Lesson 022 —— python 函式

函式是組織好的，可重複使用的，用來實現單一，或相關聯功能的程式碼段。

函式能提高應用的模組性，和程式碼的重複利用率。Python提供了許多內建函式，比如print()。也可以自己建立函式，這被叫做使用者自定義函式。

定義一個函式

可以定義一個由自己想要功能的函式，以下是簡單的規則：

• 函式程式碼塊以 def 關鍵詞開頭，後接函式識別符號名稱和圓括號 ()。
• 任何傳入引數和自變數必須放在圓括號中間，圓括號之間可以用於定義引數。
• 函式的第一行語句可以選擇性地使用文件字串——用於存放函式說明。
• 函式內容以冒號起始，並且縮排。
• return [表示式]
  結束函式，選擇性地返回一個值給呼叫方。不帶表示式的return相當於返回 None。

語法

Python 定義函式使用 def 關鍵字，一般格式如下：

def 函式名（引數列表）:
    函式體

預設情況下，引數值和引數名稱是按函式宣告中定義的順序匹配起來的。

# 計算面積函式
def area(width, height):
    return width * height
 
def print_welcome(name):
    print("Welcome", name)
 
print_welcome("Runoob")
w = 4
h = 5
print("width =", w, " height =", h, " area =", area(w, h))

# 執行結果
Welcome Runoob
width = 4  height = 5  area = 20
 

函式呼叫

定義一個函式：給了函式一個名稱，指定了函式裡包含的引數，和程式碼塊結構。

這個函式的基本結構完成以後，你可以通過另一個函式呼叫執行，也可以直接從 Python 命令提示符執行。

引數傳遞

在 python 中，型別屬於物件，變數是沒有型別的：

a=[1,2,3]

a="Runoob"

以上程式碼中，[1,2,3] 是 List 型別，"Runoob" 是 String 型別，而變數 a 是沒有型別，她僅僅是一個物件的引用（一個指標），可以是指向 List 型別物件，也可以是指向 String 型別物件。

可更改(mutable)與不可更改(immutable)物件

在 python 中，strings, tuples, 和 numbers 是不可更改的物件，而 list,dict 等則是可以修改的物件。

• 不可變型別：變數賦值 a=5 後再賦值 a=10，這裡實際是新生成一個 int 值物件 10，再讓 a 指向它，而 5 被丟棄，不是改變a的值，相當於新生成了a。
• 可變型別：變數賦值 la=[1,2,3,4] 後再賦值 la[2]=5 則是將 list la 的第三個元素值更改，本身la沒有動，只是其內部的一部分值被修改了。

python 函式的引數傳遞：

• 不可變型別：類似 c++ 的值傳遞，如 整數、字串、元組。如fun（a），傳遞的只是a的值，沒有影響a物件本身。比如在 fun（a）內部修改 a 的值，只是修改另一個複製的物件，不會影響 a 本身。（實際上不可變物件的賦值，是指向了一個新的不可變物件，參照上面不可變型別說明）
• 可變型別：類似 c++ 的引用傳遞，如 列表，字典。如 fun（la），則是將 la 真正的傳過去，修改後fun外部的la也會受影響

python 中一切都是物件，嚴格意義我們不能說值傳遞還是引用傳遞，我們應該說傳不可變物件和傳可變物件。

# 傳不可變物件
def ChangeInt( a ):
    a = 10
 
b = 2
ChangeInt(b)
print( b ) # 結果是 2

例項中有 int 物件 2，指向它的變數是 b，在傳遞給 ChangeInt 函式時，按傳值的方式複製了變數 b，a 和 b 都指向了同一個 Int 物件，在 a=10 時，則新生成一個 int 值物件 10，並讓 a 指向它。

# 傳可變物件
# 可變物件在函式裡修改了引數，那麼在呼叫這個函式的函式裡，原始的引數也被改變了
def changeme( mylist ):
   "修改傳入的列表"
   mylist.append([1,2,3,4])
   print ("函式內取值: ", mylist)
   return
 
# 呼叫changeme函式
mylist = [10,20,30]
changeme( mylist )
print ("函式外取值: ", mylist)

傳入函式的和在末尾新增新內容的物件用的是同一個引用。故輸出結果如下：

函式內取值:  [10, 20, 30, [1, 2, 3, 4]]
函式外取值:  [10, 20, 30, [1, 2, 3, 4]]

