3.5　函數(shù)

提到函數(shù)，大家首先會想到數(shù)學(xué)函數(shù)。數(shù)學(xué)中，函數(shù)是非常重要的知識點，貫穿整個數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)過程。Python中，函數(shù)的應(yīng)用同樣非常廣泛，地位也非常重要。

前面我們已經(jīng)多次接觸過函數(shù)，如用于輸出的print()函數(shù)、用于輸入的input()函數(shù)，以及用于生成一系列整數(shù)的range()函數(shù)等。這些都是Python內(nèi)置的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)，可以直接使用。除了這些標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)外，Python還支持用戶自定義函數(shù)，即用戶可將一段有規(guī)律、重復(fù)的代碼定義為函數(shù)，實現(xiàn)一次編寫、多次調(diào)用的目的。使用函數(shù)可以提高代碼的重復(fù)利用率。

3.5.1　函數(shù)的定義

創(chuàng)建函數(shù)的過程就是定義函數(shù)的過程，Python中使用def關(guān)鍵字來實現(xiàn)。具體的語法格式如下：

def functionname([parameterlist]):
   ['''comments''']
   [functionbody]

參數(shù)說明：

　functionname：函數(shù)名稱，在調(diào)用函數(shù)時使用。

　parameterlist：可選參數(shù)，用于指定向函數(shù)中傳遞的參數(shù)。如果有多個參數(shù)，各參數(shù)間使用逗號“,”分隔。如果不指定，表示該函數(shù)沒有參數(shù)，調(diào)用時同樣不用指定參數(shù)。

　'''comments'''：可選參數(shù)，表示為函數(shù)指定注釋，注釋的內(nèi)容通常是說明該函數(shù)的功能、要傳遞的參數(shù)的作用等，可以為用戶提供友好提示和幫助的內(nèi)容。

　functionbody：可選參數(shù)，用于指定函數(shù)體，即該函數(shù)被調(diào)用后要執(zhí)行的功能代碼。如果函數(shù)有返回值，可以使用return語句返回。

注意

① 即使函數(shù)沒有參數(shù)，也必須保留一對空的小括號“()”，否則將提示如圖3.47所示的錯誤。

② 函數(shù)體“functionbody”和注釋'''comments'''相對于def關(guān)鍵字，必須保持一定的縮進。

圖3.47　語法錯誤對話框

說明

定義函數(shù)時如果指定了'''comments'''參數(shù)，調(diào)用函數(shù)時輸入函數(shù)名稱及左側(cè)的小括號，將顯示該函數(shù)的幫助信息，如圖3.48所示。這些幫助信息是通過定義的注釋提供的。如果沒有顯示友好提示，需要檢查函數(shù)是否有誤，檢查方法如下：調(diào)用該方法前，先按F5鍵執(zhí)行一遍代碼。

圖3.48　調(diào)用函數(shù)時顯示友好提示

例如，定義一個過濾危險字符的函數(shù)filterchar()，代碼如下：

運行上面的代碼，將不顯示任何內(nèi)容，也不會拋出異常，因為filterchar()函數(shù)還沒有被調(diào)用。

3.5.2　函數(shù)的調(diào)用

調(diào)用函數(shù)的過程就是執(zhí)行函數(shù)的過程。如果把創(chuàng)建函數(shù)理解為創(chuàng)建一個具有某種用途的工具，那么調(diào)用函數(shù)就相當(dāng)于使用該工具。調(diào)用函數(shù)的基本語法格式如下：

functionname([parametersvalue])

參數(shù)說明：

　functionname：要調(diào)用的函數(shù)名稱。必須是已經(jīng)創(chuàng)建好的函數(shù)。

　parametersvalue：可選參數(shù)，用于指定各個參數(shù)的值。如果需要傳遞多個參數(shù)值，則各參數(shù)值間使用逗號“,”分隔。如果該函數(shù)沒有參數(shù)，則直接寫一對小括號即可。

例如，調(diào)用在3.5.1節(jié)創(chuàng)建的filterchar()函數(shù)，可以使用下面的代碼：

01  about = '我是一名程序員，喜歡看黑客方面的圖書，想研究一下Trojan。'
02  filterchar(about)

