《Think Python 2e》学习精粹（三）： 函数

《Think Python 2e》学习精粹（三）： 函数

---

---

• 函数（function） ：一个有命名的、执行某个计算的语句序列（sequence of statements）；

1、函数调用

• 函数调用（function call） 方式：函数名(表达式)；
• 调用函数时括号里的表达式称为实参（argument）；
• 函数“接受”（accept）实参（有的话）后返回（return）得到一个结果即返回值（return value）；

>>> type('Hello, World!')
<class 'str'>

• Python提供了能够将值从一种类型转换为另一种类型的内建函数；
  • 函数 int 接受任意值，并在其能做到的情况下，将该值转换成一个整型数；
  • 函数 float 可以将整型数和字符串转换为浮点数；
  • 函数 str 可以将其实参转换成字符串；

>>> int(32.98)
32
>>> int('32')
32
>>> int('32.98')
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ValueError: invalid literal for int() with base 10: '32.98'
>>> float(32)
32.0
>>> float('32.98')
32.98
>>> str(32.98)
'32.98'

2、数学函数

• 模块（module）：一个含有相关函数的文件；

• 数学模块（math） 提供了大部分常用的数学函数和变量；
• 在使用模块之前，需要通过 导入语句（import statement） 导入该模块；
• 导入语句生成一个模块对象（module object），在未导入时未生成模块对象；

>>> math
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'math' is not defined
>>> import math
>>> math
<module 'math' (built-in)>

• 模块对象包括了定义在模块内的所有函数和变量；
• 模块对象中的函数或者变量命名：模块的名字与函数名（变量名）组合而成， 并以点号分隔开来， 这种命名形式被称作点标记法（dot notation）；

>>> import math
>>> math.pi
3.141592653589793
>>> math.sqrt(2)
1.4142135623730951

3、组合

• 编程语言的最有用特征之一，是能够将小块构建材料（building blocks）组合（compose） 在一起；
• 值可以是一个任意类型的表达式；
• 例外： 赋值语句的左侧必须是一个变量名；

>>> hours = 2
>>> minutes = hours * 60                 # 正确
>>> hours * 60 = minutes                 # 错误！
  File "<stdin>", line 1
SyntaxError: cannot assign to operator

4、新建函数

• 函数定义（function definition） ：指定新函数的名称、当函数被调用时执行的语句序列；

• def 是表明从此行开始是函数定义的关键字；
• 函数名与变量名具有同样的规则；
• 函数名后面的括号中是实参（有的话），实参不止一个的话用逗号分隔；
• 函数定义的构成规定：
  • 函数定义的第一行被称作函数头（header）, 其余部分被称作函数体（body）；
  • 函数头必须以冒号结尾，而函数体必须缩进（惯例四个空格）；
  • 函数体能包含任意条语句，但必须以空行结束；
• 新建函数调用与内建函数调用一致，包括被应用在另一个函数的内部；

def print_gsf():
	print('I am healthy.')
	print('And I am happy.')
	
def print_twice():
	print_gsf()
	print_gsf()
	
print_twice()

PS C:\Users\Administrator> python D:\WorkSpace\thinkpython2e\print_twice.py
I am healthy.
And I am happy.
I am healthy.
And I am happy.

5、定义和使用

• 函数定义被执行后，创建函数对象；
• 函数定义内部的语句在函数被调用之前不会执行、不会产生输出；
• 函数定义必须在其第一次被调用之前执行，未定义先调用会报错，例如：NameError: name 'print_twice' is not defined；

print_twice()
def print_gsf():
	print('I am healthy.')
	print('And I am happy.')
	
def print_twice():
	print_gsf()
	print_gsf()
	

PS C:\Users\Administrator> python D:\WorkSpace\thinkpython2e\print_twice_1.py
Traceback (most recent call last):
  File "D:\WorkSpace\thinkpython2e\print_twice_1.py", line 1, in <module>
    print_twice()
NameError: name 'print_twice' is not defined

6、执行流程

• 执行流程（flow of execution）： 语句执行的顺序；

• 执行流程总是从程序的第一条语句开始，自顶向下，每次执行一条语句；
• 函数定义不改变程序执行的流程，函数不被调用时内部的语句不会执行；
• 函数调用，执行流程不进入下一条语句，而是跳入函数体，开始执行函数定义里的语句，然后再回到它离开的位置；

7、形参和实参

• 实参 ：调用函数时，（有时候）需要输入参数，输入的一个或者几个参数称为实参；

• 在函数调用时，实参被赋给函数定义时确定的函数形参（parameters） ；
• 组合规则适用于内建函数和自定义函数（programmer-defined functions）的实参；
• 在函数被调用之前，实参会先进行计算再赋给形参；

def print_gsf(years_old):
	print(years_old)
	
def print_twice():
	print_gsf(2020-1968)
	print_gsf("I'm so young!")
	
print_twice()

PS C:\Users\Administrator> python D:\WorkSpace\thinkpython2e\print_yeas_old.py
52
I'm so young!

8、变量和形参都是局部的

• 函数定义时创建的变量是局部的（local） ， 只在函数内部存在；
• 当函数调用结束时，变量被销毁，在函数外这个变量是未定义的；

9、堆栈图

• 堆栈图（stack diagram） ： 用以说明每个变量的值、每个变量所属的函数并跟踪哪个变量能在哪儿用的图形；
  

• 每个函数用一个栈帧（frame） 表示；
• 一个栈帧就是一个线框，函数名在旁边，形参以及函数内部的变量则在里面；
• 栈帧排列成栈的形式，说明了哪个函数调用了哪个函数等信息；
• __main__是一个表示最上层栈帧的特殊名字；
• 如果函数调用时发生错误，Python会打印出错函数的名字以及调用它的函数的名字， 以及调用后面这个函数的函数的名字，一直追溯到__main__为止，这个函数列表被称作回溯（traceback） ；
• 回溯中的函数顺序，与堆栈图中的函数顺序一致，出错时正在运行的那个函数则位于回溯信息的底部；

10、有返回值函数和无返回值函数

• 有返回值函数（fruitful functions）：会返回结果的函数；
• 无返回值函数（void functions）：执行一个动作但是不返回任何值的函数；

• 在交互模式下调用一个函数时，Python解释器会马上显示结果；
• 在脚本中，单单调用一个有返回值函数， 返回值就永远丢失；
• 将无返回值函数的结果赋给一个变量：
  • 会得到特殊值 None ；
  • None 是一个自己有独立类型的特殊值；

>>> print(type(None))
<class 'NoneType'>

11、为什么写函数？

• 给一组语句命名；
• 消除重复的代码；
• 分解长程序；
• 重复使用；

12、调试

• 调试，是最重要的技能之一；
• 调试像是侦探工作：面对一些线索，推理出导致结果的进程（processes）和事件（events）；
• 调试也像是一门实验科学：猜测出错的地方，修改程序，再试一次，直至程序正常运行 ；
• 在某种意义上，编程和调试是同一件事，编程是逐步调试一个程序，直到出现期待结果的过程；
• 应该从一个能正常运行（working） 的程序开始，每次只做一些小改动，并同步进行调试。