函数
函数就是一段被封装的具有独立功能的代码。降低了代码冗余,提高了代码的重用性。
内置函数
Python内置了很多有用的函数,我们可以直接调用。
要调用一个函数,需要知道函数的名称和参数,比如求绝对值的函数abs
,只有一个参数。可以直接从Python的官方网站查看文档:http://docs.python.org/3/library/functions.html#abs
也可以在交互式命令行通过help(abs)
查看abs
函数的帮助信息。
调用abs
函数:
>>> abs(100)
100
>>> abs(-20)
20
>>> abs(12.34)
12.34
调用函数的时候,如果传入的参数数量不对,会报TypeError
的错误,并且Python会明确地告诉你:abs()
有且仅有1个参数,但给出了两个:
>>> abs(1, 2)
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: abs() takes exactly one argument (2 given)
如果传入的参数数量是对的,但参数类型不能被函数所接受,也会报TypeError
的错误,并且给出错误信息:str
是错误的参数类型:
>>> abs('a')
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: bad operand type for abs(): 'str'
而max函数max()
可以接收任意多个参数,并返回最大的那个:
>>> max(1, 2)
2
>>> max(2, 3, 1, -5)
3
数据类型转换
Python内置的常用函数还包括数据类型转换函数,比如int()
函数可以把其他数据类型转换为整数:
>>> int('123')
123
>>> int(12.34)
12
>>> float('12.34')
12.34
>>> str(1.23)
'1.23'
>>> str(100)
'100'
>>> bool(1)
True
>>> bool('')
False
函数名其实就是指向一个函数对象的引用,完全可以把函数名赋给一个变量,相当于给这个函数起了一个“别名”:
>>> a = abs # 变量a指向abs函数
>>> a(-1) # 所以也可以通过a调用abs函数
1
定义函数
在Python中,定义一个函数要使用def
语句,依次写出函数名、括号、括号中的参数和冒号:,然后,在缩进块中编写函数体,函数的返回值用return
语句返回。
我们以自定义一个求绝对值的my_abs
函数为例:
def my_abs(x):
if x >= 0:
return x
else:
return -x
请注意,函数体内部的语句在执行时,一旦执行到
return
时,函数就执行完毕,并将结果返回。因此,函数内部通过条件判断和循环可以实现非常复杂的逻辑。如果没有
return
语句,函数执行完毕后也会返回结果,只是结果为None
。
return None
可以简写为return
。
空函数
如果想定义一个什么事也不做的空函数,可以用pass
语句:
def nop():
pass
pass
语句什么都不做,那有什么用?实际上pass
可以用来作为占位符,比如现在还没想好怎么写函数的代码,就可以先放一个pass
,让代码能运行起来。
pass
还可以用在其他语句里,比如:
if age >= 18:
pass
缺少了pass
,代码运行就会有语法错误。
参数检查
调用函数时,如果参数个数不对,Python解释器会自动检查出来,并抛出TypeError
:
>>> my_abs(1, 2)
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: my_abs() takes 1 positional argument but 2 were given
但是如果参数类型不对,Python解释器就无法帮我们检查。试试my_abs
和内置函数abs
的差别:
>>> my_abs('A')
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
File "<stdin>", line 2, in my_abs
TypeError: unorderable types: str() >= int()
>>> abs('A')
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: bad operand type for abs(): 'str'
当传入了不恰当的参数时,内置函数abs会检查出参数错误,而我们定义的my_abs
没有参数检查,会导致if
语句出错,出错信息和abs
不一样。所以,这个函数定义不够完善。
让我们修改一下my_abs
的定义,对参数类型做检查,只允许整数和浮点数类型的参数。数据类型检查可以用内置函数isinstance()
实现:
def my_abs(x):
if not isinstance(x, (int, float)):
raise TypeError('bad operand type')
if x >= 0:
return x
else:
return -x
添加了参数检查后,如果传入错误的参数类型,函数就可以抛出一个错误:
>>> my_abs('A')
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
