Python学习5：函数
函数的定义
在 Python 中，函数是一段可重复使用的代码块，它接受一些输入（也称为参数）并产生一些输出。函数可以通过 def 关键字来定义，语法如下：
def function_name(parameters):
"""This is a function"""
# function body
return value
其中，function_name 是函数的名称，parameters 是函数的参数列表，function body 是函数的主体部分，包括需要执行的代码和可能的返回语句，return value 是函数的返回值（如果有的话）。
下列代码创建一个可以输出限定数值内的斐波那契数列函数：
def fib(n): # write Fibonacci series up to n
"""Print a Fibonacci series up to n."""
a, b = 0, 1
while a < n:
print(a, end=' ')
a, b = b, a+b
print()
fib(2000) # 0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377 610 987 159
定义 函数使用关键字 def，后跟函数名与括号内的形参列表。函数语句从下一行开始，并且必须缩进。
函数内的第一条语句是字符串时，该字符串就是文档字符串，也称为 docstring。利用文档字符串可以自动生成在线文档或打印版文档，还可以让开发者在浏览代码时直接查阅文档；Python 开发者最好养成在代码中加入文档字符串的好习惯。
函数在 执行 时使用函数局部变量符号表，所有函数变量赋值都存在局部符号表中；引用变量时，首先，在局部符号表里查找变量，然后，是外层函数局部符号表，再是全局符号表，最后是内置名称符号表。因此，尽管可以引用全局变量和外层函数的变量，但最好不要在函数内直接赋值（除非是 global 语句定义的全局变量，或 nonlocal 语句定义的外层函数变量）。
在调用函数时会将实际参数（实参）引入到被调用函数的局部符号表中；因此，实参是使用 按值调用 来传递的（其中的 值 始终是对象的 引用 而不是对象的值）。 1 当一个函数调用另外一个函数时，会为该调用创建一个新的局部符号表。
函数定义在当前符号表中把函数名与函数对象关联在一起。解释器把函数名指向的对象作为用户自定义函数。还可以使用其他名称指向同一个函数对象，并访问访该函数：
fib
f = fib
f(100) # 0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89
fib 不返回值，因此，其他语言不把它当作函数，而是当作过程。事实上，没有 return 语句的函数也返回值，只不过这个值比较是 None （是一个内置名称）。一般来说，解释器不会输出单独的返回值 None ，如需查看该值，可以使用 print()：
fib(0)
print(fib(0))
函数参数
默认值参数
在 Python 中，函数参数可以具有默认值，这意味着如果在函数调用期间未提供该参数的值，则使用默认值。定义具有默认值的函数参数的语法如下：
def function_name(param1, param2=default_value):
# function body
return value
其中，param1 是必需的参数，它没有默认值；param2 是可选参数，如果未提供，则使用默认值 default_value。如果调用函数时提供了 param2 的值，则使用提供的值覆盖默认值。
以下是一个使用默认参数值的 Python 函数示例：
def greet(name, greeting="Hello"):
print(f"{greeting}, {name}!")
greet("Alice") # output: Hello, Alice!
greet("Bob", "Hi") # output: Hi, Bob!
需要注意的是，当函数参数具有默认值时，应该将具有默认值的参数放在参数列表的末尾。这样可以使函数更加易于使用，并避免在调用函数时出现混淆。
以下是一个具有多个默认参数值的 Python 函数的示例：
def create_user(name, age=18, gender="male", email=None):
user = {"name": name, "age": age, "gender": gender}
if email:
user["email"] = email
return user
user1 = create_user("Alice")
user2 = create_user("Bob", 20)
user3 = create_user("Charlie", gender="female", email="[email protected]")
print(user1) # output: {'name': 'Alice', 'age': 18, 'gender': 'male'}
print(user2) # output: {'name': 'Bob', 'age': 20, 'gender': 'male'}
print(user3) # output: {'name': 'Charlie', 'age': 18, 'gender': 'female', 'email': '[email protected]'}
关键字参数
kwarg=value 形式的关键字参数也可以用于调用函数。函数示例如下：
def parrot(voltage, state='a stiff', action='voom', type='Norwegian Blue'):
print("-- This parrot wouldn't", action, end=' ')
print("if you put", voltage, "volts through it.")
print("-- Lovely plumage, the", type)
print("-- It's", state, "!")
