Python 函数详解

引言

函数是编程中非常重要的概念，它允许我们将代码组织成可重用的块。Python 提供了灵活且强大的函数功能，包括创建和调用函数、形式参数与实际参数、位置参数、关键字参数、默认参数值、可变参数、返回值、变量作用域以及匿名函数（lambda）。本文将详细介绍这些内容，并提供相应的代码示例。

1. 函数的创建和调用

在 Python 中，可以使用 def 关键字来定义一个函数。函数定义完成后，可以通过函数名加括号来调用它。

示例代码：

# 定义一个简单的函数
def greet(name):
    print(f"Hello, {name}!")

# 调用函数
greet("Alice")  # 输出: Hello, Alice!

2. 形式参数和实际参数

• 形式参数（Formal Parameters）：在函数定义时使用的参数。
• 实际参数（Actual Parameters）：在调用函数时传递给函数的参数。

示例代码：

# 定义一个带有形式参数的函数
def add(a, b):  # a 和 b 是形式参数
    return a + b

# 调用函数并传递实际参数
result = add(3, 5)  # 3 和 5 是实际参数
print(result)  # 输出: 8

3. 位置参数

位置参数是指在调用函数时，按照函数定义中的顺序传递参数。

示例代码：

# 定义一个带有两个位置参数的函数
def describe_pet(animal_type, pet_name):
    print(f"I have a {animal_type} named {pet_name}.")

# 使用位置参数调用函数
describe_pet("dog", "Buddy")  # 输出: I have a dog named Buddy.

4. 关键字参数

关键字参数允许你在调用函数时明确指定参数名称，这样就不需要关心参数的顺序。

示例代码：

# 使用关键字参数调用函数
describe_pet(pet_name="Whiskers", animal_type="cat")  # 输出: I have a cat named Whiskers.

5. 为参数设置默认值

可以在定义函数时为参数设置默认值。如果在调用函数时没有传递该参数，则使用默认值。

示例代码：

# 定义一个带有默认参数值的函数
def describe_pet(pet_name, animal_type="dog"):
    print(f"I have a {animal_type} named {pet_name}.")

# 调用函数时不传递 animal_type 参数
describe_pet(pet_name="Rex")  # 输出: I have a dog named Rex.

# 传递 animal_type 参数
describe_pet(pet_name="Fluffy", animal_type="cat")  # 输出: I have a cat named Fluffy.

6. 可变参数

可变参数允许你传递任意数量的位置参数或关键字参数。使用 *args 表示任意数量的位置参数，使用 **kwargs 表示任意数量的关键字参数。

示例代码：

# 定义一个带有可变位置参数的函数
def make_pizza(*toppings):
    print("Making a pizza with the following toppings:")
    for topping in toppings:
        print(f"- {topping}")

# 调用函数并传递多个位置参数
make_pizza("mushrooms", "pepperoni", "green peppers")
# 输出:
# Making a pizza with the following toppings:
# - mushrooms
# - pepperoni
# - green peppers

# 定义一个带有可变关键字参数的函数
def build_profile(first, last, **user_info):
    profile = {'first_name': first, 'last_name': last}
    for key, value in user_info.items():
        profile[key] = value
    return profile

# 调用函数并传递多个关键字参数
user_profile = build_profile('albert', 'einstein',
                             location='princeton',
                             field='physics')
print(user_profile)
# 输出: {'first_name': 'albert', 'last_name': 'einstein', 'location': 'princeton', 'field': 'physics'}

7. 返回值

函数可以返回一个值或多个值。返回值可以被赋值给变量，以便后续使用。

示例代码：

# 定义一个带有返回值的函数
def get_formatted_name(first_name, last_name):
    full_name = f"{first_name} {last_name}"
    return full_name.title()

# 调用函数并使用返回值
formatted_name = get_formatted_name("jane", "doe")
print(formatted_name)  # 输出: Jane Doe

# 返回多个值
def calculate_rectangle_area(length, width):
    area = length * width
    perimeter = 2 * (length + width)
    return area, perimeter

# 调用函数并接收多个返回值
rect_area, rect_perimeter = calculate_rectangle_area(5, 3)
print(f"Area: {rect_area}, Perimeter: {rect_perimeter}")  # 输出: Area: 15, Perimeter: 16

8. 变量的作用域

• 局部变量：在函数内部定义的变量，只能在该函数内部访问。
• 全局变量：在函数外部定义的变量，可以在整个文件范围内访问。

示例代码：

# 全局变量
global_var = "I am global"

# 定义一个使用全局变量的函数
def show_global():
    print(global_var)

# 调用函数
show_global()  # 输出: I am global

# 局部变量
def show_local():
    local_var = "I am local"
    print(local_var)

# 调用函数
show_local()  # 输出: I am local

# 尝试在函数外部访问局部变量
try:
    print(local_var)
except NameError as e:
    print(e)  # 输出: name 'local_var' is not defined

# 在函数内部修改全局变量
def modify_global():
    global global_var
    global_var = "I am modified global"

modify_global()
print(global_var)  # 输出: I am modified global

9. 匿名函数（lambda）

lambda 表达式用于创建小型的匿名函数。lambda 函数可以接受任意数量的参数，但只能有一个表达式。

示例代码：

# 定义一个 lambda 函数
square = lambda x: x * x

# 调用 lambda 函数
print(square(5))  # 输出: 25

# 使用 lambda 函数作为参数
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
squared_numbers = list(map(lambda x: x * x, numbers))
print(squared_numbers)  # 输出: [1, 4, 9, 16, 25]

# 使用 lambda 函数进行排序
words = ["apple", "banana", "cherry", "date"]
sorted_words = sorted(words, key=lambda word: len(word), reverse=True)
print(sorted_words)  # 输出: ['banana', 'cherry', 'apple', 'date']

结论

本文详细介绍了 Python 中函数的相关知识，包括如何创建和调用函数、形式参数与实际参数、位置参数、关键字参数、默认参数值、可变参数、返回值、变量作用域以及匿名函数（lambda）。通过掌握这些内容，你可以编写出更高效、更灵活的 Python 代码。

扩展阅读

• Python官方文档 - 函数
• Python官方文档 - 常见问题解答 - 函数
• Python官方文档 - Lambda 表达式