第九章函数（一）

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函数定义

1、定义：

为了完成某种功能，由若干语句组成的语句块、函数名称、参数列表构成，它是组织代码的最小单元。

2、作用：

结构化编程对代码的最基本的封装，一般按照功能组织一段代码

封装的目的是为了复用，减少冗余代码

代码更加简洁美观、可读易懂

3、分类：

内建函数：str(),list(),pow() 这些函数可以直接拿来使用

标准库函数：通过import语句倒入库，使用其中定义的函数

第三方库： Python社区提供了高质量的库，下载这些库，通过import语句倒入并使用

用户自定义：适应自身需求，用def关键字定义

4、构建

def defined的意思, 表示定义函数

函数名标识符, 命名最好见名知意, 一般用蛇形命名法,例:get_sum

参数列表为形式参数(形参), 用于接收实参(需要被处理的参数)(可以没有形参)

代码块需要缩进四个空格, 表示在函数体内部的代码

return 一方面, 作为函数的终止标志; 另一方面, 将函数处理产生的结果返回(可以没有返回值, 即隐性返回None)

返回值返回值可以是任意类型对象, 返回值只能有一个

5、def语句运行

def 语句是一条真正可执行的语句: 当它运行时, 会创建一个新的函数对象, 并且用一个变量(函数名)指向这个函数对象.所以, 所以,def语句可以出现在所有语句可以出现的地方, 甚至嵌套在其他语句中, 如下面例子所示.

def可以看成是一条赋值语句: 它在运行时给一个变量名赋值. 然后, 在需要调用函数的时候通过这个变量名来调用被定义的函数体.所以, 函数是需要先定义, 然后才能执行该函数的. 所以,当函数调用语句出现在def语句之前, 程序是没有办法运行的.

因为函数名也是一个变量名对函数体对象的引用, 所以函数体对象也可以赋值给一个新的变量名并进行调用.

函数调用

函数定义，只是声明了一个函数，它不能被执行，需要调用执行

调用的方式，就是函数名后加上小括号，如有必要在括号内填写上参数

调用时写的参数是实际参数，是实实在在传入的值，简称实参

函数是可调用的对象，callable(函数名)返回True

函数参数

函数在定义是要定义好形式参数的，调用时也要提供足够的实际参数，一般来说，形参和实参个数要一致（可变参数除外）

1、实参传参方式

位置传参

定义时def f(x, y, z)，调用使用f(1, 3, 4)，按照参数定义顺序传入实参

关键字传参

定义时def f(x, y, z)，调用使用f(x=1, y=2, z=3)，使用形式参数的名字来传入实参的方式，如果使用了形参名字，那么传参顺序就可和定义顺序不同

位置传参和关键字传参混用：位置传参要在关键字传参之前传入，位置参数是按照位置对应的

2、形参缺省值

缺省值也称默认值，可以再函数定义时，为形参增加一个缺省值，形参缺省值要放在形参列表后面。其作用：

参数默认值可以在为传入足够的实参的时候，对没有给定的参数赋值为默认值

参数非常多的时候，并不需要用户每次都输入所有的参数，简化函数调用

3、可变参数

可变位置参数 (*args)

在形参前使用* 表示该形参是可变位置参数，可以接受多个实参
它将收集来的实参封装到一个元组中

可变关键字参数(**kwargs)

在形参前使用** 表示该形参是可变关键字参数，可以接受多个关键字参数
他将收集来的关键字实参的名称和值，封装到一个字典中

形参列表中，可变位置参数*args要放在可变关键字参数**kwargs前面

传参时，可以不给可变位置参数*args和可变关键字参数**kwargs传递参数

有时候无法预知函数需要接受多少个实参，此时，通过在一个形参前面加*即可接收任意多个实参，如：*toppings，也可以通过**加形参接受键值对，存储在字典中

4、keyword-only参数

python3之后增加了keywordonly参数，在函数参数列表中，位于 *args后面的参数就不是普通参数了，而是keyword-only参数，只能用关键字传参

5、positional-only参数

python 3.8开始，增加了最后一种形参类型的定义：positional-only参数.