調(diào)用filterchar()函數(shù)后，將顯示如圖3.49所示的結(jié)果。

圖3.49　調(diào)用filterchar()函數(shù)的結(jié)果

3.5.3　函數(shù)參數(shù)的傳遞

調(diào)用函數(shù)時，多數(shù)情況下主調(diào)函數(shù)和被調(diào)函數(shù)之間存在一定的數(shù)據(jù)傳遞關(guān)系，這種數(shù)據(jù)傳遞是通過函數(shù)參數(shù)來實現(xiàn)的。函數(shù)參數(shù)包括形式參數(shù)和實際參數(shù)兩種，下面來詳細講解。

1．形式參數(shù)和實際參數(shù)

定義函數(shù)時，函數(shù)名后面括號中的參數(shù)稱為形式參數(shù)，簡稱形參。

如圖3.50所示，這里person、height和weight是fun_bmi()函數(shù)的3個形參，這里并沒有給出具體的數(shù)值，而只是簡單對參數(shù)數(shù)量、含義進行了說明。

圖3.50　函數(shù)形參

調(diào)用函數(shù)時，函數(shù)名后面括號中的參數(shù)稱為實際參數(shù)，簡稱實參。簡而言之，實參就是函數(shù)調(diào)用者提供給函數(shù)參與實際運算的參數(shù)，有著具體的值或意義。例如，函數(shù)調(diào)用語句“fun_bmi("路人甲",1.83, 60)”中，“路人甲”、1.83和60就是給出的3個需要參與實際運算的參數(shù)，這就是實參。

形參和實參的關(guān)系可以通過圖3.51更好地理解。

圖3.51　形式參數(shù)與實際參數(shù)

【實例3.18】　輸出某個人的BMI指數(shù)。（實例位置：資源包\Code\03\18）

在IDLE中創(chuàng)建function_bmi.py文件，然后在該文件中創(chuàng)建一個名稱為function_tips的函數(shù)，該函數(shù)包含3個參數(shù)，分別用于指定姓名、身高和體重，再根據(jù)公式“BMI =體重/ (身高×身高)”，計算人的BMI指數(shù)，并輸出計算結(jié)果。

具體代碼如下：

運行結(jié)果如圖3.52所示。

從該實例代碼和運行結(jié)果可以看出：

（1）定義一個根據(jù)身高、體重計算BMI指數(shù)的函數(shù)fun_bmi()，在定義函數(shù)時指定的變量person、height和weight稱為形式參數(shù)。

（2）在函數(shù)fun_bmi()中根據(jù)形式參數(shù)的值計算BMI指數(shù)，并輸出相應(yīng)的信息。

（3）調(diào)用fun_bmi()函數(shù)時，指定的“路人甲”、1.83和60都是實際參數(shù)，函數(shù)執(zhí)行時這些值將被傳遞給對應(yīng)的形式參數(shù)。

圖3.52　調(diào)用函數(shù)輸出勵志文字

2．值傳遞和引用傳遞

函數(shù)調(diào)用時，實參將傳遞數(shù)據(jù)給形參，傳遞的可能是實參的值，也可能是實參的引用。具體來說，當(dāng)實參為不可變對象時，進行的是值傳遞；當(dāng)實參為可變對象時，進行的是引用傳遞。

值傳遞和引用傳遞的基本區(qū)別在于：進行值傳遞后，改變形參的值，實參的值不受影響；進行引用傳遞后，改變形參的值，實參的值也將一同被改變。

例如，定義一個名稱為demo的函數(shù)，然后為demo()函數(shù)傳遞一個字符串類型的變量作為參數(shù)（代表值傳遞），并在函數(shù)調(diào)用前后分別輸出該字符串變量；再為demo()函數(shù)傳遞一個列表類型的變量作為參數(shù)（代表引用傳遞），并在函數(shù)調(diào)用前后分別輸出該列表。代碼如下：

