函数

函数是可重用的程序片段。它允许你给一个代码块起一个名字，使用这个名字，你可以在程序的任何地方运行任何次数。这就是所谓的函数调用。我们已经使用了许多内置函数, 如len和range。

在任何有实际使用价值的软件中，函数的概念都是最重要的基石（对于任何编程语言都一样）。所以，在这一章我们将探索函数的方方面面。

定义函数使用def关键字。在这个关键字之后是标识函数的名字，之后是在一对括号中附上一些变量名，最后在行的末尾是冒号。接下来是代码块--函数函数体。我们用一个简单地例子看一下怎样定义一个函数:

例子 (保存为function1.py):

def sayHello():
    # 函数的代码块
    print('世界您好!')
# 函数在此结束

sayHello() # 调用函数
sayHello() # 再次调用函数

输出：

C:\> python function1.py
世界您好! 
世界您好!

它是如何工作的：

我们使用上述的语法，定义了一个名为sayHello的函数。这个函数没有参数，因此没有在圆括号中声明变量。函数的参数用来输入数据到函数中，以便我们可以给它传递不同的值，返回不同的结果。

注意，我们可以调用相同的函数两次，这意味着我们不需要再写两次同样的代码。

函数的参数

一个函数可以带参数--你可以在调用的时候给参数赋值，这样函数就可以使用这些参数进行处理。这些参数就像变量，所不同的是当我们调用函数时这些变量的值才会被定义，当函数运行时，它们已经有了指定的的值。

我们在定义函数的时候定义参数，写在一对括号中，之间用逗号分隔。当我们调用这个函数的时候，我们以同样的方式提供这些值。注意我们使用的术语——在函数的定义中给出的名字叫形参，而在函数调用时您提供的值被称为实参。

例子 (保存为function_param.py):

def print_max(a, b):
    if a > b:
        print(a, '大')
    elif a == b:
        print(a, '等于', b)
    else:
        print(b, '大')

# 直接给出字面值
print_max(3, 4) 

x = 5
y = 7

# 变量作为参数
print_max(x, y)

输出：

C:\> python function_param.py
4 大
7 大

它如何工作的：

在这里，我们定义了一个名为print_max的函数，它有a和b两个参数。我们使用简单的if..else语句找出比较大的数，然后打印较大的数。

我们第一次调用函数print_max，我们直接提供了数字作为参数。第二次调用的时候，我们使用变量作为参数。print_max(x, y)把实参x分配给形参a，y分配给b。在这两种情况下，print_max函数以同样方式工作。

局部变量

你在函数定义中声明的变量，与在函数外使用的其它同名变量没有任何关系，即变量名称对函数来说是局部的。这叫变量的作用域。所有变量的作用域，都是从他们在代码块中被定义开始，一直到代码块结束为止。

例子 (保存为function_local.py):

x = 50

def func(x):
    print('x等于', x)
    x = 2
    print('局部变量x改为', x)

func(x)
print('x仍然是', x)

输出：

C:\> python function_local.py
x等于50
局部变量x改变为2
x仍然是50

它是如何工作的：

第一次我们输出的时候，我们在函数体的第一行打印变量x的值，Python使用在主程序中定义的的值，代入到实参中完成输出。

接下来，我们给x赋值为2，变量x是函数的局部变量，因此在函数中当我们改变x的值时，在主程序中定义的变量x不受影响。

最后在主程序中调用print函数，显示输出在主程序中定义的变量x，说明在函数中修改局部变量的值对主程序的变量没有影响。

使用全局声明

在函数体内部，如果你想给在主程序中（即未在任何函数或类之中）定义的变量赋值，那么你必须告诉Python，变量不是局部的，而是全局的。我们使用global语句，没有global语句赋值给一个在函数外定义的变量是不可能的。

如果在函数体内部没有同名的变量，您也可以不使用global而直接使用这些在函数外定义的变量的值。然而，我们并不鼓励这样做，因为对于程序的读者来说，他会不清楚变量是在哪里定义的。使用 global 语句就非常清楚，变量定义在主程序中。

例子 (保存为function_global.py):

x = 50

def func():
    global x

    print('x的值是', x)
    x = 2
    print('全局变量x改为', x)

func()
print('x的值是', x)

输出：

C:\> python function_global.py
x的值是50
全局变量to改为2
x的值是2

它是如何工作的：

global语句用来声明x是全局变量，当我们在函数内给x赋值时，它直接改变我们在主程序中使用的x的值。

用一个的global语句可以指定多个全局变量，比如： global x, y, z。

参数默认值

对于一些函数，你可能需要一些参数是可选，即在用户不希望为它们提供值时使用默认值。在Python中我们可以为函数的参数指定默认的参数值。在函数定义中通过在参数名称后使用赋值运算符(=)后跟默认值来指定默认的参数值。

注意，默认参数值应该是一个常数。更准确的说，默认的参数值应该是不可变的——关于这一点在后面的章节中会有更详细的解释。现在，只要记住这点。

例子 (保存为 function_default.py):

def say(message, times = 1):
    print(message * times)

say('你好')
say('世界', 5)

输出：

$ python3 function_default.py
你好
世界世界世界世界世界

它是如何工作的：

函数say是用来按照指定的次数打印一个字符串。如果我们不提供一个值，那么在默认情况下字符串只打印一次。为此，我们为参数times指定一个默认参数值1。

在第一次使用函数say时，我们只提供了字符串，它打印字符串一次。在第二次使用say时，我们提供了字符串和一个数字5两个参数，说明我们想要say字符串打印5次。

重要提示

默认参数值只能放在参数列表的最后。即在参数列表中，你不能在没有默认值的参数前有带默认参数值的参数。

这是因为，Python按照位置把值分配给参数。例如，def func(a, b=5)是有效的，而def func(a=5, b)是无效的。

参数关键字

如果你的函数有很多参数，在调用的时候您想给其中一部分参数赋值，那么你可以通过为参数命名来为它们赋值，这叫做参数关键字。我们使用名称（关键字）而不是位置（我们一直使用的）来指定函数的参数。

