9 - Python函数定义-位置参数-返回值

1 函数介绍

        函数在编程语言中就是完成特定功能的一个词句组(代码块)，这组语句可以作为一个单位使用，并且给它取一个名字。可以通过函数名在程序的不同地方多次执行（这叫函数的调用）。函数在编程语言中有基本分为：预定义函数，自定义函数。预定义函数可以直接使用，而自定义函数顾名思义需要我们自己定义函数。

在数学中的定义，这里就不介绍了。因为没卵用。哈哈

1.1 为什么要使用函数

在编程中使用函数主要有两个优点：

1. 降低编程难度：通常将一个复杂的大问题分解成一系列的小问题，然后将小问题划分成更小的问题，当问题细化为足够简单时，我们就可以分而治之，各个小问题解决了，大问题就迎刃而解了。
2. 代码重用：避免重复劳作，提供效率
3. 代码更加简洁美观，可读性增加

1.2 Python中的函数

        在Python中，函数由若干语句组成代码块、函数名称、参数列表构成，它是组织代码的最小单元,使用函数可以完成一定的功能，在Python中函数主要分为三类：内置函数、第三方函数库、自定义函数。常用的内置函数在前面已经介绍，第三方函数库需要先引入模块，通过模块调用，在模块学习中进行介绍，这里主要说的是如何自定义一个函数。

2 函数的基本使用

        在Python中，定义一个函数要使用def语句，依次写出函数名、括号、括号中的参数和冒号:，然后，在缩进块中编写函数体，函数的返回值用return语句返回。下面是一个函数的基本结构

def 函数名(参数列表):
    函数体(代码块)
    [return 返回值]   # 函数可以无返回值

注意：

• 函数名就是标识符，命名要求一样
• 语句块必须缩进，约定4个空格
• Python的函数没有return语句，隐式会返回一个None
• 定义中的参数列表成为形式函数，只是一种符号表达式（标识符），简称形参
  我们以自定义一个求绝对值的函数为例：

定义：
def abs(x):    
    if x >= 0:
        return x
    else:
        return -x

调用:
    abs(-10)

上面只是一个函数的定义，j具体来看一下各个部分的解释:

• 函数名字叫做abs，接受1个形式参数x。
• return x:表示要返回的值是x，函数可以无返回值。
• 函数是一个可调用对象，函数名加括号就表示调用。
• 和变量是的使用方式相同，在使用函数时，需要预先进行定义。
• 直接打印函数名，不会触发函数的执行，反而会打印函数的内存地址。

我们自定义的函数abs,由于与内置函数重名，那么将会覆盖掉内置函数，所以请谨慎命名。

        函数体内部的语句在执行时，一旦执行到return时，函数就执行完毕，并将结果返回。因此，函数内部通过条件判断和循环可以实现非常复杂的逻辑。如果没有return语句，函数执行完毕后会隐士的返回None。如果我们确实要return None可以简写为return，或者不写return语句(会让人看不懂，建议只写return)。
        调用函数，那么只需要使用函数名加括号，就能执行，但如果函数定义了参数，那么必须在执行的时候传递参数给函授，否则会报异常！关于调用我们还需要了解：

1. 函数定义，只是声明了一个函数，它不会被执行，调用时才会执行
2. 调用方式就是函数名后加上小括号，如果有必要需要在括号内写上参数
3. 调用时写的参数是实际参数，是实实在在传入的值，简称实参

函数是可调用对象，可以使用callable()进行判断

In [1]: def abs(x):
   ...:     if x >= 1:
   ...:         return x
   ...:     else:
   ...:         return -x

In [2]: callable(abs)     # 函数是可调用的，注意这里不能对函数加括号，那么callable判断的就是函数的返回值是否可以执行了
Out[2]: True

In [3]: a = '123'
In [4]: callable(a)    # 字符串是不可调用的
Out[4]: False

3 函数的参数

        定义函数的时候，括号中指定的就是函数的参数(形式参数)，当我们调用函数时，需要将数据进行传递，这种传递参数的方式就叫做传参，严格来说函数只可以使用两种方式：位置传参和关键字传参。

1. 位置传参：按照参数定义顺序传入实参
2. 关键字传参：使用形参的名字来传入实参的方式

需要注意的时：参数传递时如果使用了形参的名字，那么传入参数的顺序就可以和定义的顺序不同，当位置传参和关键字传参混用时，位置传参必须放在关键字传参前面传入。

定义函数function:
In [1]: def function(x,y):
   ...:     result = x + y
   ...:     return result
   ...:

位置传参:
In [2]: function(1,2)    # 1对应x，2对应y。
Out[2]: 3

关键字传参:
In [3]: function(y=1, x=2)   # 使用关键字时，参数可以不用按照位置顺序。
Out[3]: 3

混合传参:
In [8]: function(1, y = 3)    # 混用时，关键字参数必须要再位置参数右边
Out[8]: 4

3.1 参数的默认值

        在定义形式参数时，为参数指定对应的值，就叫做参数的默认值，当定义了参数的默认值以后，我们传参时可以选择传递该参数的值，也可以选择不传递，当不传递此参数的值时，该参数就使用指定的默认值，否则将会使用传递的值。

参数默认值也属于位置参数，只不过是给位置参数定义了默认值。

In [9]: def function(x = 10, y = 20):
   ...:     return x + y
   ...:

In [10]: function(2)   # 2会以位置参数的形式传递给x，y没有传递，会使用默认值
Out[10]: 22

In [11]: function(y=100)  # x没有传递，会使用默认值
Out[11]: 110

In [12]: function(x=100)  # y没有传递，会使用默认值
Out[12]: 120

In [13]: function(20, y=500)  # 20以位置参数的形式传递给x，500以关键字参数的形式传递给了y
Out[13]: 520

当定义参数的默认值时，注意默认值参数必须要放在位置参数的右边

In [1]: def functions(x=1, y):    # 必须把x=1，放在y的右边，否则无法完成函数定义
   ...:     print(x+y)
  File "<ipython-input-1-ea496fa7fc81>", line 1
    def functions(x=1, y):
                 ^
SyntaxError: non-default argument follows default argument

使用默认值参数的好处是：

• 参数的默认值可以在未传入足够的实参的时候，对没有给定的参数赋值为默认值。
• 参数非常多的时候，并不需要用户每次都输入所有的参数，简化函数调用。

3.2 可变参数

        可变参数顾名思义表示参数的数量是可变的，并且可以使用一个形参匹配任意个实参。针对传递参数方式的不同又分为可变位置传参和可变关键字传参。

3.2.1 可变位置传参

        在形参前使用*号，表示该形参是可变参数，可以接受多个实参，在函数内部，可变参数会封装成元祖(即便是没有传递)

In [15]: def function(*nums):
    ...:     print(nums)
    ...:

In [16]: function(1,2,3,4)  # 多个参数会被nums收集
(1, 2, 3, 4)

In [18]: function([1,2,3,4])  # 会把list收集成元祖类型
([1, 2, 3, 4],)

在函数定义时，一般的规范是使用 *args, 表示收集多个位置传参。

3.2.2 可变关键字传参

        在形参前使用**号，表示该形参是可变关键字参数，可以接受多个关键字参数，在函数内部，可变关键字参数会封装成字典(即便是没有传递)

In [20]: def function(**kwargs):
    ...:     print(kwargs)
    ...:

In [21]: function(a=1,b=2)
{'a': 1, 'b': 2}

# 参数的默认值和位置参数同时使用
In [5]: def function(x=1,y=2,**kwargs):
   ...:     print('x = {}'.format(x))
   ...:     print('y = {}'.format(y))
   ...:     print(kwargs)
   ...:

In [6]: function(a=10,b=20)   # 参数没有a，b形参，则被kwargs接收
x = 1
y = 2
{'a': 10, 'b': 20}

In [7]: function(x=100,y=200,z=300) # z没有被匹配，被kwargs接收
x = 100
y = 200
{'z': 300}

In [8]: function(1000,2000,z=300)  # 前面的按照位置参数赋值，z同样被字典kwargs收集
x = 1000
y = 2000
{'z': 300}

In [9]:

3.2.3 可变参数混合使用

        前面说的各种参数是可以混合使用的，当混合使用时遵循一定的顺序，简单总结一下，按照从左至右的顺序来说：位置参数，默认值参数，可变位置参数，可变关键字参数：def function(位置参数，默认值参数，可变位置参数，可变关键字参数)。

无论如何，顺序不能颠倒。

In [9]: def function(x,y,z=1,*args,**kwargs):  # x,y,z都为位置参数，z的默认值为1，*args收集额外的位置传参，kwargs收集额外的关键字传参
   ...:     print(x,y,z)
   ...:     print(args)
   ...:     print(kwargs)
   ...:

In [10]: function(1,2,3,4,5,a=1,b=2)
1 2 3
(4, 5)
{'a': 1, 'b': 2}

3.2.4 可变参数小结

针对可变参数以及不同的混用方式可以有如下结论：

• 分为位置可变参数和关键字可变参数
• 位置可变参数在形参前使用一个星号*
• 关键字可变参数在形参前使用两个星号**
• 可变位置参数和可变关键字参数都可以收集若干个实参，可变位置参数收集形成一个tuple，可变关键字参数收集形成一个dict
• 混合使用参数的时候，在定义阶段要遵循如下顺序：位置参数，默认值参数，可变位置参数，可变关键字参数

