【Python基础】06、Python函数
- 2020 年 1 月 6 日
- 笔记
一、函数概述
1、函数的基础概念
函数是python为了代码最大程度地重用和最小化代码冗余而提供的基础程序结构。
函数是一种设计工具，它能让程序员将复杂的系统分解为可管理的部件
函数用于将相关功能打包并参数化
在python中可以创建4种函数：
全局函数：定义在模块中
局部函数：嵌套于其它函数中
lambda（匿名）函数：仅是一个表达式
方法：与特定数据类型关联的函数，并且只能与数据类型关联一起使用
函数和过程的联系：每个Python函数都有一个返回值，默认为None，也可以使用“return value”明确定定义返回值
python提供了很多内置函数
二、创建函数
1、语法
def functionName(parameter1，parameter2):
suite
2、一些相关的概念
def是一个可执行语句
因此可以出现在任何能够使用语句的地方，甚至可以嵌套于其它语句中，例如if或while中
def创建了一个对象并将其赋值给一个变量名（即函数名上面语法中的functionName）
return用于返回结果对象，其为可选，无return语句的函数，自动返回None对象，返回多个值时，彼此间使用逗号分隔，且组合为元祖形式返回一个对象
def语句运行之后，可以在程序中通过函数名后附加括号进行调用
3、parameters(参数)传递形式
默认情况下，参数通过其位置进行传递，从左至右，这意味着，必须精确地传递和函数头部参数一样多的参数
但也可以通过关键字参数、默认参数或参数容器等改变这种机制
位置参数：从左向右
In [1]: a=1 In [2]: b=2 In [3]: def f1(x,y): ...: print x,y ...: In [4]: f1(3,4) 3 4 In [5]: f1(a,b) 1 2 In [6]: f1(b,a) 2 1
关键字参数：按关键名称匹配
In [7]: f1(x=1,y=2) 1 2 In [8]: f1(x=a,y=b) 1 2 In [9]: f1(y=b,x=a) 1 2
混用上面两种方式时：必须先写所有位置参数，关键字参数放后面
In [11]: f1(a,y=a) 1 1 In [12]: f1(a,y=b) 1 2 In [14]: f1(a,y=3) 1 3 In [15]: f1(x=a,b) File "<ipython-input-15-9a92e2a15371>", line 1 f1(x=a,b) SyntaxError: non-keyword arg after keyword arg
定义函数时使用默认参数：有默认值的参数
混用有默认值和无默认值的参数时，无默认值放前面，有默认值的放后面
In [23]: c=3 In [24]: def f2(x,y,z=10):print x,y,z In [25]: f2(a,b) 1 2 10 In [26]: f2(a,b,c) 1 2 3 In [27]: f2(a,5,c,) 1 5 3 In [28]: f2(a,) --------------------------------------------------------------------------- TypeError Traceback (most recent call last) <ipython-input-27-9538a6a12c98> in <module>() ----> 1 f2(a,) TypeError: f2() takes at least 2 arguments (1 given) In [29]: f2(a,b,c,5) --------------------------------------------------------------------------- TypeError Traceback (most recent call last) <ipython-input-28-934459b06043> in <module>() ----> 1 f2(a,b,c,5) TypeError: f2() takes at most 3 arguments (4 given) In [30]: def f3(x,y=10,z):print x,y,z File "<ipython-input-30-9aff61efd310>", line 1 def f3(x,y=10,z):print x,y,z SyntaxError: non-default argument follows default argument
调用函数时使用可变参数要求：
定义函数时使用*开头的参数，可用于收集任意多基于位置参数，返回元祖
定义函数时使用**开头的参数: 收集关键字参数，返回字典
使用可变参数和其它参数混合时，可变参数必须写在后面
In [38]: def f3(*x):print x In [39]: f3(1,2,3,4,5) (1, 2, 3, 4, 5) In [40]: f3(a,b,c) (1, 2, 3) In [41]: f3(a,b,c=5) --------------------------------------------------------------------------- TypeError Traceback (most recent call last) <ipython-input-41-98bdba155a09> in <module>() ----> 1 f3(a,b,c=5) TypeError: f3() got an unexpected keyword argument 'c' In [42]: def f4(**x):print x In [43]: f4(a,b,c=5) --------------------------------------------------------------------------- TypeError Traceback (most recent call last) <ipython-input-43-f755ca76d443> in <module>() ----> 1 f4(a,b,c=5) TypeError: f4() takes exactly 0 arguments (3 given) In [44]: f4(a=1,b=2,c=5) {'a': 1, 'c': 5, 'b': 2} In [45]: def f5(x,*y):print x,y In [46]: f5(a,b) 1 (2,) In [47]: f5(a,b,c) 1 (2, 3) In [48]: f5(a,b,c=3) --------------------------------------------------------------------------- TypeError Traceback (most recent call last) <ipython-input-48-3b74f29f2a11> in <module>() ----> 1 f5(a,b,c=3) TypeError: f5() got an unexpected keyword argument 'c' In [49]: def