一、函數基礎

簡單地說，一個函數就是一組Python語句的組合，它們可以在程序中運行一次或多次運行。Python中的函數在其他語言中也叫做過程或子例程，那么這些被包裝起來的語句通過一個函數名稱來調用。

[[271067]]

有了函數，我們可以在很大程度上減少復制及粘貼代碼的次數了(相信很多人在剛開始時都有這樣的體驗)。我們可以把相同的代碼可以提煉出來做成一個函數，在需要的地方只需要調用即可。那么，這樣就提高了代碼的復用率了，整體代碼看起來比較簡練，沒有那么臃腫了。

函數在Python中是很基本的程序結構，用來充分地讓我們的代碼進行復用;與此同時，函數可以把一個錯綜復雜的系統分割為可管理的多個部分，簡化編程、代碼復用。

接下來我們看看什么是函數，及函數該如何定義。有兩種方式可以進行函數的定義，分別是def及lambda關鍵字。

1. 函數定義

先總結一下為什么要使用函數?

代碼復用***化及最小化冗余代碼;過程分解(拆解)。把一個復雜的任務拆解為多個小任務。

函數定義的語法為：

def func_name(arg1, arg2, arg3, ..., argN):  
statement  
return value 

根據上面定義，可以簡單地描述為：Python中的函數是具有0個或多個參數，具有若干行語句并且具有返回值(返回值可有可無)的一個語句塊(注意縮進)。

那么我們就定義一個比較簡單的函數，該函數沒有參數，進入ipython交互式環境：

In[1]: def hello(): 
...: print('Leave me alone, the world')  
...: 

調用(執行)該函數：

In[2]: hello() 
Leave me alone, the world 

我們發現hello()函數并沒有return語句，在Python中，如果沒有顯式的執行return語句，那么函數的返回值默認為None。

我們說過，定義函數有兩種形式，另外一種形式是使用lambda來定義。使用lambda定義的函數是匿名函數，這個我們在后面的內容進行講解，這里暫且不表。

二、函數參數

定義函數的時候，我們把參數的名字和位置確定下來，函數的接口定義就完成了。對于函數的調用者來說，只需要知道如何傳遞正確的參數，以及函數將返回什么樣的值就夠了，函數內部的復雜的邏輯被封裝起來，調用者無需了解。

Python的函數定義非常簡單，但靈活度卻非常大。除了正常定義的必選參數外，還可以使用默認參數、可變參數和關鍵字參數，使得函數定義出來的接口，不但能處理復雜的參數，還可以簡化調用者的代碼。

1. 默認參數

默認參數使得API簡潔，但不失靈活性。當一個參數有默認值時，調用時如果不傳遞此參數時，會使用默認值。

def inc(init, step=1): 
return init + step 
# 調用一下這個函數 
>>> inc(3) 
4 
>>> inc(3, 2) 
5 

默認參數有一個坑，就是非默認參數要放到默認參數的前面(不然Python的解釋器會報語法錯誤)。允許有多個默認參數，但默認參數需要放在參數列表的***面。

def append(x, lst=[]): 
return lst.append(x) 

此函數有問題。(函數中的形參是全局變量?lst在append函數中叫lst，但在全局作用域中，我們不知道lst具體叫什么名字。)

修改之后的函數為：

def append(x, lst=None): 
if lst is None: 
lst = [] 
lst.append(x) 
return lst 

通常來說，當默認參數是可變的時候，需要特別注意作用域的問題，我們需要上述的技巧(不可變的數據類型是值傳遞，可變的數據類型是引用傳遞。)。目前可變的對象為list，dict，set，bytearray。

默認參數很有用，但使用不當，也會掉坑里。默認參數有個很大的坑，演示如下：

# 先定義一個函數，傳入一個list，添加一個END再返回

def add_end(L=[]): 
L.append('END') 
return L 

當我們正常調用時，結果似乎不錯：

>>> add_end([1, 2, 3]) 
[1, 2, 3, 'END'] 
>>> add_end(['x', 'y', 'z']) 
['x', 'y', 'z', 'END'] 

當我們使用默認參數調用時，一開始結果也是對的：

>>> add_end() 
['END'] 

但是，再次調用add_end()時，結果就不對了：

>>> add_end() 
['END', 'END'] 
>>> add_end() 
['END', 'END', 'END'] 

原因解釋如下：

Python函數在定義的時候，默認參數L的值就被計算出來了，即[]，因為默認參數L也是一個變量，它指向對象[]，每次調用該函數，如果改變了L的內容，則下次調用時，默認參數的內容就變了，不再是函數定義時的[]了。

所以，定義默認參數要牢記一點：默認參數必須指向不變對象!