6、参数规则

参数列表参数一般顺序是：positional-only参数、普通参数、缺省参数、可变位置参数、keyword-only参数（可带缺省值）、可变关键字参数

代码应该易读易懂，而不是为难别人

请按照书写习惯定义函数参数

7、参数解构

在给函数提供实参的时候，可以在可迭代对象前使用*或者**来进行结构的解构，提取出其中所有元素作为函数的实参

使用*解构成位置传惨

使用**解构成关键字传参

提取出来的元素数目要和参数的要求匹配

函数返回值 return

函数并非总是直接显示输出，相反，它可以处理一些数据，并返回一个或一组数值。函数返回的值被称为返回值。在函数中，可使用return语句将值返回到调用函数的代码行并停止函数调用

如果函数不包含return ，则默认执行return None 代码（如有必要，可以显示调用return None，简写为return），即函数不返回值。一般情况下，函数运行到return语句，将直接返回，后面的其他语句将不会运行。

在返回值中，注意返回函数名和函数结果的区别

函数作用域(重难点)

一个标识符的可见范围，这就是标识符的作用域。一般常说的是变量的作用域。

嵌套函数的作用域

在一个函数中定义了另外一个函数

内部函数inner就是一个标识符，函数outer内部定义的变量而已；故inner不能在外部被调用，会抛异常NameError

例三中，inner函数重新定义了变量o ，根据就近原则，inner函数优先使用内部定义的变量o

局部变量赋值问题

在说明赋值问题之前，先看下面两个例子

只要函数中出现了 x = 变量赋值语句，且此变量不加任何语句的的修饰，那么此变量就一定是当前函数的局部变量，不会引入外部全局变量。在例一中，x为不可变对象，x = 300 ,此时会生成局部变量x，整个函数内部都会使用这个局部变量x，但是在函数y = x + 1 是在x = 500 之前的，此时当执行到y = x + 1 时，x既不能引用全局变量x，也不被赋值，会抛出异常UnboundLocalError: local variable 'x' referenced before assignment （赋值前引用局部变量'x’）。

如果变量指向可变对象，无论在全局变量还是局部变量，都是存储在内存中的不同位置，而指引则是指向这些位置的指针。因此，无论是在全局作用域还是在局部作用域中，对于可变对象的修改都是通过引用来实现的，而不是直接修改变量本身。因此，无论是在全局作用域还是在局部作用域中对对象的修改，都不会影响到这个对象在内存中的位置。

那么针对例一中问题，如要要在函数内对变量指向的不可变对象进行修改，就需要global语句来实现了。

global语句

使用global关键字定义的变量，虽然在foo函数中声明，但是这将告诉当前foo函数，作用域，这个x变量将使用外部作用域中的x。

即使是在foo中又写了x = 10 ，也不会在foo这个局部作用域中定义局部变量x了。

总结

x ＋＝ 1这种是特殊形式产生的错误的原因？先引用后赋值，而python动态语言是赋值才算定义，才能被引用。解决办法，在这条语句前增加x＝0之类的赋值语句，或者使用global告诉内部作用

内部作用域使用x＝10之类的赋值语句会重新定义局部作用域使用的变量x，但是，一旦这个作用域中使用global声明x为全局的，那么x＝10相当于在为全局作用域的变量x赋值

global使用原则

外部作用域变量会在内部作用域可见，，但也不要在这个内部的局部作用域中直接使用，因为函数的目的就是为了封装，尽量与外界隔离

如果函数需要使用外部全局变量，请尽量使用函数的形参定义，并在调用传实参解决

一句话：不用global。学习它就是为了深入理解变量作用域

闭包***

自由变量：未在本地作用域中定义的变量。例如定义在内存函数外的外层函数的作用域中的变量

闭包：就是一个概念，出现在嵌套函数中，指的是内层函数引用到了外层函数的自由变量，就形成了闭包。很多语言都有这个概念，最熟悉就是JavaScript

在执行foo = counter() 后，counter内部产生2个局部变量c和inc，foo获得了counter()结果，即inc指向的引用地址。counter()函数执行完之后，局部变量inc和c标识符消亡了（它们指向的对象没有消亡）。执行foo()后，由于外层函数已经执行结束了，内层函数对象没有消亡，什么时候调用不知道，但是内层函数用到外层函数自由变量c，foo指向的函数对象，要使用counter的c，c指向的列表不消亡，由这个不消亡的内存函数对象来保存这个变量，这就是闭包。

