• 函数


    一、基本定义

    定义函数是指将一组语句的集合通过一个名字(函数名)封装起来,要执行这个函数,只需要调用其函数名即可。

    特性:

    1. 减少重复代码

    2. 使程序变得可扩展

    3. 使程序变得易维护

    语法定义:

    def person():    # 函数名
        print("风清扬")
    
    person()    # 调用函数

    带参数的函数:

    a,b = 2,3
    c= a ** b
    print(c)
    
    # 改为函数:
    def calc(x,y):
        val = x**y
        return val  # 返回函数执行的结果
    
    c = calc(2,3)   # 结果赋值给变量c
    print(c)  

    定义函数时的一些关键内容:
    1、要使用 def 这个关键字进行定义。
    2、函数的名称建议使用小写单词组成,单词间以下划线分隔(下划线命名法),这样比 较方便理解函数名称的含义。
    3、参数是一个自定义的变量名称,通常也是使用小写的单词,用于提示输入的参数内容。
    4、定义参数名称与参数以“:”结尾。
    5、在定义函数名称与参数的下方,向右缩进编写运算代码的语句块。
    6、通过函数名称并写入相应的参数即可调用函数,以实现相应的运算。

    二、函数参数

    形参变量

    只有在被调用才分配内存单元,在调用结束时,即刻释放所分配的内存单元。因此,形参只在函数内部有效,函数调用结束返回主调用函数后则不能再使用该形参变量

    实参

    可以是常量、变量、表达式、函数等,无论实参是何种类型的量,在进行函数调用时,他们都必须有确定的值,以便把这些值传送给形参。因此应预先用赋值,输入等方法使参数获得确定值

    def calc(x,y):    # x,y为形参
        val = x**y
        return val  
    
    c = calc(2,3)  # 2,3为实参
    print(c)

    默认参数

    默认参数可以不传,不传的时候用的就是默认值,如果传会覆盖默认值。

    def person(name,sex=''):   # sex为默认参数
        print(name,sex)
    
    person('黄蓉')    # 黄蓉 女
    person('郭靖',sex='')    # 郭靖 男
    person('小龙女')   # 小龙女 女
    person('杨过',sex='')    # 杨过 男

    关键参数

    正常情况下,给函数传参数要按顺序,不想按顺序就可以用关键参数,只需指定参数名即可(指定了参数名的参数就叫关键参数),但记住一个要求就是,关键参数必须放在位置参数(以位置顺序确定对应关系的参数)之后

    def person(name,book,age=22,sex=''):   
        print(name,book,age,sex)
    
    # 调用可以这样
    person('黄蓉','射雕',)    
    person('郭靖',age=23,book='射雕',sex='')    
    # 不可以这样
    person('小龙女',sex='','神雕')   
    person('杨过','神雕',book='神雕',sex='')  

    非固定参数

    若函数定义时不确定用户想传入多少参数,就可以使用非固定参数

    def person(name,age,*args):
        print(name,age,args)
    
    person('黄药师',66) # 输出结果:“黄药师 66 ()” 后面这个()就是args,只是因为没传值,所以为空
    person('欧阳锋',66,'西毒','蛤蟆功') # 输出结果 : “ 欧阳锋 66 ('西毒','蛤蟆功')”

    还有一个**kwargs

    def person(name,age,*args,**kwargs):
        print(name,age,args,kwargs)
    
    person('黄药师',66) # 输出结果:“黄药师 66 () {}” 后面这个{}就是kwargs,只是因为没传值,所以为空
    person('欧阳锋',66,'西毒','蛤蟆功',son='欧阳锋',region='白驼山') # 输出结果 : “ 欧阳锋 66 ('西毒', '蛤蟆功') {'son': '欧阳锋', 'region': '白驼山'}”