要修改上面的例子，我們可以用None這個不變對象來實現：

def add_end(L=None): 
if L is None: 
L = [] 
L.append('END') 
return L 

為什么要設計str、None這樣的不變對象呢?因為不變對象一旦創建，對象內部的數據就不能修改，這樣就減少了由于修改數據導致的錯誤。此外，由于對象不變，多任務環境下同時讀取對象不需要加鎖，同時讀一點問題都沒有。我們在編寫程序時，如果可以設計一個不變對象，那就盡量設計成不變對象。

2. 位置參數

我們先寫一個計算x^2的函數：

def power(x): 
return x * x 

對于power(x)函數，參數x就是一個位置參數。當我們調用power函數時，必須傳入有且僅有的一個參數x：

>>> power(5) 
25 
>>> power(15) 
225 

現在，如果我們要計算x^3怎么辦呢?可以再定義一個power3函數，但是如果要計算x^4、x^5、x^n，怎么辦?我們不可能定義***多個函數，我們可以把power(x)修改為power(x, n)，用來計算x^n，說寫就寫：

def power(x, n): 
s = 1 
while n > 0: 
n = n - 1 
s = s * x 
return s 

3. 關鍵字參數

可變參數允許我們傳入0個或任意個參數，這些可變參數在函數調用時自動組裝為一個tuple。而關鍵字參數允許你傳入0個或任意個含參數名的參數，這些關鍵字參數在函數內部自動組裝為一個dict。示例如下：

def person(name, age, **kwargs): 
print('name:', name, 'age:', age, 'other:', kwargs) 

函數person除了必選參數name和age外，還接受關鍵字參數kwargs。在調用該函數時，可以只傳入必選參數：

>>> person('LavenLiu', 25) 
name: LavenLiu age: 25 other: {} 

也可以傳入任意個數的關鍵字參數：

>>> person('LavenLiu', 25) 
name: LavenLiu age: 25 other: {} 
>>> person('Taoqi', 25, city='Hebei') 
name: Taoqi age: 25 other: {'city': 'Hebei'} 
>>> person('James', 31, gender='M', job='NBA player') 
name: James age: 31 other: {'gender': 'M', 'job': 'NBA player'} 

關鍵字參數有什么用?它可以擴展函數的功能。比如，在person函數里，我們保證能接收到name和age這兩個參數，但是，如果調用者愿意提供更多的參數，我們也能收到。試想你正在做一個用戶注冊的功能，除了用戶名和年齡是必填項外，其他都是可選項，利用關鍵字參數來定義這個函數就能滿足注冊的需求。

和可變參數類似，也可以先組裝出一個dict，然后，把該dict轉換為關鍵字參數傳進去：

>>> kwargs = {'city': 'Hebei', 'job': 'Test'} 
>>> person('Taoqi', 25, **kwargs) 
name: Taoqi age: 25 other: {'city': 'Hebei', 'job': 'Test'} 

4. 位置參數和關鍵字參數

位置參數和關鍵字參數是函數調用時的概念。

當默認參數和關鍵字參數結合起來用的時候，很有用。

關鍵字參數必須寫在位置參數之后，否則會拋出語法錯誤。

def minus(x, y): 
return x - y 
minus(3, 5) # 位置參數，位置傳參 
minus(5, 3) # 位置參數，位置傳參 
minus(x=5, y=3) # 關鍵字參數，關鍵字傳參 
minus(y=3, x=5) # 關鍵字參數，關鍵字傳參 

位置參數和關鍵字參數可以共存，但是關鍵字參數必須寫到位置參數之后。

5. 可變位置參數

可變位置參數用*定義，在函數體內，可變位置參數是一個元組。

可變位置參數。

In[1]: def fn(*args): 
...: print(args)  
...:  
In[2]: fn((1, 2, 3, 4))  
((1, 2, 3, 4),)  
In[3]: tup01 = (1, 2, 3, 4)  
In[4]: fn(tup01)  
((1, 2, 3, 4),) 
In[5]: fn(*tup01)  
(1, 2, 3, 4) 

在python的函數中，還可以定義可變參數。可變參數就是傳入的參數個數是可變的。

In[6]: def cacl(*numbers):  
...: sum = 0  
...: for n in numbers:  
...: sum = sum + n * n  
...: return sum  
...:  
In[7]: nums = [1, 2, 3]  
In[8]: cacl(*nums) # 這里如果不在nums前面加*，有問題嗎? 
Out[8]: 14 

