Python 函数

Python 是一种强大的编程语言，函数是 Python 编程中的基本构建块之一，它可以帮助我们将代码模块化，提高代码的可重用性和可维护性。

1 函数定义

Python 中的函数可以使用 def 关键字定义，定义语法如下：

def 函数名（参数列表）:
    函数体

def function_name(arguments):
    """docstring"""
    # function body
    return [expression]

函数定义语法由以下组成：

def: Python 中定义函数的关键字。
function_name: 函数名称，由字母、数字和下划线组成，不能以数字开头。
arguments: 参数列表，由逗号分隔的形式参数和关键字参数组成。
docstring: 函数文档字符串，用于描述函数的功能和使用方法。
function body: 函数体，包含了执行函数需要执行的语句。
return: 函数结果返回关键字，返回值可以为表达式或者省略。

以下是一个简单的函数定义示例：

def greet(name):
    """向名字问好"""
    print(f"Hello, {name}!")

这个函数名称为 greet，参数为 name，函数文档字符串描述了函数的功能，函数体打印了传入名称的问候语。

2 函数调用

定义函数后，我们就可以通过函数名调用函数，将需要输入的数据传递给函数，让函数执行并返回结果，调用语法如下：

function_name(arguments)

以下是一个简单的函数调用示例：

greet('Alice')

这个函数调用传入参数 Alice，函数体内部打印了 Hello, Alice!。

3 函数参数

Python 中的函数可以接受两种类型的参数：位置参数和关键字参数。

3.1 位置参数

位置参数是函数定义的参数，按顺序传递给函数，调用时必须提供与函数定义的位置参数相同数量的参数。例如：

def greet(name, age):
    """向给定的名字和年龄发问候"""
    print(f"Hello, {name}. You are {age} years old.")

greet('Alice', 20)

这个函数定义了两个位置参数，调用时必须按照顺序传入相同数量的参数，函数体内部打印了 Hello, Alice. You are 20 years old.。

3.2 关键字参数

关键字参数是通过名称指定的参数，调用时不必按顺序传递。关键字参数必须指定参数名和值。例如：

def greet(name, age):
    """向给定的名字和年龄发问候"""
    print(f"Hello, {name}. You are {age} years old.")

greet(age=20, name='Alice')

在函数调用时，指定参数名称和值，函数体内部仍然可以按照参数位置进一步操作。

3.3 默认参数

如果函数定义中指定了缺省值，调用函数时可以省略该参数，使用定义时的缺省值。例如：

def greet(name, age=18):
    """向给定的名字和年龄发问候"""
    print(f"Hello, {name}. You are {age} years old.")

greet('Alice')

在函数定义时，指定了 age 参数具有默认值 18，在函数调用时可以不传递 age 参数，函数体内部打印了 Hello, Alice. You are 18 years old.。

3.4 可变参数

如果想要传入可变数量的位置参数，请在参数名前面加上 * 号，可以接受一个任意数量的参数，这些参数将作为元组传递给函数体。例如：

def greet(name, *args):
    """向给定的名字和年龄发问候"""
    print(f"Hello, {name}. You have {len(args)} arguments: {args}")

greet('Alice', 'Bob', 'Charlie', 'David')

# 输出 Hello, Alice. You have 3 arguments: ('Bob', 'Charlie', 'David')

在这个函数内部，使用 *args 来指定参数数量可变，所有的额外参数将作为元组传递给函数体，函数体。

如果想要传入可变数量的关键字参数，请在参数名前面加上 ** 号，可以接受一个任意数量的关键字参数，这些参数将作为字典传递给函数体。例如：

def greet(name, **kwargs):
    """向给定的名字和年龄发问候"""
    print(f"Hello, {name}. You have {len(kwargs)} arguments: {kwargs}")

greet('Alice', Bob=20, Charlie=23, David=18)

在这个函数内部，使用 **kwargs 来指定参数数量可变，所有的额外参数将作为字典传递给函数体，函数体输出 Hello, Alice. You have 3 arguments: {'Bob': 20, 'Charlie': 23, 'David': 18}。

加了 * 的参数会以元组的形式导入
加了** 的参数会以字典的形式导入
/ 之前的参数只能通过位置传递
* 之后的参数只能通过关键字传递，参数中星号 * 可以单独出现

下面是一个例子：

def func(a, b, /, c, d, *, e, f):
    print(a, b, c, d, e, f)

func(1, 2, 3, 4, e=5, f=6)

这个函数可以接受 6 个参数，其中 / 前面的两个参数 a 和 b 只能通过位置传递，不能通过关键字传递； / 后面的两个参数 c 和 d 既可以通过位置传递，也可以通过关键字传递；* 后面的两个参数 e 和 f 只能通过关键字传递，不能通过位置传递。因此，下面的调用都是合法的：

func(1, 2, 3, 4, e=5, f=6)
func(1, 2, c=3, d=4, e=5, f=6)
func(1, 2, 3, d=4, e=5, f=6)

而下面的调用将会抛出异常：

func(a=1, b=2, c=3, d=4, e=5, f=6)  # 不能通过关键字传递 a 和 b
func(1, 2, c=3, d=4, 5, 6)  # 不能通过位置传递 e 和 f

4 函数作用域

Python 中的函数有自己的作用域，定义在函数之内的变量称为局部变量，只能在函数内部使用，无法在函数外部访问。而在函数之外定义的变量称为全局变量，可以被整个程序访问。

函数作用域的规则可以总结为以下几点：

函数内部可以访问全局变量。
函数内部定义的变量是局部变量，只能在函数内使用。
函数内部可以修改全局变量，但需要在函数内部指定 global 关键字。

以下是一个修改全局变量的例子：

x = 0

def increment():
    global x
    x += 1

increment()
print(x)

在这个例子中，函数体内使用 global 关键字来指定 x 是全局变量，函数体内部将全局变量 x 的值增加了 1，最终输出 1。

5 函数返回值

Python 中的函数可以返回单个值或者多个值。如果返回多个值，Python 会将返回值封装为元组。

以下是一个返回单个值的函数示例：

def add_numbers(x, y):
    """将两个数字相加并返回结果"""
    return x + y

result = add_numbers(3, 4)
print(result)

这个函数接受两个数字作为输入，将它们相加并返回结果。函数调用返回结果并将其赋值给变量 result，最终输出 7。

以下是一个返回多个值的函数示例：

def get_name_stats(name):
    """返回给定名字的长度和第一个字母"""
    length = len(name)
    first_letter = name[0]
    return length, first_letter

name_length, name_first_letter = get_name_stats('Alice')
print(name_length)
print(name_first_letter)

这个函数接受一个名字作为输入，返回该名字的长度和第一个字母。函数调用同时返回两个值并将其赋值给 name_length 和 name_first_letter，最终输出先输出 5，然后输出 A。

6 Lambda 函数

Lambda 函数是一种匿名函数，它可以在一行代码中定义一个简单的函数，通常用于规模较小的函数体。Lambda 函数由 lambda 关键字引入，接受任意数量的参数（但是只能有一个表达式），并返回表达式的值。以下是一个简单的 Lambda 函数示例：

f = lambda x: x ** 2
print(f(4))

这个 Lambda 函数接受一个参数 x，返回 x 的平方，并将其赋值给变量 f，最终输出 16。

Lambda 函数通常用于需要传递一个简单的函数体作为另一个函数的参数，例如 map() 或 filter() 函数。.

匿名函数：lambda [arg1 [,arg2,.....argn]]:expression

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