[Toc] # 第8章 函數 博士出差終于回來了！在今天的課程里，墨博士給小墨講了函數的定義和使用方法。學習Python以來，小墨每次都能聽到函數這個詞，今天終于弄清楚函數到底是什么以及函數如何定義和使用了。一起來看看吧。 時間：早上9:00 場景：墨馨書屋 墨博士：小墨，我聽墨哥哥說你最近學習了很多Python的內容。 小墨：墨哥哥教我的，主要是list和dict這兩種數據類型的使用。 墨博士：嗯，這是比較常用的兩種數據類型。 小墨：我們今天學習什么呢博士？ 墨博士：前面呢你已經接觸了很多函數，但這些函數都是Python自帶的，我們只管用就行了。今天呢我們就來看看自己如何來定義和使用函數。 我們開始吧！ ## 8.1 為什么要有函數 墨博士：還是來做一個練習： 練習： 輸出3遍Hello 輸出5遍World 輸出4遍Hello 輸出5遍World 輸出3遍Hello 輸出5遍World 這個怎么做？ 小墨：如果我是第一天學Python，我可能會這樣： ``` print('Hello') print('Hello') print('Hello') print('World') print('World') print('World') print('World') print('World') print('Hello') print('Hello') print('Hello') print('Hello') print('World') print('World') print('World') print('World') print('World') print('Hello') print('Hello') print('Hello') print('World') print('World') print('World') ``` 不過現在，我會利用循環，就像這樣： ``` for x in range(3): print('Hello') for x in range(5): print('World') for x in range(4): print('Hello') for x in range(5): print('World') for x in range(3): print('Hello') for x in range(3): print('World') ``` 墨博士：做的不錯。對于重復的事情，就考慮用循環來解決。 > 墨博士提醒：為方便描述，以上的循環稱為循環1、循環2、循環3、循環4和循環5。 但是這段代碼還是顯得很臃腫，你看第1和5個循環是一樣的、第2和第4個循環是一樣的，其他兩個循環跟它們也差不多。 下面呢我們就給它瘦瘦身。 小墨內心：博士你什么時候也瘦瘦身呢？ # [插畫：胖博士變成了苗條的瘦博士] 墨博士：假如說我們用一個變量a替換循環1，變量b替換循環2，也即假設：   那么，程序會變成這樣： ``` a = for x in range(3): print('Hello') b = for x in range(5): print('World') a b for x in range(4): print('Hello') b a for x in range(3): print('World') ``` **注意**：這個只是偽代碼，并不符合語法要求，不能獨立運行。 小墨，你覺得這樣會不會更清晰一點？ 小墨：嗯，就像定義變量一樣，一個地方定義，多個地方使用，這樣就節省了大量重復的代碼。 墨博士：同時如果想更改這個功能，只需要在定義的地方更改，其他調用的地方就跟著一塊改過了，非常方便。 小墨：這個就是函數吧。 墨博士：是的。不過這個只是思路，接下來我們具體說說函數的定義。 ## 8.2 無參函數的定義和使用 墨博士：函數，又叫方法，表示一個功能，在python中，函數的定義使用def關鍵字，看如下代碼： ``` # 函數的定義 def a(): for x in range(3): print('Hello') ``` > 墨博士提醒：關鍵字是編程語言里事先定義的，有特別意義的標識符，有時又叫保留字，Python中的if、for、while、def等都是關鍵字。 這樣我們就定義了一個函數，這里的a即表示函數的名字，這個名字是我們自己起的，起名規則就跟變量名一樣。第3、4兩行稱為函數的函數體，函數定義之后，我們就可以把函數名代替函數體去使用了，比如： ``` # 函數的定義 def a(): for x in range(3): print('Hello') # 函數的使用 a() a() a() ``` 就會輸出9遍Hello。也即使用定義好的函數時，直接使用函數名后加括號就可以了，這里使用了三次a()，相當于使用了三次for循環，也即輸出9次Hello。 好，接下來輪到你了小墨，你把輸出5遍World也改成函數吧。 小墨：好的。