6. 可變關鍵字參數

可變關鍵字參數使用**定義，在函數體內，可變關鍵字參數是一個字典。可變關鍵字參數的key都是字符串，并且符合標識符定義規范。

def fn(**kwargs): 
print(kwargs) 
dict01 = {'name': 'Laven Liu', 'age': 29} 
fn(**dict01) 
# fn(dict01) 
fn(name='Laven Liu', age=29) 
{'name': 'Laven Liu', 'age': 29} 
{'name': 'Laven Liu', 'age': 29} 

可變位置參數只能以位置參數的形式調用可變關鍵字參數只能以關鍵字參數的形式調用可變位置參數必須在可變關鍵字參數之前

In[18]: def fn(*args, **kwargs): 
...: print(args) 
...: print(kwargs)  
...:  
In[19]: fn(1, 2, 3, a=1, b=2)  
(1, 2, 3)  
{'a': 1, 'b': 2}  
In[20]: def fn(*args, x, y):  
...: print(args) 
...: print(x, y)  
...:  
In[21]: fn(1, 2, 3, 4) 
--------------------------------------------------------------------------- 
TypeError Traceback (most recent call last)  
in ()  
----> 1 fn(1, 2, 3, 4) 
TypeError: fn() missing 2 required keyword-only arguments: 'x' and 'y' 
In[22]: fn(1, 2, x=3, y=4)  
(1, 2)  
3 4 

可變參數后置可變參數不和默認參數一起出現

7. 參數組合

在Python中定義函數，可以用必選參數、默認參數、可變參數和關鍵字參數，這4種參數都可以一起使用，或者只用其中某些，但是請注意，參數定義的順序必須是： 必選參數、默認參數、可變參數和關鍵字參數

比如定義一個函數，包含上述4種參數：

>>> def func(a, b, c=0, *args, **kwargs): 
... print('a =', a, 'b =', b, 'c =', c, 'args = ', args, 'kwargs = ', kwargs) 

在函數調用的時候，Python解釋器自動按照參數位置和參數名把對應的參數傳進去。

>>> func(1, 2) 
a = 1 b = 2 c = 0 args = () kwargs = {} 
>>> func(1, 2, c=3) 
a = 1 b = 2 c = 3 args = () kwargs = {} 
>>> func(1, 2, 3, 'a', 'b') 
a = 1 b = 2 c = 3 args = ('a', 'b') kwargs = {} 
>>> func(1, 2, 3, 'a', 'b', x=99) 
a = 1 b = 2 c = 3 args = ('a', 'b') kwargs = {'x': 99} 
>>> 

最神奇的是通過一個tuple和dict，我們也可以調用該函數：

>>> args = (1, 2, 3, 4) 
>>> kwargs = {'x': 99} 
>>> func(*args, **kwargs) 
a = 1 b = 2 c = 3 args = (4,) kwargs = {'x': 99} 

所以，對于任意函數，都可以通過類似func(*args, **kwargs)的形式調用它，無論它的參數是如何定義的。

8. 參數解構

參數解構發生在函數調用時，可變參數發生函數定義的時候。參數解構分為兩種形式，一種是位置參數解構，另一種是關鍵字參數解構。

參數結構的兩種形式：

位置參數解構，使用一個星號。解構的對象為可迭代對象，解構的結果為位置參數。關鍵字參數解構，使用兩個星號。解構的對象為字典，解構的結果為關鍵字參數。

位置參數解構的一個例子：

In[23]: def fn(a, b, c): 
...: print(a, b, c) 
...: 
In[24]: lst = [1, 2, 3] 
In[25]: fn(lst[0], lst[1], lst[2]) 
1 2 3 
# 也可以進行如下形式的調用 
In[26]: fn(*lst) # 這種做法就叫參數解構 
1 2 3 
# *號可以把線性結構解包成位置參數 
lst = [1, 2, 3, 4] 
fn(*lst) # -> fn(lst[0], lst[1], lst[2], lst[3]) 
TypeError: fn() takes 3 positional arguments but 4 were given 

# 這里就報錯了，本來這個函數只能接收3個位置參數，lst有四個元素，通過參數解構之后，就變成了4個參數，所以就報錯了。

接下來看字典解構的例子：

In[27]: d = {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3} 
In[28]: fn(**d) 
1 2 3 
# **可以把字典解構成關鍵字參數 