引數

函式傳入引數相當於建立了一個變數（形參），然後指向了被傳入的引數（實參）地址。形參是區域性變數

以下是呼叫函式時可使用的正式引數型別：

• 必需引數

  必需引數須以正確的順序傳入函式。呼叫時的數量必須和宣告時的一樣。

  #可寫函式說明
  def printme( str ):
     "列印任何傳入的字串"
     print (str)
     return
  
  #呼叫printme函式
  printme()
  
  # 結果
  Traceback (most recent call last):
    File "test.py", line 10, in <module>
      printme()
  TypeError: printme() missing 1 required positional argument: 'str'

• 關鍵字引數

  關鍵字引數和函式呼叫關係緊密，函式呼叫使用關鍵字引數來確定傳入的引數值。

  使用關鍵字引數允許函式呼叫時引數的順序與宣告時不一致，因為 Python 直譯器能夠用引數名匹配引數值。

  #可寫函式說明
  def printinfo( name, age ):
     "列印任何傳入的字串"
     print ("名字: ", name)
     print ("年齡: ", age)
     return
  
  #呼叫printinfo函式
  printinfo( age=50, name="runoob" )
  
  # 結果
  名字:  runoob
  年齡:  50

• 預設引數

  呼叫函式時，如果沒有傳遞引數，則會使用預設引數。

  #可寫函式說明
  def printinfo( name, age = 35 ):
     "列印任何傳入的字串"
     print ("名字: ", name)
     print ("年齡: ", age)
     return
  
  #呼叫printinfo函式
  printinfo( age=50, name="runoob" )
  print ("------------------------")
  printinfo( name="runoob" )
  
  # 結果
  名字:  runoob
  年齡:  50
  ------------------------
  名字:  runoob
  年齡:  35

• 不定長引數

  你可能需要一個函式能處理比當初宣告時更多的引數。這些引數叫做不定長引數，和上述 2 種引數不同，宣告時不會命名。基本語法如下：

  def functionname([formal_args,] *var_args_tuple ):
     "函式_文件字串"
     function_suite
     return [expression]

  加了星號 * 的引數會以元組(tuple)的形式匯入，存放所有未命名的變數引數。

  # 可寫函式說明
  def printinfo( arg1, *vartuple ):
     "列印任何傳入的引數"
     print ("輸出: ")
     print (arg1)
     print (vartuple)
  
  # 呼叫printinfo 函式
  printinfo( 70, 60, 50 )
  
  # 結果
  輸出: 
  70
  (60, 50)

  如果在函式呼叫時沒有指定引數，它就是一個空元組。我們也可以不向函式傳遞未命名的變數。

  # 可寫函式說明
  def printinfo( arg1, *vartuple ):
     "列印任何傳入的引數"
     print ("輸出: ")
     print (arg1)
     for var in vartuple:
        print (var)
     return
  
  # 呼叫printinfo 函式
  printinfo( 10 )
  printinfo( 70, 60, 50 )
  
  # 結果
  輸出:
  10
  輸出:
  70
  60
  50

  還有一種就是引數帶兩個星號 * * 基本語法如下：

  def functionname([formal_args,] **var_args_dict ):
     "函式_文件字串"
     function_suite
     return [expression]

  加了兩個星號 * * 的引數會以字典的形式匯入。

  # 可寫函式說明
  def printinfo( arg1, **vardict ):
     "列印任何傳入的引數"
     print ("輸出: ")
     print (arg1)
     print (vardict)
  
  # 呼叫printinfo 函式
  printinfo(1, a=2,b=3)
  
  # 結果
  輸出: 
  1
  {'a': 2, 'b': 3}

  宣告函式時，引數中星號 * 可以單獨出現，如果單獨出現星號 * 後的引數必須用關鍵字傳入。例如:

  >>> def f(a,b,*,c):
  ...     return a+b+c
  ... 
  >>> f(1,2,3)   # 報錯
  Traceback (most recent call last):
    File "<stdin>", line 1, in <module>
  TypeError: f() takes 2 positional arguments but 3 were given
  >>> f(1,2,c=3) # 正常
  6

匿名函式

python 使用 lambda 來建立匿名函式。

所謂匿名，意即不再使用 def 語句這樣標準的形式定義一個函式。

• lambda 只是一個表示式，函式體比 def 簡單很多。
• lambda的主體是一個表示式，而不是一個程式碼塊。僅僅能在lambda表示式中封裝有限的邏輯進去。
• lambda 函式擁有自己的名稱空間，且不能訪問自己引數列表之外或全域性名稱空間裡的引數。
• 雖然lambda函式看起來只能寫一行，卻不等同於C或C++的行內函數，後者的目的是呼叫小函式時不佔用棧記憶體從而增加執行效率。