该函数接受一个必选参数（voltage）和三个可选参数（state, action 和 type）。该函数可用下列方式调用：
parrot(1000) # 1 positional argument
parrot(voltage=1000) # 1 keyword argument
parrot(voltage=1000000, action='VOOOOOM') # 2 keyword arguments
parrot(action='VOOOOOM', voltage=1000000) # 2 keyword arguments
parrot('a million', 'bereft of life', 'jump') # 3 positional arguments
parrot('a thousand', state='pushing up the daisies') # 1 positional, 1 keyword
以下调用函数的方式都无效：
parrot() # required argument missing
parrot(voltage=5.0, 'dead') # non-keyword argument after a keyword argument
parrot(110, voltage=220) # duplicate value for the same argument
parrot(actor='John Cleese') # unknown keyword argument
函数调用时，关键字参数必须跟在位置参数后面。所有传递的关键字参数都必须匹配一个函数接受的参数（比如，actor 不是函数 parrot 的有效参数），关键字参数的顺序并不重要。这也包括必选参数，（比如，parrot(voltage=1000) 也有效）。不能对同一个参数多次赋值，下面就是一个因此限制而失败的例子：
def function(a):
pass
function(0, a=0)
#Traceback (most recent call last):
# File "<stdin>", line 1, in <module>
#TypeError: function() got multiple values for argument 'a'
最后一个形参为 **name 形式时，接收一个字典，该字典包含与函数中已定义形参对应之外的所有关键字参数。**name 形参可以与 *name 形参（下一小节介绍）组合使用（*name 必须在 **name 前面）， *name 形参接收一个元组，该元组包含形参列表之外的位置参数。例如，可以定义下面这样的函数：
def cheeseshop(kind, *arguments, **keywords):
print("-- Do you have any", kind, "?")
print("-- I'm sorry, we're all out of", kind)
for arg in arguments:
print(arg)
print("-" * 40)
for kw in keywords:
print(kw, ":", keywords[kw])
该函数可以用如下方式调用：
cheeseshop("Limburger", "It's very runny, sir.",
"It's really very, VERY runny, sir.",
shopkeeper="Michael Palin",
client="John Cleese",
sketch="Cheese Shop Sketch")
输出结果如下：
-- Do you have any Limburger ?
-- I'm sorry, we're all out of Limburger
It's very runny, sir.
It's really very, VERY runny, sir.
----------------------------------------
shopkeeper : Michael Palin
client : John Cleese
sketch : Cheese Shop Sketch
注意，关键字参数在输出结果中的顺序与调用函数时的顺序一致。
特殊参数
默认情况下，参数可以按位置或显式关键字传递给 Python 函数。为了让代码易读、高效，最好限制参数的传递方式，这样，开发者只需查看函数定义，即可确定参数项是仅按位置、按位置或关键字，还是仅按关键字传递。
函数定义如下：
def f(pos1, pos2, /, pos_or_kwd, *, kwd1, kwd2):
----------- ---------- ----------
| | |
| Positional or keyword |
| - Keyword only
-- Positional only
/ 和 * 是可选的。这些符号表明形参如何把参数值传递给函数：位置、位置或关键字、关键字。关键字形参也叫作命名形参。
位置或关键字参数。函数定义中未使用
/和*时，参数可以按位置或关键字传递给函数。仅位置参数。特定形参可以标记为 仅限位置。仅限位置 时，形参的顺序很重要，且这些形参不能用关键字传递。仅限位置形参应放在
/（正斜杠）前。/用于在逻辑上分割仅限位置形参与其它形参。如果函数定义中没有/，则表示没有仅限位置形参。/后可以是 位置或关键字 或 仅限关键字 形参。仅限关键字参数。把形参标记为 仅限关键字，表明必须以关键字参数形式传递该形参，应在参数列表中第一个 仅限关键字 形参前添加
*。
请看下面的函数定义示例，注意 / 和 * 标记：
def standard_arg(arg):
print(arg)
def pos_only_arg(arg, /):
print(arg)
def kwd_only_arg(*, arg):
print(arg)
def combined_example(pos_only, /, standard, *, kwd_only):
print(pos_only, standard, kwd_only)
第一个函数定义 standard_arg 是最常见的形式，对调用方式没有任何限制，可以按位置也可以按关键字传递参数：
standard_arg(2) # 2
standard_arg(arg=2) # 2
第二个函数 pos_only_arg 的函数定义中有 /，仅限使用位置形参：
pos_only_arg(1) # 1
第三个函数 kwd_only_args 的函数定义通过 * 表明仅限关键字参数：
kwd_only_arg(arg=3) # 3
最后一个函数在同一个函数定义中，使用了全部三种调用惯例：
combined_example(1, 2, kwd_only=3) # 1 2 3
combined_example(1, standard=2, kwd_only=3) #1 2 3
下面的函数定义中，kwds 把 name 当作键，因此，可能与位置参数 name 产生潜在冲突：
def foo(name, **kwds):
return 'name' in kwds
调用该函数不可能返回 True，因为关键字 'name' 总与第一个形参绑定。例如：
foo(1, **{'name': 2})
#Traceback (most recent call last):
# File "<stdin>", line 1, in <module>
#TypeError: foo() got multiple values for argument 'name'
加上 / （仅限位置参数）后，就可以了。此时，函数定义把 name 当作位置参数，'name' 也可以作为关键字参数的键：
def foo(name, /, **kwds):
return 'name' in kwds
foo(1, **{'name': 2}) # True
换句话说，仅限位置形参的名称可以在 **kwds 中使用，而不产生歧义。
任意实参列表
调用函数时，使用任意数量的实参是最少见的选项。这些实参包含在元组中。在可变数量的实参之前，可能有若干个普通参数：
def write_multiple_items(file, separator, *args):
file.write(separator.join(args))
variadic 参数用于采集传递给函数的所有剩余参数，因此，它们通常在形参列表的末尾。*args 形参后的任何形式参数只能是仅限关键字参数，即只能用作关键字参数，不能用作位置参数：
def concat(*args, sep="/"):
return sep.join(args)
concat("earth", "mars", "venus")
concat("earth", "mars", "venus", sep=".")