上面代碼的執(zhí)行結(jié)果如下：

從運行結(jié)果可以看出，進行值傳遞時，改變形參的值后，實參的值未發(fā)生改變；進行引用傳遞時，改變形參的值后，實參的值也發(fā)生了改變。

3．位置參數(shù)

在函數(shù)定義（或調(diào)用）階段，按照從左到右的順序定義（或調(diào)用）的參數(shù)，稱為位置參數(shù)。位置參數(shù)又稱為必備參數(shù)，凡是按位置定義的形參都必須被傳值，多一個不行，少一個也不行，否則將產(chǎn)生錯誤。

1）數(shù)量必須與定義時一致

調(diào)用函數(shù)時，指定的實參數(shù)量必須與形參數(shù)量一致，否則將拋出TypeError異常，提示缺少必要的位置參數(shù)。例如，調(diào)用實例3.18中編寫的BMI指數(shù)函數(shù)fun_bmi(person,height,weight)，將參數(shù)少傳一個，即只傳遞兩個參數(shù)，代碼如下：

fun_bmi("路人甲",1.83)            #計算路人甲的BMI指數(shù)

函數(shù)調(diào)用后，將顯示如圖3.53的錯誤提示。拋出的異常類型為TypeError，具體提示信息為“fun_bmi()方法缺少一個必要的位置參數(shù)weight”。

2）位置必須與定義時一致

在調(diào)用函數(shù)時，指定的實參位置必須與形參位置一致，否則將拋出TypeError異常或得到錯誤結(jié)果。

圖3.53　缺少必要的參數(shù)時拋出的異常

（1）拋出TypeError異常。調(diào)用函數(shù)時，當(dāng)實參類型與形參類型不一致，且兩種類型間無法自動轉(zhuǎn)換時，將拋出TypeError異常。例如，調(diào)用實例3.18中編寫的fun_bmi(person,height,weight)函數(shù)，將第1個參數(shù)和第2個參數(shù)位置調(diào)換，代碼如下：

fun_bmi(60,"路人甲",1.83)            #計算路人甲的BMI指數(shù)

函數(shù)調(diào)用后，將顯示如圖3.54所示的異常信息。這是因為傳遞的整型數(shù)值不能與字符串進行連接操作。

圖3.54　提示不支持的操作數(shù)類型

（2）產(chǎn)生的結(jié)果與預(yù)期不符。調(diào)用函數(shù)時，如果實參與形參位置不一致，但數(shù)據(jù)類型一致，則不會拋出異常，而是產(chǎn)生與預(yù)期不符的結(jié)果。例如，仍然調(diào)用fun_bmi(person,height,weight)函數(shù)，將第2個參數(shù)和第3個參數(shù)位置調(diào)換，代碼如下：

fun_bmi("路人甲",60,1.83)           #計算路人甲的BMI指數(shù)

函數(shù)調(diào)用后，結(jié)果如圖3.55所示。這里雖然未拋出異常，但得到的結(jié)果并不是我們想要的。

圖3.55　結(jié)果與預(yù)期不符

4．關(guān)鍵字參數(shù)

關(guān)鍵字參數(shù)是指使用形參的名字來確定輸入的參數(shù)值。通過該方式指定實參時，不再需要與形參的位置完全一致。只要將參數(shù)名寫正確即可。這樣可以避免用戶需要牢記參數(shù)位置的麻煩，使得函數(shù)的調(diào)用和參數(shù)傳遞更加靈活方便。

例如，調(diào)用fun_bmi(person,height,weight)函數(shù)時，通過關(guān)鍵字參數(shù)指定各個實際參數(shù)，代碼如下：

fun_bmi( height = 1.83, weight = 60, person = "路人甲")  #計算路人甲的BMI指數(shù)

函數(shù)調(diào)用后，將顯示以下結(jié)果：

路人甲的身高：1.83米 體重：60千克
路人甲的BMI指數(shù)為：17.916330735465376
您的體重過輕 ~@_@~

從結(jié)果可以看出，雖然指定的實參順序與函數(shù)定義中不一致，但運行結(jié)果與預(yù)期是一致的。