語法

lambda [arg1 [,arg2,.....argn]]:expression

例項：

# 可寫函式說明
sum = lambda arg1, arg2: arg1 + arg2
 
# 呼叫sum函式
print ("相加後的值為 : ", sum( 10, 20 ))
print ("相加後的值為 : ", sum( 20, 20 ))

# 結果
相加後的值為 :  30
相加後的值為 :  40

return 語句

return [表示式] 語句用於退出函式，選擇性地向呼叫方返回一個表示式。不帶引數值的return語句返回None。

# 可寫函式說明
def sum( arg1, arg2 ):
   # 返回2個引數的和."
   total = arg1 + arg2
   print ("函式內 : ", total)
   return total
 
# 呼叫sum函式
total = sum( 10, 20 )
print ("函式外 : ", total)

# 結果
函式內 :  30
函式外 :  30

變數作用域

Python 中，程式的變數並不是在哪個位置都可以訪問的，訪問許可權決定於這個變數是在哪裡賦值的。

變數的作用域決定了在哪一部分程式可以訪問哪個特定的變數名稱。Python的作用域一共有4種，分別是：

• L （Local） 區域性作用域
• E （Enclosing） 閉包函式外的函式中
• G （Global） 全域性作用域
• B （Built-in） 內建作用域

以 L –> E –> G –>B 的規則查詢，即：在區域性找不到，便會去區域性外的區域性找（例如閉包），再找不到就會去全域性找，再者去內建中找。

x = int(2.9)  # 內建作用域
 
g_count = 0  # 全域性作用域
def outer():
    o_count = 1  # 閉包函式外的函式中
    def inner():
        i_count = 2  # 區域性作用域

Python 中只有模組（module），類（class）以及函式（def、lambda）才會引入新的作用域，其它的程式碼塊（如 if/elif/else/、try/except、for/while等）是不會引入新的作用域的，也就是說這些語句內定義的變數，外部也可以訪問。

>>> if True:
...  msg = 'I am from Runoob'
... 
>>> msg
'I am from Runoob'

例項中 msg 變數定義在 if 語句塊中，但外部還是可以訪問的。

如果將 msg 定義在函式中，則它就是區域性變數，外部不能訪問：

>>> def test():
...     msg_inner = 'I am from Runoob'
... 
>>> msg_inner
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'msg_inner' is not defined

全域性變數和區域性變數

定義在函式內部的變數擁有一個區域性作用域，定義在函式外的擁有全域性作用域。

區域性變數只能在其被宣告的函式內部訪問，而全域性變數可以在整個程式範圍內訪問。呼叫函式時，所有在函式內宣告的變數名稱都將被加入到作用域中。

total = 0 # 這是一個全域性變數
# 可寫函式說明
def sum( arg1, arg2 ):
    #返回2個引數的和."
    total = arg1 + arg2 # total在這裡是區域性變數.
    print ("函式內是區域性變數 : ", total)
    return total
 
#呼叫sum函式
sum( 10, 20 )
print ("函式外是全域性變數 : ", total)

# 結果
函式內是區域性變數 :  30
函式外是全域性變數 :  0

global 和 nonlocal 關鍵字

當內部作用域想修改外部作用域的變數時，就要用到global和nonlocal關鍵字了。

修改全域性變數：

num = 1
def fun1():
    global num  # 需要使用 global 關鍵字宣告
    print(num) 
    num = 123   # 全域性變數被修改
    print(num)
fun1()
print(num)

# 結果
1
123
123

如果要修改巢狀作用域（enclosing 作用域，外層非全域性作用域）中的變數則需要 nonlocal 關鍵字了。

def outer():
    num = 10
    def inner():
        nonlocal num   # nonlocal關鍵字宣告，使用上一級的變數
        num = 100
        print(num)
    inner()
    print(num)
outer()

# 結果
100
100

另外有一種特殊情況，假設下面這段程式碼被執行：

a = 10
def test():
    a = a + 1
    print(a)
test()

# 結果
Traceback (most recent call last):
  File "test.py", line 7, in <module>
    test()
  File "test.py", line 5, in test
    a = a + 1
UnboundLocalError: local variable 'a' referenced before assignment

由於 test 函式中的 a 使用的是區域性，未定義，無法修改。

修改 a 為區域性變數（函式引數裡的 a 不是全域性變數），通過函式引數（形參）傳遞，可以正常執行輸出結果為：

a = 10

def test(a):
    a = a + 1
    print(a)

print(a)
test(a)
print(a)

# 結果
10
11
10