參數解構發生在函數調用時。解構的時候，線性結構的解構是位置參數，字典解構是關鍵字參數。

傳參的順序：位置參數，線性結構解構;關鍵字參數，字典解構。盡量的少的同時使用兩種解構，除非你真的知道在做什么。

In[29]: def fn(a, b, c, d): 
...: print(a, b, c, d) 
...: 
In[30]: fn(0, *[2], c=1, **{'d': 3}) 
0 2 1 3 

9. 參數槽(keyword-only參數)

Python3中引入的。

def fn(a, b, c): 
print(a, b, c) 
fn(a=1, b=2, c=3) 

如果要強制傳入的參數為關鍵字參數：

def fn(*, a, b, c): 
print(a, b, c) 
>>> fn(1, 2, 3) 
Traceback (most recent call last): 
File "", line 1, in 
fn(1, 2, 3) 
TypeError: fn() takes 0 positional arguments but 3 were given 
>>> fn(a=1, b=2, c=3) 
1 2 3 

# *之后的參數，必須以關鍵字參數的形式傳遞，稱之為參數槽。

參數槽通常和默認參數搭配使用。

>>> def fn(a, b, *, x, y): 
print(a, b) 
print(x, y) 
>>> fn(1, 2, 3, 4) 
Traceback (most recent call last): 
File "", line 1, in 
fn(1, 2, 3, 4) 
TypeError: fn() takes 2 positional arguments but 4 were given 
>>> fn(1, 2, x=3, y=4) 
1 2 
3 4 
>>> fn(1, 2, **{'x': 3, 'y': 4}) 
1 2 
3 4 
def fn(a, b, *): 
print(a, b) 
def fn(a, b, *): 
.. print(a, b) 
File "", line 1 
SyntaxError: named arguments must follow bare * 
幾個例子： 
def fn01(*, x=1, y=5): 
print(x) 
print(y) 
>>> fn01() 
1 
5 
def fn02(x=1, *, y): 
print(x) 
print(y) 
>>> fn02(y=3) 
1 
3 

參數槽之坑：

*之后必須有參數非命名參數有默認值時，命名參數可以沒有默認值默認參數應該在每段參數的***使用參數槽時，不能使用可變位置參數，可變關鍵之參數必須放在命名參數之后

三、高級用法

1. 遞歸函數

在函數內部，可以調用其他函數。如果一個函數在內部調用自身本身，這個函數就是遞歸函數。

def fact(n): 
if n==1: 
return 1 
return n*fact(n-1) 

使用遞歸函數的優點是邏輯簡單清晰，缺點是過深的調用會導致棧溢出。

針對尾遞歸優化的語言可以通過尾遞歸防止棧溢出。尾遞歸事實上和循環是等價的，沒有循環語句的編程語言只能通過尾遞歸實現循環。

2. 匿名函數 lambda

python 使用 lambda 來創建匿名函數。

lambda只是一個表達式，函數體比def簡單很多。

lambda的主體是一個表達式，而不是一個代碼塊。僅僅能在lambda表達式中封裝有限的邏輯進去。

lambda函數擁有自己的名字空間，且不能訪問自有參數列表之外或全局名字空間里的參數。

雖然lambda函數看起來只能寫一行，卻不等同于C或C++的內聯函數，后者的目的是調用小函數時不占用棧內存從而增加運行效率。

fib = lambda n,x=0,y=1:x if not n else fib(n-1,y,x+y) 
print(fib(20)) 

3. Python函數中的多態

一個操作的意義取決于被操作對象的類型：

def times(x,y): 
return x*y 
>>>times(2,4) 
>>>8 
times('Python',4) # 傳遞了與上不同的數據類型 'PythonPythonPythonPython' 

四、總結

Python的函數具有非常靈活的參數形態，既可以實現簡單的調用，又可以傳入非常復雜的參數。

默認參數一定要用不可變對象，如果是可變對象，運行會有邏輯錯誤!

要注意定義可變參數和關鍵字參數的語法：

*args是可變參數，args接收的是一個tuple;

**kwargs是關鍵字參數，kwargs接收的是一個dict。

以及調用函數時如何傳入可變參數和關鍵字參數的語法：

可變參數既可以直接傳入：func(1, 2, 3)，又可以先組裝list或tuple，再通過*args傳入：func(*(1, 2, 3));

關鍵字參數既可以直接傳入：func(a=1, b=2)，又可以先組裝dict，再通過kwargs傳入：func({'a': 1, 'b': 2})。

使用*args和**kwargs是Python的習慣寫法，當然也可以用其他參數名，但應該使用習慣用法。