当位置传参和关键字传参同时使用时，不可以重复赋值！，这一点使用的时候很重要。

3.3 keyword-only参数*

        Python3的函数参数中,新增了keyword-only参数，什么叫keyword-only参数？我们说当在一个星号参数(可变位置参数)后，出现的普通参数，我们称它为keyword-only参数，因为多余的位置参数都会被*args收集，只能通过keyword的方式对这些形参进行赋值，所以它们只能使用’关键字传参’。

In [11]: def function(a,b,c=1,*args,x,y=2,**kwargs):     # x,y是keyword-only参数，其中y存在默认值，可以不用传递，x必须使用关键字的方式进行传递
    ...:     print(a,b,c)
    ...:     print(args)
    ...:     print(x,y)
    ...:     print(kwargs)
    ...:

In [12]: function(100,200,300,400,d=100,e=200)
---------------------------------------------------------------------------
TypeError                                 Traceback (most recent call last)
<ipython-input-12-cf60009e3d1f> in <module>
----> 1 function(100,200,300,400,d=100,e=200)

TypeError: function() missing 1 required keyword-only argument: 'x'

In [13]: function(100,200,300,400,d=100,e=200,x=500)
100 200 300
(400,)
500 2
{'d': 100, 'e': 200}

特殊形式：

In [17]: def function(*,x,y):   
    ...:     print(x,y)
    ...:

In [18]: function(1,2,3,x=100,y=200)
---------------------------------------------------------------------------
TypeError                                 Traceback (most recent call last)
<ipython-input-18-7d07ae79c088> in <module>
----> 1 function(1,2,3,x=100,y=200)

TypeError: function() takes 0 positional arguments but 3 positional arguments (and 2 keyword-only arguments) were given


In [20]: function(x=100,y=200)
100 200

这里*表示不接受位置传参，只能使用关键字对参数进行赋值

注意:使用了keyword-only参数，那么在定义形参的时的顺序就有所改变了，它们是：位置参数，默认值参数，可变位置参数，keyword-only参数，可变关键字参数

3.4 参数解构

前面我们说过Python的封装与结构，这里的参数也可以利用这种思想进行结构，现有如下函数：

In [21]: def add(x=1,y=2):
    ...:     print(x+y)
    ...:

In [22]: t = (10,20)

In [23]: add(t[0],t[1])   # 将元祖的元素1和元素2分别传给X，y
30

In [24]: add(*t)  
30

In [25]: d = {'x':100, 'y':200}
In [30]: add(**d)
300

• 将t在传递参数时结构为10，20，作为位置传参传递给add函数
• 将d在传递参数时结构为x=100,y=200，作为关键字传参传递给函数
• 这种方法在后面函数的调用过程中非常常用

现在再来回头看一下，什么时参数解构？

1. 给函数提供实参的时候，可以在集合类型前使用*或者**，把集合类型的结构解开，提取出所以的元素作为函数的实参。
2. 非字典类型使用*解构成位置参数
3. 字典型使用**解构成关键字参数
4. 提取出来的元素数目要和参数的要求匹配，也要和参数的类型匹配，否则请使用*args,**kwargs

In [31]: def add(a,b,*args,m,n,**kwargs):
    ...:     print(a+b+m+n)
    ...:

In [32]: dic = {'a':100,'b':200}
In [33]: add(**dic,m=300,n=400,x=1000)
1000

4 函数的返回值

        我们通常编写函数除了代码可以复用，更多的时候需要的是知道函数的运算结果，那么函数把运算的结果返回给我们，这个结果就叫作做函数的返回值。使用return关键字进行返回。

# 返回1个数据
In [34]: def add(x,y):
    ...:     result = x + y
    ...:     return result
    ...:

In [35]: a = add(10,20)
In [36]: print(a)
30

# 返回多个数据
In [37]: def add(x,y):
    ...:     result = x + y
    ...:     test = x * y
    ...:     return result,test
    ...:

In [38]: a = add(10,20)
In [39]: print(a)
(30, 200)

# 多个return语句
In [40]: def add(x,y):
    ...:     if x > 10:
    ...:         return y
    ...:     else:
    ...:         return x
    ...:

In [41]: a = add(10,20)
In [42]: print(a)
10

总结：

1. Python函数使用return语句返回"返回值"
2. 所有函数都有返回值，如果没有return语句，隐式调用return None
3. return语句并不一定是函数的语句块的最后一条语句
4. 一个函数可以存在多个return语句，但是只有一条可以被执行，如果没有一条return语句被执行，隐式调用return None
5. return None可以简写为return
6. 函数执行到return就会返回，所以return后面的语句永远不会被执行
7. return可以理解为，结束当前函数计算，返回值！

多个返回值会被包装成一个tuple进行返回，所以函数永远只能返回一个数据。