    三、返回值

    函数外部的代码要想获取函数的执行结果,就可以在函数里用return语句把结果返回

    def person(name,wife,skill,book):
        charater = "姓名:{},妻子:{},武功:{},出自《{}》".format(name,wife,skill,book)
        return charater
    new_person = person("杨过","小龙女","黯然销魂掌","神雕侠侣")
    print(new_person)   # 姓名:杨过,妻子:小龙女,武功:黯然销魂掌,出自《神雕侠侣》

    注意:函数在执行过程中只要遇到return语句,就会停止执行并返回结果,也可以理解为return语句代表着函数的结束;如果未在函数中指定return,那么这个函数的返回值为None

    四、全局与局部变量

    name = "杨过"
    def person(name):
        print("一见{}误终身".format(name))   # 一见杨过误终身
    
        name = "郭襄"
        print("里面的name:",name)  # 里面的name: 郭襄
    
    person(name)
    
    print("外面的name:",name)  # 外面的name: 杨过
    book_name = "侠客行"
    def book():
        book_name = "连城诀"
        print(book_name)    # 连城诀
    
    book()
    • 在函数中定义的变量称为局部变量,在程序的一开始定义的变量称为全局变量

    • 全局变量作用域是整个程序,局部变量的作用域是定义该变量的函数

    • 当全局变量与局部变量同名时,在定义局部变量的函数内,局部变量起作用;在其他地方全局变量起作用。

    作用域

    作用域(scope),程序设计概念,通常来说,一段程序代码中所用到的名字并不总是有效的/有用的,而限定这个名字的可用性的代码范围就是这个名字的作用域

    name = '小昭'
    def person():
        global name
        name = "赵敏"
        print("函数内部的name:",name)    # 函数内部的name: 赵敏
    person()
    print("外部的name",name)   # 外部的name 赵敏

    global name的作用就是要在函数里声明全局变量name,意味着最上面的name="小昭"即使不写,程序最后面的print也可以打印name

    五、嵌套函数

    name = "东邪"
    
    def person():
        name = "西毒"
    
        def person2():
            name = "南帝"
            print("第三层name:",name)
    
        person2() # 调用内层函数
        print("第二层name:",name)
    
    person()
    print("最外层name:",name)
    
    #输出结果:
    # 第三层name: 南帝
    # 第二层name: 西毒
    # 最外层name: 东邪

    六、匿名函数

    匿名函数就是不需要显示的指定函数名

    def calc(x,y):
        return x**y
    print(calc(2,3))
    # 换成匿名函数
    calc = lambda x,y:x**y
    print(calc(2,3))

    匿名函数主要和其他函数搭配使用:

    res = map(lambda x:x**2,[1,3,5,7])
    for i in res:
        print(i)
    # 输出结果:
    # 1
    # 9
    # 25
    # 49

    七、高阶函数

    变量可以指向函数,函数的参数能接受变量,那么一个函数就可以接收另一个函数作为参数,这种函数就称之为高阶函数

    def add(x,y,f):
        return f(x) + f(y)
    res = add(3,-3,abs)
    print(res)  # 6

    只需满足以下任意一个条件,即使高阶函数

    • 接受一个或多个函数作为输入

    • return返回另外一个函数

    八、递归

    在函数内部,可以调用其他函数。如果一个函数在内部调用自身,这个函数就是递归函数

    def factorial(n):
        if n==1:
            return 1
        else:
            return n * factorial(n-1)
    
    print(factorial(5))  # 输出结果120 

    把计算过程中,参数变量的值通过 print 语句显示出来看一下:

    def factorial(n):
        print(n)
        if n==1:
            return 1
        else:
            return n * factorial(n-1)
    
    factorial(5)

    输出结果:

    这意味着 print 语句被执行了 5 次,同时也意味着函数被调用了 5 次。继续通过 print 语句把每次通过 return 语句计算的结果也显示出来

    def factorial(n):
        if n==1:
            print(1)
            return 1
        else:
            current = n * factorial(n-1)
            print(current)
            return current
    factorial(5)

    输出结果:

    这个结果意味着,每次调用函数都会进行一次计算,并且将计算结果通过 return 语句返回。

    示意图:

    上方 5 个色块,是代码调用了 5 此函数。 每次调用函数都会创建新的命名空间,可以理解为程序执行了 5 个同名的函数。 既然执行了 5 个函数,就有参数传入和返回结果的过程。 


    调用函数时,参数传入的过程:

    • 函数首次调用时,参数 n 的值为 5;

    • 首次调用函数的 return 语句中,进行了第二次调用函数,并设置参数为 n-1;所以, 在第二次调用的函数中,参数 n 的值变成了 4;

    • 以此类推,直至终止调用函数自身为止。


    接下来,再来看返回函数执行结果的过程:

    • 程序调用 5 次函数的同时,进行了参数的传入,第 5 次调用时,参数 n 的值是 1,;此 时,参数数值满足 n == 1 的条件,不再继续调用函数自身,通过 return 语句返回值, 也就是 1;

    • 当 1 这个值被返回,程序回到了倒数第 2 次函数调用的 return 语句,此时语句中对函 数的最后一次调用变成了具体的值(1),和变量 n 相乘之后,作为返回值,再次返 回给倒数第 3 次函数调用的 return 语句中;

    • 以此类推,直至返回到首次调用的函数为止。

    递归特性:

    1. 必须有一个明确你的结束条件

    2. 每次进入更深一层递归时,问题规模相比上次递归都应有所减少

    3. 递归效率不高,递归层次过多会导致栈溢出(在计算机中,函数调用是通过栈这种数据结构实现的,每当进入一个函数调用,栈就会加一层栈帧,每当函数返回,栈就会减一层栈帧。由于栈的大小不是无限的,所以,递归调用的次数过多,会导致栈溢出)

    递归实际应用:二分查找

    data = [1,3,6,8,9,11,15,19,20,22,26,30,33,38]
    def binary_search(datalist, find_num):
        print(datalist)
        if len(datalist) > 1:
            mid = int(len(datalist)/2)
            if datalist[mid] == find_num:
                return "找到数字%s" % datalist[mid]
            elif datalist[mid] > find_num:  # 找的数在mid的左边
                print("找到数在mid[%s]左边" % datalist[mid])
                return binary_search(datalist[:mid],find_num)
            else:    # 找的数在mid的右边
                print("找到数在mid[%s]右边" % datalist[mid])
                return binary_search(datalist[mid+1:], find_num)
        else:
            if datalist[0] == find_num:
                return "找到数字%s" % datalist[0]
            else:
                return "要找的数字%s不在列表中"% find_num
    
    print(binary_search(data, 3))

    九、名称空间

    名称空间又称name space,顾名思义就是存放名字的地方,存什么名字呢?举例说明,若变量x=1,1存放于内存中,那名字x存放在哪呢?名称空间正是存放名字x与1绑定关系的地方。

    名称空间共3种,分别如下:

    • locals: 是函数内的名称空间,包括局部变量和形参

    • globals:全局变量,函数定义所在模块的名字空间

    • builtins:内置模块的名字空间

    不同变量的作用域不同就是由这个变量所在的命名空间决定的。

    作用域范围:

    • 全局范围:全局存活,全局有效

    • 局部范围:临时存活,局部有效

    查看作用域方法globals(), locals()

    作用域查找顺序

    level = "L0"
    n = 11
    
    
    def func():
        level = "L1"
        n = 22
        print("func:", locals())
    
    
        def outer():
            n = 33
            level = "L2"
            print("outer:", locals())
    
    
            def inner():
                level = 'L3'
                print("inner:", locals(), n)
            inner()
        outer()
    
    func()

    输出结果:

    LEGB代表名字查找顺序:locals -> enclosing function -> globals -> __builtins__

    • locals: 是函数内的名称空间,包括局部变量和形参

    • enclosing:外部嵌套函数的名字空间

    • globals:全局变量,函数定义所在模块的名字空间

    • builtins:内置模块的名字空间

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