解包实参列表
函数调用要求独立的位置参数，但实参在列表或元组里时，要执行相反的操作。例如，内置的 range() 函数要求独立的 start 和 stop 实参。如果这些参数不是独立的，则要在调用函数时，用 * 操作符把实参从列表或元组解包出来：
list(range(3, 6)) # normal call with separate arguments
args = [3, 6]
list(range(*args)) # call with arguments unpacked from a list
同样，字典可以用 ** 操作符传递关键字参数：
def parrot(voltage, state='a stiff', action='voom'):
print("-- This parrot wouldn't", action, end=' ')
print("if you put", voltage, "volts through it.", end=' ')
print("E's", state, "!")
d = {"voltage": "four million", "state": "bleedin' demised", "action": "VOOM"}
parrot(**d)
Lambda 函数
Python 中还有一种特殊的函数称为 lambda 函数，它是一种匿名函数，用于创建简短的函数。以下是一个 lambda 函数示例：
add_numbers = lambda x, y: x + y
result = add_numbers(2, 3)
print(result)
在上面的示例中，我们使用 lambda 关键字创建了一个匿名函数 add_numbers，它接受两个参数 x 和 y，并返回它们的和。我们可以使用 add_numbers(2, 3) 调用这个匿名函数，并将结果存储在变量 result 中。
函数注解
Python 函数注解是一种在函数定义中添加元数据的功能。这些注解可以用于指定函数参数和返回值的类型、参数的默认值、函数的文档字符串等信息。虽然注解并不会影响 Python 函数的行为，但它们可以提供有用的信息，使代码更加清晰易读。
Python 函数注解使用的语法是在函数定义的参数列表后面添加冒号和注解。以下是一个函数注解的示例：
def add_numbers(x: int, y: int) -> int:
return x + y
在上面的示例中，我们使用注解指定了函数 add_numbers() 的两个参数 x 和 y 的类型为 int，并指定函数返回值的类型也为 int。在函数体中，我们使用加法运算符将这两个参数相加，并返回结果。
函数注解还可以包含参数的默认值、参数的可变性和函数的文档字符串等信息。以下是一个包含这些信息的函数注解示例：
def greet(name: str = "World", *, times: int = 1) -> str:
"""
Greet a person by name and optionally repeat the greeting multiple times.
:param name: The name of the person to greet. Default is "World".
:param times: The number of times to repeat the greeting. Default is 1.
:return: A string containing the greeting message.
"""
message = "Hello, " + name + "!\n" * times
return message
在上面的示例中，我们使用注解指定了函数 greet() 的参数 name 和 times 的类型为 str 和 int，并指定了参数 name 的默认值为 "World"，参数 times 的默认值为 1。我们还使用了函数的文档字符串来提供更详细的函数说明。
标注 以字典的形式存放在函数的 __annotations__ 属性中，并且不会影响函数的任何其他部分。 形参标注的定义方式是在形参名后加冒号，后面跟一个表达式，该表达式会被求值为标注的值。 返回值标注的定义方式是加组合符号 ->，后面跟一个表达式，该标注位于形参列表和表示 def 语句结束的冒号之间。 下面的示例有一个必须的参数，一个可选的关键字参数以及返回值都带有相应的标注:
def f(ham: str, eggs: str = 'eggs') -> str:
print("Annotations:", f.__annotations__)
print("Arguments:", ham, eggs)
return ham + ' and ' + eggs
f('spam')