f6(x,**y):print x,y In [53]: f6(a,b,c=3) --------------------------------------------------------------------------- TypeError Traceback (most recent call last) <ipython-input-53-c2c798b5c0d9> in <module>() ----> 1 f6(a,b,c=3) TypeError: f6() takes exactly 1 argument (3 given) In [54]: f6(a,b=2,c=3) 1 {'c': 3, 'b': 2} In [55]: def f7(*x,**y):print x,y In [56]: f7(a,b,c) (1, 2, 3) {} In [57]: def f8(*x,y=3):print x,y File "<ipython-input-57-9024bc5a5148>", line 1 def f8(*x,y=3):print x,y ^ SyntaxError: invalid syntax In [58]: def f8(y=3,*x):print x,y In [59]: f8(1,2,3) (2, 3) 1
参数解包：
参数解包发生在函数调用时，
*用于解包序列为位置参数也可以解包字典为关键字参数
**用于解包字典为关键字参数
In [64]: l1=["Sun","Mon","Tus"] In [65]: x,y,z=l1 #变量分解赋值 In [66]: x,y,z Out[66]: ('Sun', 'Mon', 'Tus') In [67]: x Out[67]: 'Sun' In [68]: print x Sun In [76]: def f9(x,y,z):print x,y,z In [80]: l1=[1,2,3] In [81]: f9(*l1) 1 2 3 In [82]: l2=[1,2,3,"a","b"] In [83]: f9(*l2) --------------------------------------------------------------------------- TypeError Traceback (most recent call last) <ipython-input-83-be9366550ea7> in <module>() ----> 1 f9(*l2) TypeError: f9() takes exactly 3 arguments (5 given) In [84]: l3=[1,2] In [85]: f9(*l3) --------------------------------------------------------------------------- TypeError Traceback (most recent call last) <ipython-input-85-eae6110eaf91> in <module>() ----> 1 f9(*l3) TypeError: f9() takes exactly 3 arguments (2 given) In [89]: f9(*l1) 1 2 3 In [90]: f9(**l1) --------------------------------------------------------------------------- TypeError Traceback (most recent call last) <ipython-input-90-13c8f289cb2c> in <module>() ----> 1 f9(**l1) TypeError: f9() argument after ** must be a mapping, not list In [93]: l3 Out[93]: [1, 2] In [95]: a Out[95]: 1 In [96]: f9(a,*l3) 1 1 2 In [97]: f9(x=5,*l3) --------------------------------------------------------------------------- TypeError Traceback (most recent call last) <ipython-input-97-f946fbd99d70> in <module>() ----> 1 f9(x=5,*l3) TypeError: f9() got multiple values for keyword argument 'x' In [6]: def f1(i,j,k): print i,j,k ...: In [2]: l1 = [1,2,3] In [7]: f1(l1) --------------------------------------------------------------------------- TypeError Traceback (most recent call last) <ipython-input-7-98b654179a30> in <module>() ----> 1 f1(l1) TypeError: f1() takes exactly 3 arguments (1 given) In [8]: f1(*l1) 1 2 3 In [9]: In [9]: d1={"i":2,"j":4,"k":6} In [10]: f1(d1) --------------------------------------------------------------------------- TypeError Traceback (most recent call last) <ipython-input-10-15487112d5cd> in <module>() ----> 1 f1(d1) TypeError: f1() takes exactly 3 arguments (1 given) In [11]: f1(*d1) i k j In [12]: f1(**d1) 2 4 6 In [13]: f1(***d1) File "<ipython-input-13-8f8ec9970cf0>", line 1 f1(***d1) ^ SyntaxError: invalid syntax
关键字：return
return只能出现在函数中
可以返回任何对象
可以变相的返回多值
所有函数都有返回值，如果没定义return则默认返回值None
In [35]: def f2(): "a" ....: In [36]: x = f2() In [37]: x In [38]: print x None In [39]: type(x) Out[39]: NoneType
4、匿名函数lambda
lambda运算符（语法格式）：
lambda args:expression
args：以逗号分隔的参数列表
expression：用到args中各参数的表达式
lambda定义的代码必须是合法的表达式，不能出现多条件语句（可使用if的三元表达式）和非表达式，如for和while等