更改代碼如下： ``` def a(): for x in range(3): print('Hello') # 新增定義函數b，用于輸出5遍World def b(): for x in range(5): print('World') a() b() # 調用函數b() for x in range(4): print('Hello') b() # 調用函數b() a() for x in range(3): print('World') ``` 墨博士：嗯，不錯。這個程序比較短，你的函數體只有一個for循環組成，如果一個程序中某個功能使用了很多次，而這個功能本身又是由很多行代碼組成，就更能體現使用函數的好處了。 小墨：我明白了，定義函數之后寫代碼就好像搭積木了，一個函數就是一個積木，積木內部的東西不需要管，搭積木的人只需要一個個的按需去搭建就可以了。最厲害的是這些積木是可以重用的！ 墨博士：總結的很好！下面我們繼續前進，把輸出4遍Hello和3遍Word的for循環也給改造了。 ## 8.3 有參函數的定義和使用 墨博士：上面我們已經定義并使用了函數來替換重復功能，我們發現，循環3和循環1（也就是函數a的函數體）的區別，僅僅是輸出Hello次數的區別，如果3也能用a表示，那就更省事了，這就需要我們了解一下參數的概念。 ### 8.3.1 形式參數 墨博士：對于函數a來說，現在的功能是輸出3次Hello，如果我想a能輸出4次、5次、甚至任意次數的Hello，應該怎么做呢？ 我們可以使用變量n替換掉3： ``` # 函數的定義 def a(): for x in range(n): print('Hello') ``` 小墨：不對吧博士，這樣的話，變量n沒有定義就使用了，不符合語法要求。 墨博士：是的，想要n能使用，需要先定義，這個定義在a后面的()里，如下： ``` # 函數的定義 def a(n): for x in range(n): print('Hello') ``` 這樣，一個帶參數的方法就定義好了。 這里的n就被稱為函數的參數，嚴格來說是形式參數。 > 墨博士提醒：參與到具體功能中的未知的東西，在方法定義的時候定義在方法名后面的小括號中的參數，稱為形式參數，簡稱形參。 小墨：我也給我的函數加上參數。咦？加了參數之后方法調用出錯了。 墨博士：這就需要了解跟形式參數對應的實際參數了。 ### 8.3.2 實際參數 墨博士：當a的定義改變了之后，a的調用方式也要隨著改變。由于a后面的小括號中有了一個n，我們在調用a的時候就需要具體指定這個n是多少，比如： ``` a(3) ``` 即將3的值給n，程序會輸出3次Hello，而如果這個值為5，則輸出5次Hello，以此類推。 這里的3、5等具體值，是函數調用的時候給形式參數賦的具體的值，稱為實際參數，簡稱實參。 小墨：哦原來是這樣，形參是方法上定義的變量，實參是給形參變量賦的值。那么原程序就可以改成這樣了： ``` def a(n): for x in range(n): print('Hello') def b(n): for x in range(n): print('World') a(3) b(5) a(4) b(5) a(3) b(3) ``` 墨博士：很好。你再想想，這個程序還能不能再改進改進呢？ 小墨：嗯……，現在的程序中，其實a函數和b函數功能差不多，一個是打印Hello，一個是打印World，是不是也可以做成變量替換，然后在調用的時候分別賦值為Hello或World？ 墨博士：是的，這就是函數多個參數的情況。 ### 8.3.3 多個參數 墨博士：可以定義一個函數，該函數含有兩個參數n和s，n表示打印多少次，s表示打印的內容，這樣a和b就能合并成一個了。 ``` # 兩個參數函數的定義 def a(n, s): for x in range(n): print(s) ``` 既然函數定義時指明了2個形式參數，調用的時候也需要給兩個形式參數提供對應的實際參數： ``` a(3, 'Hello') a(5, 'World') ``` 這里的3和5賦值給了n，Hello和World賦值給了s，運行程序輸出了3遍Hello和5遍World。 小墨：哇！我們最初的練習也可以再次改進了： ``` def a(n, s): for x in range(n): print(s) a(3, 'Hello') a(5, 'World') a(4, 'Hello') a(5, 'World') a(3, 'Hello') a(3, 'World') ``` 墨博士：比起最初的5個for循環，是不是簡潔清晰了很多？ > 動動手：定義一個函數，能夠計算x的n次方，其中x和n都不確定。 小墨：嗯，參數的作用還真是強大呀！ 墨博士：事實上，Python中的參數遠比這強大的多，比如我們還可以使用默認參數。 ### 8.3.4 默認參數 墨博士：以上面打印n遍字符串的例子為例，如果大部分時候都是在打印Hello，只有極少數情況才打印World或其他字符，則可以使用默認參數： ``` def print_str(n, s='Hello'): for x in range(n): print(s) # 打印3遍Hello print_str(3) # 打印4遍Hello print_str(4) # 打印5遍World print_str(5, 'World') ``` 注意：這里為了程序的可讀性，將方法名a變成了print_str。 這些基本就能滿足你現在的大多數需求了，其他如可變長參數、關鍵字參數等以后再教給你 。 小墨：好的博士，墨哥哥也說過，貪多嚼不爛。 > 動動手：將計算x的n次方的程序改為n默認值為2 ## 8.4 有返回值的函數的定義和使用 墨博士：我們再來看一下函數的返回值的用法。比如現需要定義一個函數，計算x的絕對值并輸出。程序如下： ``` def my_abs(x): if x >= 0: print(x) else: print(-x) ``` 這里只是單純的將數值使用print輸出，如果我想通過my_abs函數計算x的絕對值后，還能得到這個絕對值做其他事情，比如乘以100，應該如何做呢？ 這就需要使用return語句了。 ### 8.4.1 return 墨博士：return語句，用在函數中，表示將函數的計算結果“返回”，此時可以拿一個變量接收函數的返回值。比如： ``` def my_abs(x): if x >= 0: return x else: return -x # 接收函數的返回值 n = my_abs(-4) # 做后續其他處理 print(n * 100) ``` 小墨：哦這樣我們就能拿到函數的執行結果了。但是我想到一個問題，如果一個函數中的兩個數我都想要拿出來，該怎么辦？ 墨博士：你忘了list是干嘛的了？你可以把兩個數放到一個list中，然后將這個list返回，在外面再從list中把兩個數取出來就行了。 事實上，在Python中，直接返回多個值也是可以的，看下面代碼： ``` def my_return(): return 1, 2 a = my_return() print(a) ``` 輸出結果是（1,2） 小墨：這個也是把1和2作為一個整體拿出來了呀，那我如何才能分別拿到1和2呢？ 墨博士：你看輸出的1和2外面有個小括號，這個呢說明是Python中的tuple類型。 tuple，中文稱為元組，相當于一種特殊的list。它的特殊之處在于初始化之后就不能改變了。 ``` # list使用[]初始化元素，tuple使用()初始化元素。 names = ('墨小小', '墨妹妹', '墨大元') for name in names: print(name) for i in range(len(names)): print(names[i]) ``` 由于元素內容不能修改，tuple并沒有像list一樣提供append()、insert()、pop()等用于添加、插入或刪除的方法，當然也不能通過下標取元素的方式修改。 小墨：好的，我記住了。 > 墨博士提醒：Python中可以使用type函數看任意變量的類型，如下： ``` print(type(a)) ``` 輸出： ``` <class 'tuple'> ``` > 這就說明a是tuple類型。 ### 8.4.2 return注意事項 墨博士：在使用return的時候需要注意一些事項。比如： ``` def a(): for i in range(4): if i == 2: return i print(i) x = a() ``` 結果會輸出什么？ 小墨：我猜是輸出0、1、2和3。 墨博士：實際運行，只會輸出0和1。 小墨：為什么會這樣呢？是return之后for循環就結束了嗎？ 墨博士：函數體內部的語句在執行時，一旦執行到“return”，就返回return后面的結果，同時函數也就執行完畢，此時如果“return”后面還有其他內容，也不再執行。 小墨：哦也就是整個方法就結束了。 墨博士：是的。有時候這一點也被用于單純的結束函數。比如剛才的代碼，如果我們并不想要函數中返回的i，只是想在i為2的時候結束方法。可以return后面什么都不加。 ``` def a(): for i in range(4): if i == 2: return print(i) ``` 小墨：這樣也可以？ 墨博士：是的，算是方法的一個小技巧吧。好了，函數的內容就先說這么多啦。 ## 8.5 本章小結 墨博士總結：本章你學習了函數的使用，這也是編程中最重要的知識之一。函數用于完成一定的功能，定義好了之后能反復使用；為了能夠統一處理類似的情況，函數中引入了變量，也就是參數，省去了定義多個類似函數的麻煩；函數中的形參和實參要對應；函數可以將內部的計算結果返回，用于后續的計算；函數的引入，也使得我們編程的思路發生了改變：先把大問題（功能）劃分成多個小問題（函數），一個一個的小功能解決了，大問題就像搭積木一樣搭起來也就解決了！