函数

函数是带名字的代码块,用于完成具体的工作。通过使用函数,程序的编写、阅读、测试和修复都将更容易。

1.传递实参:

鉴于函数定义中可能包含多个形参,因此函数调用中也可能包含多个实参。向函数传递实参的方式很多,可使用位置实参,这要求实参的顺序与形参的顺序相同;也可以使用关键字实参,其中每个实参都由变量名和值组成,还可以使用列表和字典。

(1)位置实参:

pet.py

def describe_pet(animal_type, pet_name):
    """显示宠物的信息"""
    print("\n I have a " + animal_type + ".")
    print("My " + animal_type + "'s name is " + pet_name.title( ) + ".")

describe_pet('hamster', 'harry')

(2)关键字实参:

关键字实参是传递给函数的名称-值对。你直接在实参中将名称和值关联起来了,因此向函数传递实参时不会混淆。关键字实参让你无需考虑函数调用中的实参顺序,还清楚地指出了函数调用中各个值得用途。

def describe_pet(animal_type, pet_name):
    """显示宠物的信息"""
    print("\nI have a " + animal_type + ".")
    print("My " + animal_type + "'s name is " + pet_name.title( ) + ".")

describe_pet(animal_type = 'hamster', pet_name = 'harry')

注意:使用关键字实参时,务必准确地指定函数中的形参名。

(3)默认值:

编写函数时,可给每个形参指定默认值。在调用函数中给形参提供了实参时,python将使用指定的实参值;否则,将使用形参的默认值。因此,给形参指定默认值后,可在函数调用中省略相应的实参。使用默认值可简化函数调用,还可清楚地指出函数的典型用法。

def describe_pet(pet_name, animal_type = 'dog'):
    """显示宠物的信息"""
    print("\nI have a " + animal_type + ".")
    print("My " + animal_type + "'s name is " + pet_name.title( ) + ".")

describe_pet(pet_name = 'willie')

使用默认值时,在形参列表中必须先列出没有默认值的形参,再列出有默认值的形参。这让python依然能够正确地解读位置实参。可混合使用位置实参、关键字实参和默认值,通常有多重等效的函数调用方式。

注意:使用哪种调用方式无关紧要,只要函数调用能在生成你希望的输出就行。使用对你来说最容易理解的调用方式即可。

(4)等效的函数调用

鉴于克混合使用位置实参、关键字实参和默认值,通常有多种等效的函数调用方式。下面的函数describe_pet( )的定义,其中给一个形参提供了默认值:

def describe_pet(pet_name, animal_type = 'dog')

2.返回值

函数并非总是直接显示输出,相反,它可以处理一些数据,并返回一个或一组值。函数返回的值被称为返回值。在函数中,可用return语句将返回值返回到调用函数的代码。返回值让你能够将程序的大部分繁重工作移到函数中去完成,从而简化主程序。

(1)返回简单值

formatted_name.py

def get_formatted_name(first_name, last_name)
    """返回整洁的姓名"""
    full_name = first_name + ' ' + last_name
    return full_name.title( )

musician = get_formatted_name('jimi','hendrix')
print(musician)

(2)让实参变成可选的

有时候,需要让实参变成可选的,这样使用函数的人就只需在必要的时才提供额外的信息。可使用默认值来让实参变成可选的。

def get_formatted_name(first_name, middle_name, last_name)
    """返回整洁的姓名"""
    full_name = first_name + ' ' + middle_name + ' ' + last_name
    return full_name.title( )

musician = get_formatted_name('jhon','lee', 'hooker')
print(musician)

然而,并非所有的人都有中间名,但如果你调用这个函数时只提供了名和姓,它将不能正确地运行。为让中间名变成可选的,可给实参middle_name制定一个默认值------空字符串,并在用户没有提供中间名时不使用这个实参。为让gey_formatted_name( )在没有提供中间名时依然可行,可给实参milddle_name指定一个默认值------空字符串,并将其移到形参列表的末尾:

def get_formatted_name(first_name, middle_name, last_name)
    """返回整洁的姓名"""
    if middle_name:
        full_name = first_name + ' ' + middle_name + ' ' + last_name
    else:
        full_name = first_name + ' ' + last_name
    return full_name.title( )