lambda的首要用途是指定短小的回调函数
lambda将返回一个函数而不是将函数赋值给某变量名
注意：
lambda是一个表达式而非语句
lamdba是一个单个表达式，而不是一个代码块
def语句创建的函数将赋值给某变量名，而lambda表达式直接返回函数
lambda也支持使用默认参数，关键字参数，容器参数
In [28]: lambda x,y:x+y Out[28]: <function __main__.<lambda>> In [31]: f1=lambda x,y:x+y In [32]: f1(1,2) Out[32]: 3 In [33]: f1(1,2,3) --------------------------------------------------------------------------- TypeError Traceback (most recent call last) <ipython-input-33-95e364c9da29> in <module>() ----> 1 f1(1,2,3) TypeError: <lambda>() takes exactly 2 arguments (3 given) In [34]: f1(1,) --------------------------------------------------------------------------- TypeError Traceback (most recent call last) <ipython-input-34-6d213bebf73b> in <module>() ----> 1 f1(1,) TypeError: <lambda>() takes exactly 2 arguments (1 given) In [36]: f1(1,2,) Out[36]: 3
相当于：
In [37]: def f2(x,y):return x+y In [38]: f2(1,2) Out[38]: 3
5、python函数式编程
函数式编程（高阶函数）：
就是将函数当参数提供给另一个函数
也称作泛函编程，是一种编程范型
它将电脑运算视为数学上的函数计算，并且避免状态一级可变数据
函数式编程语言最重要的基础是lambda演算，而且lambda演算的函数可以接受函数当作输入和输出
python支持有限的函数式编程功能：`
filter(func,seq) 过滤器
调用一个布尔函数func来迭代遍历每个seq中的元素，返回一个使func返回值为true的元素序列
filter（）为已知的序列的每个元素调用给定的布尔函数
调用中，返回值为非零值的元素将被添加至一个列表中
In [5]: def f1(x): if x>5: return True else: return False ...: In [6]: l1=[1,2,3,5,7,9] In [7]: s1=(1,3,5,7,9,11) In [8]: filter(f1(),l1) --------------------------------------------------------------------------- TypeError Traceback (most recent call last) <ipython-input-8-f9b5bc7e0cd6> in <module>() ----> 1 filter(f1(),l1) TypeError: f1() takes exactly 1 argument (0 given) In [9]: filter(f1,l1) Out[9]: [7, 9] In [10]: filter(f1,s1) Out[10]: (7, 9, 11)
映射器
map()将函数调用“映射”到每个序列的对应元素上并返回一个含有所有返回值的列表
map（func,seq1[,seq2…]）
将函数func作用于给定序列（s）的每个元素，并用一个列表来提供返回值；如果func为None，func表现为一个身份函数，返回一个含有每个序列中元素集合的n个元祖的列表值的列表
In [45]: l1=[0,1,2,3,4,5,6,7] In [47]: l2=["S","M","T","W","T","F","S"] In [48]: map(none,l1,l2) --------------------------------------------------------------------------- NameError Traceback (most recent call last) <ipython-input-48-c9fb480193d7> in <module>() ----> 1 map(none,l1,l2) NameError: name 'none' is not defined In [49]: map(None,l1,l2) Out[49]: [(0, 'S'), (1, 'M'), (2, 'T'), (3, 'W'), (4, 'T'), (5, 'F'), (6, 'S'), (7, None)] #两个序列元素不相等时，补None In [54]: s1=(0,1,2,3,4,5,6,7) In [55]: s2=("S","M","T","W","T","F","S") In [56]: map(None,s1,s2) #None不对元素做运算 Out[56]: [(0, 'S'), (1, 'M'), (2, 'T'), (3, 'W'), (4, 'T'), (5, 'F'), (6, 'S'), (7, None)]
reduce(func,seq[,init])
折叠器
将二元函数作用于seq序列的元素，每次携带一对（先前的结果以及下一个序列元素），连续地将现有结果和下一个值作用在获得的随后结果上，最后减少我们的序列为一个单一的返回值，如果初始值init给定，第一个比较会是init和第一个序列元素而不是序列的头两个元素
In [21]: l1 Out[21]: [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7] In [22]: l2 Out[22]: ['S', 'M', 'T', 'W', 'T', 'F', 'S'] In [23]: def f2(x,y):return x+y In [24]: reduce(f2,l1) Out[24]: 28 In [25]: reduce(f2,l1,10) Out[25]: 38
装饰器
装饰器本身是一个函数，用于装饰其它函数，增强被装饰函数的功能
一般接受一个函数对象作为参数，以对其进行功能增强
In [2]: def deco(func): def wrapper(): print "Plz say something: " func() print "No zuo no die.." return wrapper ...: In [5]: @deco #相当于new_func=deco(func),作为deco(func)的参数 def show(): print "I am from Mars" ...: In [6]: show() Plz say something: I am from Mars No zuo no die..