这有两个优势：一是，可以更自由的使用函数，因为我们不需要担心参数的顺序；二是，如果其他参数有默认值，我们可以只给我们想赋值的参数赋值。

例子 (保存为function_keyword.py):

def func(a, b=5, c=10):
    print('a为', a, '，b为', b, '，c为', c)

func(3, 7)
func(25, c=24)
func(c=50, a=100)

输出：

$ python function_keyword.py
a为 3 ，b为 7 ，c为 10
a为 25 ，b为 5 ，c为 24
a为 100 ，b为 5 ，c为 50

它是如何工作的：

名为func的函数中有一个没有默认值的参数，后面跟两个有默认值的参数。

第一次使用func(3, 7)，参数a得到值3，参数b得到值7，参数c得到默认值10。

第二次使用func(25, c=24), 参数a按照参数的位置得到值25，然后参数c按照参数名（参数关键字）得到值24，变量b得到默认值5。

第三次使用func(c=50, a=100)，我们为所有给定的值使用了参数关键字。注意，我们为参数c指定值是在参数a之前，尽管在函数定义中a在c前。

可变参数

有时你可能想定义一个函数，它可以获取任意数量的参数，这可以通过使用星号（保存为function_varargs.py）实现：

def total(a=5, *numbers, **phonebook):
    print('a', a)

    # 通过元组遍历全部的参数
    for single_item in numbers:
        print('single_item', single_item)

    # 通过字典遍历全部的参数
    for first_part, second_part in phonebook.items():
        print('-----')
        print(first_part, second_part)


print(total(10, 1, 2, 3, Jack=1123, John=2231, Inge=1560))

输出：

C:\> python function_varargs.py
a 10
single_item 1
single_item 2
single_item 3
Inge 1560
John 2231
Jack 1123
None

它是如何工作的：

当我们声明一个带星号的参数，如*param，那么从这一点开始到结束的所有的位置参数都被收集到一个叫param的元组中。

同样,当我们声明一个双星参数，如**param，那么从这一点开始到结束的所有关键字参数都被收集到一个叫param的字典中。

我们将在数据结构中探讨元组和字典。

return语句

return 语句用来从函数中return(返回)，也就是说跳出函数。同样，我们也可以从函数中选择性地返回一个值。

例子 (保存为function_return.py):

def maximum(x, y):
    if x > y:
        return x
    elif x == y:
        return '两个数相等'
    else:
        return y

print(maximum(2, 3))

输出：

C:\> python function_return.py
3

它是如何工作的：

函数maximum返回参数中的最大值，在这个例子中我们提供给函数的参数是两个数字。它使用了简单的if..else语句找到比较大的值，然后返回那个值。

注意，没有返回值的return语句相当于return None(什么也不返回)。None是Python中的一个特殊类型，它代表什么也没有。例如，如果一个变量的值是None，它说明这个变量没有值。

除非你已经写了自己的return语句，否则，每个函数在末尾都默认包含一个return None语句。通过运行print(someFunction())你可以看到这一点，这里someFunction 没有使用return语句，比如：

def someFunction():
    pass

在Python中pass语句用来说明一个空的代码块。

提示：已经有一个叫max的内建函数能够完成'find maximum'函数的功能 ，因此，我们还是尽可能使用内建函数。

文档字符串

Python有一个叫文档字符串(docstrings)的好特性。文档字符串是你应该使用的一个重要工具，它可以帮助你给程序补充文档信息，令其容易理解。Python还有一个令人惊叹的特性，当程序运行的时候，我们可以从函数中获取文档字符串。

例子 (保存为function_docstring.py):

def print_max(x, y):
    '''打印两个数中的最大值。

    两个值必须是整数。'''
    # 如果可能，转换为整数
    x = int(x) 
    y = int(y)

    if x > y:
        print(x, '最大')
    else:
        print(y, '最大')

print_max(3, 5)
print(print_max.__doc__)

输出：

C:\> python function_docstring.py
5 最大
打印两个数中的最大值。

    两个值必须是整数。

它是如何工作的：

函数的第一个逻辑行的字符串是那个函数的文档字符串。注意，文档字符串也适用于在后面的章节将要学习的模块和类。

通常情况下，文档字符串有多行，第一行紧挨着'''，并且以句号（。）结束。第二行是空行，从第三行开始是详细描述。强烈建议，为所有重要的函数写文档字符串都要遵循此贯例。

我们可以使用print_max函数的__doc__(注意，双下划线)属性访问print_max函数的文档字符串。只要记住，Python把一切事物当做对象看待，这也包括函数。我们将在类这一章学习关于对象的更多知识。

如果你在Python中已经使用过help()，那么你已经看到如何使用文档字符串了!它所做的仅仅是获取函数的 __doc__ 属性，并以一个整洁的方式显示给你。你可以试一下上面的函数——在你的程序中增加一行help(print_max)尝试一下。

自动化工具可以从你的程序中以这种方式检索文档。因此，我强烈建议，为你写的任何重要函数书写文档字符串。来自Python的自动化工具pydoc使用文档字符串的工作原理类似于help()。

小结

我们已经了解了函数的方方面面，但请注意，我们仍然没有覆盖关于函数的全部内容。不过我们已经涵盖了Python函数日常使用的大部分内容。

接下来，我们将看到如何创建及使用Python模块。