提现,
    '3': 退出,
    
>>: 1
支付1e成功
​
    '1': 支付,
    '2': 提现,
    '3': 退出,
    
>>: 2
提现2e成功
​
    '1': 支付,
    '2': 提现,
    '3': 退出,
    
>>: 3
```

八、 函数嵌套

8、1 函数的嵌套定义

函数内部定义的函数，无法在函数外部使用内部定义的函数。

def f1():
    def f2():
        print('from f2')
    f2()
​
​
f2()  # NameError: name 'f2' is not defined
​

def f1():
    def f2():
        print('from f2')
    f2()
​
f1()
# from f2

 

现在有一个需求，通过给一个函数传参即可求得某个圆的面积或者圆的周长。也就是说把一堆工具丢进工具箱内，之后想要获得某个工具，直接从工具箱中获取就行了。

from math import pi
​
​
def circle(radius, action='area'):
    def area():
        return pi * (radius**2)
​
    def perimeter():
        return 2*pi*radius
    if action == 'area':
        return area()
    else:
        return perimeter()
​
​
print(f"circle(10): {circle(10)}")
print(f"circle(10,action='perimeter'): {circle(10,action='perimeter')}")
# 运行结果
# circle(10): 314.1592653589793
# circle(10,action='perimeter'): 62.83185307179586

8、2 函数的嵌套调用

4def max2(x, y):
    if x > y:
        return x
    else:
        return y
​
​
def max4(a, b, c, d):
    res1 = max2(a, b)
    res2 = max2(res1, c)
    res3 = max2(res2, d)
    return res3
​
​
print(max4(1, 2, 3, 4))

4

九、 名称空间和作用域

函数内部的函数只能在函数内部调用，不能在函数外部调用，通过接下来的学习你将会知道为什么会出现这种情况。

def f1():
    def f2():
        print('from f2')
    f2()
​
f2()  # NameError: name 'f2' is not defined

9、1 名称空间

名称空间（name spaces）：在内存管理那一章节时，我们曾说到变量的创建其实就是在内存中开辟了一个新的空间。但是我们一直在回避变量名的存储，其实在内存中有一块内存存储变量名与变量间的绑定关系的空间，而这个空间称为名称空间。

9.1.1 内置名称空间

内置名称空间：存放Pyhton解释器自带的名字，如int、float、len

生命周期：在解释器启动时生效，在解释器关闭时失效

9.1.2 全局名称空间

全局名称空间：除了内置和局部的名字之外，其余都存放在全局名称空间，如下面代码中的x、func、l、z

生命周期：在文件执行时生效，在文件执行结束后失效

x = 1
​
​
def func():
    pass
​
​
l = [1, 2]
​
if 3 > 2:
    if 4 > 3:
        z = 3

9.1.3 局部名称空间

局部名称空间：用于存放函数调用期间函数体产生的名字，如下面代码的f2

生命周期：在文件执行时函数调用期间时生效，在函数执行结束后失效

def f1():
    def f2():
        print('from f2')
    f2()
​
f1() 

9.1.4 加载顺序

由于.py文件是由Python解释器打开的，因此一定是在Python解释器中的内置名称空间加载结束后，文件才开始打开，这个时候才会产生全局名称空间，但文件内有某一个函数被调用的时候，才会开始产生局部名称空间，因此名称空间的加载顺序为：内置--》全局--》局部。

9.1.5 查找顺序

由于名称空间是用来存放变量名与值之间的绑定关系的，所以但凡要查找名字，一定是从三者之一找到，查找顺序为： 从当前的所在位置开始查找，如果当前所在的位置为局部名称空间，则查找顺序为：局部--》全局--》内置。

x = 1
y = 2
len = 100
​
​
def func():
    y = 3
    len = 1000
    print(f"y: {y}")
    print(f"len: {len}")
    # print(a)  # NameError: name 'a' is not defined
​
​
func()
y: 3
len: 1000
x = 1
​
​
def func():
    print(x)
​
​
x = 10
func()
10

9、2 作用域

域指的是区域，作用域即作用的区域。

9.2.1 全局作用域

全局作用域：全局有效，全局存活，包含内置名称空间和全局名称空间。

# 全局作用域
x = 1
​
​
def bar():
    print(x)
​
​
bar()
# 1

9.2.2 局部作用域

局部作用域：局部有小，临时存储，只包含局部名称空间。

# 局部作用域
def f1():
    def f2():
        def f3():
            print(x)
        x = 2
        f3()
    f2()
​
​
f1()
2

9.2.3 注意点

需要注意的是：作用域关系在函数定义阶段就固定死了，与函数的调用无关。

# 作用域注意点
x = 1
​
​
def f1():  # 定义阶段x=1
    print(x)
​
​
def f2():
    x = 2
    f1()
​
​
f2()
#1

9.2.4 函数对象+作用域应用

# 作用域应用
def f1():
    def inner():
        print('from inner')
    return inner
​
​
f = f1()  # 把局部定义的函数放在全局之中
​
​
def bar():
    f()
​
​
bar()
# from inner

9、3 补充知识点

9.3.1 global关键字

修改全局作用域中的变量。

x = 1
​
​
def f1():
    x = 2
​
    def f2():
        #         global x  # 修改全局
        x = 3
    f2()
​
​
f1()
print(x)
# 1
​

x = 1
​
​
def f1():
    x = 2
​
    def f2():
        global x  # 修改全局
        x = 3
    f2()
​
​
f1()
print(x)
# 3

 

9.3.2 nonlocal关键字

修改局部作用域中的变量。

x = 1
​
​
def f1():
    x = 2
​
    def f2():
        #         nonlocal x
        x = 3
​
    f2()
    print(x)
​
​
f1()
2
x = 1
​
​
def f1():
    x = 2
​
    def f2():
        nonlocal x
        x = 3
​
    f2()
    print(x)
​
​
f1()
# 3

x = 1
def f1():  
    x = 2
    def f2():  
        nonlocal x    
        x = 3  
        f2()  
        print(x)
f1()
# 3

 

9.3.3 注意点

1. 在局部想要修改全局的可变类型，不需要任何声明，可以直接修改。

2. 在局部如果想要修改全局的不可变类型，需要借助global声明，声明为全局的变量，即可直接修改。

lis = []
​
​
def f1():
    lis.append(1)
​
​
print(f"调用函数前: {lis}")
f1()
print(f"调用函数后: {lis}")
#调用函数前: []
#调用函数后: [1]