可以看到show函数是作为deco函数的参数，是函数闭包的进一步应用
递归
函数体内调用自身的函数
递归函数需要有合适的推出条件
python递归深度最大为1000
python中应尽量避免递归（能转化为迭代尽量转化为迭代）
递归需要边界条件，递归前进段和递归返回段
In [8]: def fact(n): if n<=1:return 1 else:return n*(n-1) #5x4 ...: In [9]: fact(5) Out[9]: 20 In [10]: def fact(n): if n<=1:return 1 else:return n*fact(n-1) ....: In [11]: fact(5) #5x4x3x2x1 Out[11]: 120
Python的闭包（工厂函数）：闭包叫lexical closure（词法闭包）
外层函数主要为内层函数提供环境
定义在外层函数内，却由内层函数引用的变量，在外层函数返回时，如果外层函数返回的值是内层函数，再次调用内层函数时，会记忆下内层函数调用的外层函数的变量。
In [1]: def f1(x): ...: def f2(y): ...: return y**x ...: return f2 ...: In [2]: type(f1) Out[2]: function In [3]: type(f2) --------------------------------------------------------------------------- NameError Traceback (most recent call last) <ipython-input-3-de28406b4c7f> in <module>() ----> 1 type(f2) NameError: name 'f2' is not defined In [5]: f3=f1(3) In [6]: type(f3) Out[6]: function In [7]: f3(2) Out[7]: 8 In [8]: f3(3) Out[8]: 27 In [9]: f3(4) Out[9]: 64
三、函数的设计规范
耦合性：
（1）通过参数接受输入，以及通过return产生输出以保证函数的独立性
（2）尽量减少使用全局变量进行函数间通信
（3）不要在函数中修改可变类型的参数
（4）避免直接改变定义在另外一个模块中的变量
聚合性：
（1）每个函数都应该有一个单一的，统一的目标
（2）每个函数的功能都应该相对简单
函数执行环境：
函数可以通过多种办法获得输入以及产生输出
输入 函数 输出
参数 return语句
全局变量 本地变量 可变参数
文件/流 其它函数 全局变量
文件/流
练习：
1、将/etc/passwd文件中的每一行都分隔为一个列表
2、将任意文件按用户指定的分隔符把每一行都分隔为一个列表
3、用折叠的方式(reduce)求阶乘
四、命名空间与LEGB
1、命名空间
理解Python的LEGB原则是理解Python命名空间的关键，而理解Python的命名空间又是理解Python中许多语法规定的关键。所以，Python的LEGB原则就成为Python中一个非常核心的内容
白话一点讲：命名空间是对变量名的分组划分。 不同组的相同名称的变量视为两个独立的变量，因此隶属于不同分组（即命名空间）的变量名可以重复。 命名空间可以存在多个，使用命名空间，表示在该命名空间中查找当前名称。
命名空间表示变量的可见范围，一个变量名可以定义在多个不同的命名空间，相互之间并不冲突，但同一个命名空间中不能有两个相同的变量名。
比如：两个叫“张三”的学生可以同时存在于班级A和班级B中，如果两个张三都是一个班级，那么带来的麻烦复杂很多了，在Python中你不能这么干。
在Python中用字典来表示一个命名空间，命名空间中保存了变量（名字）和对象的映射关系，在Python中命名空间出现在哪些地方呢？有函数范围内的命名空间（local），有模块范围内的命名空间（global），有python内建的命名空间（built-in），还有类对象的所有属性组成的命名空间
Python一切皆对象，所以在Python中变量名是字符串对象
例如：
In [25]: a=10
表示建立字符串对象a与Number对象10之间的对应关系。由于这是一种映射关系，所以，可以使用键-值的形式来表示，即{name : object}。 前面已经说过，命名空间是对变量名的分组划分，所以，Python的命名空间就是对许多键-值对的分组划分，即，键值对的集合，因此：
Python的命名空间是一个字典，字典内保存了变量名称与对象之间的映射关系
2、命名空间的生命周期
所有的命名空间都是有生命周期的，对于python内建的命名空间，python解析器启动时创建，一直保留直至直python解析器退出时才消亡。而对于函数的local命名空间是在函数每次被调用的时候创建，调用完成函数返回时消亡，而对于模块的global命名空间是在该模块被import的时候创建，解析器退出时消亡。
3、作用域
一个作用域是指一段程序的正文区域，可以是一个函数或一段代码。
一个变量的作用域是指该变量的有效范围。Python的作用域是静态作用域，因为它是由代码中得位置决定的，而命名空间就是作用域的动态表现。
函数定义了本地作用域，而模块定义了全局作用域：
每个模块都是一个全局作用域，因此，全局作用域的范围仅限于单个程序文件
每次对函数的调用都会创建一个新的本地作用域，赋值的变量除非声明为全局变量，否则均为本地变量
所有的变量名都可以归纳为本地，全局或内置的（由__builtin__模块提供）
4、LEGB原则