File "<stdin>", line 3, in my_abs
TypeError: bad operand type
返回多个值
函数可以返回多个值吗?答案是肯定的。
比如在游戏中经常需要从一个点移动到另一个点,给出坐标、位移和角度,就可以计算出新的新的坐标:
import math
def move(x, y, step, angle=0):
nx = x + step * math.cos(angle)
ny = y - step * math.sin(angle)
return nx, ny
import math
语句表示导入math
包,并允许后续代码引用math
包里的sin
、cos
等函数。
然后,我们就可以同时获得返回值:
>>> x, y = move(100, 100, 60, math.pi / 6)
>>> print(x, y)
151.96152422706632 70.0
但其实这只是一种假象,Python函数返回的仍然是单一值:
>>> r = move(100, 100, 60, math.pi / 6)
>>> print(r)
(151.96152422706632, 70.0)
原来返回值是一个tuple!但是,在语法上,返回一个tuple可以省略括号,而多个变量可以同时接收一个tuple,按位置赋给对应的值,所以,Python的函数返回多值其实就是返回一个tuple,但写起来更方便。
所以:
- 定义函数时,需要确定函数名和参数个数;
- 如果有必要,可以先对参数的数据类型做检查;
- 函数体内部可以用
return
随时返回函数结果; - 函数执行完毕也没有
return
语句时,自动return None
。 - 函数可以同时返回多个值,但其实就是一个tuple。
函数的参数
定义函数的时候,我们把参数的名字和位置确定下来,函数的接口定义就完成了。对于函数的调用者来说,只需要知道如何传递正确的参数,以及函数将返回什么样的值就够了,函数内部的复杂逻辑被封装起来,调用者无需了解。
Python的函数定义非常简单,但灵活度却非常大。除了正常定义的必选参数外,还可以使用默认参数、可变参数和关键字参数,使得函数定义出来的接口,不但能处理复杂的参数,还可以简化调用者的代码。
位置参数
我们先写一个计算x2的函数:
def power(x):
return x * x
对于power(x)
函数,参数x
就是一个位置参数。
当我们调用power
函数时,必须传入有且仅有的一个参数x:
>>> power(5)
25
>>> power(15)
225
现在,如果我们要计算x3怎么办?可以再定义一个power3
函数,但是如果要计算x4、x5……怎么办?我们不可能定义无限多个函数。
你也许想到了,可以把power(x)
修改为power(x, n)
,用来计算xn
,说干就干:
def power(x, n):
s = 1
while n > 0:
n = n - 1
s = s * x
return s
对于这个修改后的power(x, n)
函数,可以计算任意n次方:
>>> power(5, 2)
25
>>> power(5, 3)
125
修改后的power(x, n)
函数有两个参数:x
和n
,这两个参数都是位置参数,调用函数时,传入的两个值按照位置顺序依次赋给参数x
和n
。
默认参数
新的power(x, n)
函数定义没有问题,但是,旧的调用代码失败了,原因是我们增加了一个参数,导致旧的代码因为缺少一个参数而无法正常调用:
>>> power(5)
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: power() missing 1 required positional argument: 'n'
Python的错误信息很明确:调用函数power()
缺少了一个位置参数n
。
这个时候,默认参数就排上用场了。由于我们经常计算x2,所以,完全可以把第二个参数n的默认值设定为2
:
def power(x, n=2):
s = 1
while n > 0:
n = n - 1
s = s * x
return s
这样,当我们调用power(5)
时,相当于调用power(5, 2)
:
>>> power(5)
25
>>> power(5, 2)
25
而对于n > 2
的其他情况,就必须明确地传入n
,比如power(5, 3)
。
从上面的例子可以看出,默认参数可以简化函数的调用。设置默认参数时,有几点要注意:
1.是必选参数在前,默认参数在后,否则Python的解释器会报错(思考一下为什么默认参数不能放在必选参数前面);
2.是如何设置默认参数。
当函数有多个参数时,把变化大的参数放前面,变化小的参数放后面。变化小的参数就可以作为默认参数。
使用默认参数有什么好处?最大的好处是能降低调用函数的难度。
解释运行结果:
def enroll(name, gender, age=6, city='Beijing'):
print('name:', name)
print('gender:', gender)
print('age:', age)
print('city:', city)
enroll('Bob', 'M', 7)
enroll('Adam', 'M', city='Tianjin')
注意坑:
def add_end(L=[]):
L.append('END')
return L
默认参数必须指向不变对象!