对于不可变对象作为变量，如何在内层函数中调用外层函数变量并修改实现闭包呢，显然使用global可以实现功能，但是会将变量声明为全局变量，可能会影响到其他部分代码，如何实现呢？先看下面例子：

上面例子中，例二没有实现闭包，也无法跑通，例三虽然通过全局变量可以让代码执行成功但也没有实现闭包。

如果要对普通变量使用闭包，python3中可以使用nonlocal关键字

nonlocal语句

nonlocal：将变量标记为不在本地作用域定义，而是在上级的某一级局部作用域中定义，但不能是全局变量中定义。

变量c是外层函数的局部变量，被内部函数引用

内部函数使用nonlocal关键字声明c变量在上一级作用域而非本地作用域中定义

代码中内存函数引用外部局部作用域中的自由变量，形成闭包

nonlocal只会作用域函数内部，不会影响全局，推荐使用

可变默认值作用域

Python中“一切皆对象”。Python中对象是分配在堆上的，存储真正的数据。而变量则存储在栈中，保存其所引用对象的地址。执行def定义函数后，系统在堆中创建了函数对象（包含参数信息、代码信息等），其中就包括计算出的默认参数的值。例二中，函数执行时，由于列表是可变类型（引用类型），所以append会直接在原列表上修改而不会创建的新的列表。函数执行结束后，变量y的内容即list的地址会被弹栈，而堆中的信息仍被保存。但下次调用该函数时，会从堆中取出默认参数的值赋给临时变量L。如果在调用时给定实参，不用默认值，则会使用给定的实参，从而创建新的列表。

属性__defaults__中使用元组保存所有位置参数默认值，它不会因为在函数体内改变了局部变量（形参）的值而发生变化

改进：

通过这种方式定义函数参数，可以使代码更加清晰易懂，也更容易维护。

同时避免了出现意外结果，因为每次调用函数时都会重新初始化参数y，而不是使用同一个默认参数

属性__defaults__中使用元组保存所有位置参数默认值

属性__kwdefualts__中使用字典保存所有keyword-only参数的默认值

x += 与 x = x+间区别

上面两个例子可以看出，x += 和 x = x +是不一样的（对于变量是引用类型来说）

从上面例子可以看出，对于可变类型来说，x += 相当于就地修改x；x = x + 生成一个新的对象覆盖原来的对象。当然对于不可变类型，两种方式都会生成新的对象。

由此，例一中,x从始至终都是指向形参默认值[] ，是[] 增加了一个元素，但是在例二中，x 通过合并生成新的列表，x指向新的列表，默认值参数每次运行之后还是[] 没有发生变化

变量名解析原则LEGB***

Local，本地作用域、局部作用域的local命名空间。函数调用时创建，调用结束消亡

Enclosing，Python2.2时引入了嵌套函数，实现了闭包，这个就是嵌套函数的外部函数的命名空间

Global，全局作用域，即一个模块的命名空间。模块被import时创建，解释器退出时消亡

Build—in，内置模块的命名空间，生命周期从python解释器启动时创建到解释器退出时消亡。例如print（open），print和open都是内置的变量

所以一个名词的查找顺序就是LEGB

函数的销毁

定义一个函数就是生成一个函数对象，函数名指向的就是函数对象。

可以使用del语句删除函数名，使函数对象引用计数减1。

可以使用同名标识符覆盖原有定义，本质上也是使其引用计数减1。

Python程序结束时，所有对象销毁。

函数也是对象，也不例外，是否销毁，还是看引用计数是否减为0。

匿名函数

构建和调用

语法：lambda [参数列表]: 表达式

参数列表不需要加括号。无参就不写

冒号用来分割参数列表和表达式

不需要return, 匿名函数在被调用时会将表达式结果返回.

lambda表达式只能写在一行上，也称单行函数

匿名函数往往用在高阶函数传参时，使用lambda表达式，往往能简化代码

使用匿名函数构造生成器

避坑

自由变量的运行时绑定值问题

应用

高阶函数

题目：