LEGB含义解释： L-Local(function)；函数内的名字空间 E-Enclosing function locals；外部嵌套函数的名字空间(例如closure) G-Global(module)；函数定义所在模块（文件）的名字空间 B-Builtin(Python)；Python内置模块的名字空间，builtin作用域，对应builtin命名空间，python内部定义的最顶层的作用域，在这个作用域里面定义了各种内建函数：open、range、xrange、list等等
前面讲到，Python的命名空间是一个字典，字典内保存了变量名与对象之间的映射关系，
因此，查找变量名就是在命名空间字典中查找键-值对。 Python有多个命名空间，因此，需要有规则来规定，按照怎样的顺序来查找命名空间，LEGB就是用来规定命名空间查找顺序的规则。
LEGB规定了查找一个名称的顺序为：local–>enclosing function locals–>global–>builtin
举例来说明：
[root@Node3 src]# vi test1.py [root@Node3 src]# cat test1.py #!/usr/local/bin/python2.7 x=1 def foo(): x=2 def innerfoo(): x=3 print "locals",x #函数内x,同时也有外部嵌套函数foo()的x，全局x innerfoo() print "enclosing function locals",x #函数内x ,全局x foo() print 'global',x #全局x [root@Node3 src]# chmod +x test1.py [root@Node3 src]# ./test1.py locals 3 enclosing function locals 2 global 1
对上例稍加改动：
[root@Node3 src]# cat test1.py #!/usr/local/bin/python2.7 x=1 def foo(): x=2 def innerfoo(): # x=3 #注释掉 print "locals",x innerfoo() print "enclosing function locals",x foo() print 'global',x
运行结果：
[root@Node3 src]# ./test1.py locals 2 #使用了外部嵌套的foo函数中的x enclosing function locals 2 global 1
x = 3 属于函数内部命名空间，当被注释掉之后，函数innerfoo内部通过print x 使用x这个名称时，触发了名称查找动作。 首先在Local命名空间查找，没有找到，然后到Enclosing function locals命名空间查找，查找成功，然后调用。
对上例再修改一下：
[root@Node3 src]# cat test1.py #!/usr/local/bin/python2.7 x=1 def foo(): x=2 def innerfoo(): global x #声明为全局变量 x=3 print "locals",x innerfoo() print "enclosing function locals",x foo() print 'global',x [root@Node3 src]# ./test1.py locals 3 enclosing function locals 2 global 3 #修改了全局变量 [root@Node3 src]# cat test1.py #!/usr/local/bin/python2.7 x=1 def foo(): x=2 def innerfoo(): global x #声明全局变量 # x=3 print "locals",x innerfoo() print "enclosing function locals",x foo() print 'global',x [root@Node3 src]# ./test1.py locals 1 #直接使用了全局变量 enclosing function locals 2 global 1 [root@Node3 src]# cat ./test1.py #!/usr/local/bin/python2.7 x=1 def foo(): y=2 def innerfoo(): x=3 print "locals",x,y innerfoo() print "enclosing function locals",x,y foo() print 'global',x,y [root@Node3 src]# ./test1.py locals 3 2 enclosing function locals 1 2 global 1 Traceback (most recent call last): #这里为什么会报错？内置模块和内置函数并不相等 File "./test1.py", line 13, in <module> print 'global',x,y NameError: name 'y' is not defined
[root@Node3 src]# cat test3.py #!/usr/local/bin/python2.7 l1=[1,2,3] a=3 def f1(x,y): x.pop() print x,y f1(l1,a) print l1,a l1,a [root@Node3 src]# ./test3.py [1, 2] 3 #可变对象会发生改变 [1, 2] 3