可变参数
在Python函数中,还可以定义可变参数。顾名思义,可变参数就是传入的参数个数是可变的,可以是1个、2个到任意个,还可以是0个。
以数学题为例子,给定一组数字a,b,c……
,请计算a2 + b2 + c2 + ……
#用集合解决
def calc(numbers):
sum = 0
for n in numbers:
sum = sum + n * n
return sum
但是调用的时候,需要先组装出一个list或tuple:
>>> calc([1, 2, 3])
14
>>> calc((1, 3, 5, 7))
84
如果利用可变参数,调用函数的方式可以简化成这样:
>>> calc(1, 2, 3)
14
>>> calc(1, 3, 5, 7)
84
所以,我们把函数的参数改为可变参数:
def calc(*numbers):
sum = 0
for n in numbers:
sum = sum + n * n
return sum
如果已经有一个list或者tuple,要调用一个可变参数怎么办?可以这样做:
>>> nums = [1, 2, 3]
>>> calc(nums[0], nums[1], nums[2])
14
这种写法当然是可行的,问题是太繁琐,所以Python允许你在list或tuple前面加一个*号,把list或tuple的元素变成可变参数传进去:
>>> nums = [1, 2, 3]
>>> calc(*nums)
14
关键字参数
可变参数允许你传入0个或任意个参数,这些可变参数在函数调用时自动组装为一个tuple。而关键字参数允许你传入0个或任意个含参数名的参数,这些关键字参数在函数内部自动组装为一个dict。请看示例:
def person(name, age, **kw):
print('name:', name, 'age:', age, 'other:', kw)
>>> person('Bob', 35, city='Beijing')
name: Bob age: 35 other: {'city': 'Beijing'}
>>> person('Adam', 45, gender='M', job='Engineer')
name: Adam age: 45 other: {'gender': 'M', 'job': 'Engineer'}
和可变参数类似,也可以先组装出一个dict,然后,把该dict转换为关键字参数传进去:
>>> extra = {'city': 'Beijing', 'job': 'Engineer'}
>>> person('Jack', 24, city=extra['city'], job=extra['job'])
name: Jack age: 24 other: {'city': 'Beijing', 'job': 'Engineer'}
当然,上面复杂的调用可以用简化的写法:
>>> extra = {'city': 'Beijing', 'job': 'Engineer'}
>>> person('Jack', 24, **extra)
name: Jack age: 24 other: {'city': 'Beijing', 'job': 'Engineer'}
命名关键字参数
对于关键字参数,函数的调用者可以传入任意不受限制的关键字参数。至于到底传入了哪些,就需要在函数内部通过kw
检查。
def person(name, age, **kw):
if 'city' in kw:
# 有city参数
pass
if 'job' in kw:
# 有job参数
pass
print('name:', name, 'age:', age, 'other:', kw)
但是调用者仍可以传入不受限制的关键字参数:
>>> person('Jack', 24, city='Beijing', addr='Chaoyang', zipcode=123456)
如果要限制关键字参数的名字,就可以用命名关键字参数,例如,只接收city
和job
作为关键字参数。这种方式定义的函数如下:
def person(name, age, *, city, job):
print(name, age, city, job)
和关键字参数**kw
不同,命名关键字参数需要一个特殊分隔符*
,*
后面的参数被视为命名关键字参数。
调用方式如下:
>>> person('Jack', 24, city='Beijing', job='Engineer')
Jack 24 Beijing Engineer
如果函数定义中已经有了一个可变参数,后面跟着的命名关键字参数就不再需要一个特殊分隔符*
了:
def person(name, age, *args, city, job):
print(name, age, args, city, job)
命名关键字参数可以有缺省值,从而简化调用:
def person(name, age, *, city='Beijing', job):
print(name, age, city, job)
由于命名关键字参数city
具有默认值,调用时,可不传入city
参数:
>>> person('Jack', 24, job='Engineer')
Jack 24 Beijing Engineer
所以:
- Python的函数具有非常灵活的参数形态,既可以实现简单的调用,又可以传入非常复杂的参数。
- 默认参数一定要用不可变对象,如果是可变对象,程序运行时会有逻辑错误!
- 要注意定义可变参数和关键字参数的语法:
*args
是可变参数,args
接收的是一个tuple;**kw
是关键字参数,kw
接收的是一个dict。- 以及调用函数时如何传入可变参数和关键字参数的语法:
- 可变参数既可以直接传入:
func(1, 2, 3)
,又可以先组装list或tuple,再通过*args
传入:func(*(1, 2, 3))
。 - 关键字参数既可以直接传入:func(a=1, b=2),又可以先组装dict,再通过
**kw
传入:func(**{'a': 1, 'b': 2})
。 - 使用
*args
和**kw
是Python的习惯写法,当然也可以用其他参数名,但最好使用习惯用法。 - 命名的关键字参数是为了限制调用者可以传入的参数名,同时可以提供默认值。
- 定义命名的关键字参数在没有可变参数的情况下不要忘了写分隔符
*
,否则定义的将是位置参数。