(3)返回函数

函数可返回任意类型的值,包括列表和字典等较复杂的数据结构。例如,下面的函数接受姓名的组成部分,并返回一个表示人的字典:

person.py

def build_person(first_name, last_name)
    """返回一个字典,其中包含有关一个人的信息"""
    person = {'first': first_name, 'last': last_name}
    return person

musician = build_person('jimi', 'hendrix')
print(musician)

这个函数接受简单的文本信息,将其放在一个更适合的数据结构中,让你不仅能打印这些信息,还能以其他方式处理它们。当前字符串'jimi'和'hendrix'被标记为名和姓。你可以轻松地扩展这个函数,使其接受可选值,如中间名、年龄、职业或你要存储的其他任何信息。例如,下面的修改让你还能存储年龄:

def build_person(first_name, last_name)
    """返回一个字典,其中包含有关一个人的信息"""
    person = {'first': first_name, 'last': last_name}
    if age:
       person['age'] = age
    return person

musician = build_person('jimi', 'hendrix', age = 27)
print(musician)

(4)结合使用函数和while循环

可将函数同本书前面介绍的任何python结构结合起来使用。例如,下面将结合使用函数get_formatted_name( )和while循环,以更正规的方式问候用户。下面尝试使用名和姓跟用户打招呼:

greeter.py

def get_formatted_name(first_name, last_name):
    """返回整洁的姓名"""
    full_name = first_name + ' ' + last_name
    return full_name.title( )

# 这是一个无限循环!
while True:
    print("\nPlease tell me your name: ")
    f_name = input("First name: ") 
    l_name = input("Last name: ")

    formatted_name = get_formatted_name(f_name, l_name)
    print("\nHello, " + formatted_name + "!")

但这个示例中,我们使用的是get_formatted_name( )的简单版本,不涉及中间名。其中的while循环让用户输入名和姓。但这个while循环存在一个问题:没有定义退出的条件。请用户提供一系列输入时,该在什么地方提供退出条件呢?我们要让用户能够尽可能容易地退出,因此每次提示用户输入时,都应提供退出途径。每次提示用户输入时,都使用break语句提供了退出循环的简单途径:

def get_formatted_name(first_name, last_name):
    """返回整洁的姓名"""
    full_name = first_name + ' ' + last_name
    return full_name.title( )

while True:
    print("\n Please tell me your name: ")
    print("(enter 'q' at any time to quit)")
    
    f_name = input("First name: ")
    if f_name == 'q':
       break

    l_name = input("Last name: ")
    if l_name == 'q'
       break
    
    formatted_name = get_formatted_name(f_name, l_name)
    print("\n Hello, " + formatted_name + "!")

3.传递列表:

你经常会发现,向函数传递列表很有用,这种列表包含的可能是名字,数字或更复杂的对象(如字典)。将列表传递给函数后,函数就能直接访问其内容。

greet_users.py

def greet_users(name):
    """向列表中的每位用户都发出简单的问题"""
    for name in names:
        msg = "Hello, " + name.title( ) + "!"
        print(msg)

usernames = ['hannah', 'ty', 'marget']
greet_users(usernames)

将greet_users()定义成接受一个名字列表,并将其存储在形参names中。这个函数遍历收到的列表,并对其中的每位用户都打印一条问候语。将列表传递给函数后,函数就可对其进行修改。在函数中对这个列表所做的任何修改都是永久性的,这让你能够高效地处理大量的数据。

printing_models.py

# 首先创建一个列表,其中包含一些要打印的设计
unprnted_design = ['iphone case', 'robot pendant', 'dodecahedron']
completed_models = []

# 模拟打印每个设计,直到没有未打印的设计为止
#  打印每个设计后,都将其移到列表completed_models中
while unprinted_designs:
    current_design = unprinted_design.pop( )

    #模拟打印根据设计制作3D打印模型的过程
    print("Printing model: " + current_design)
    completed_models.append(current_design)

#显示打印好的所有模型
print("\n The following models have been printed: ")
for completed_model in completed_models:
    print(completed_model)

为重新组织这些代码,我们可编写两个函数,每个都做一件具体的工作。大部分代码都与原来的相同,只是效率更高。第一个函数负责处理打印设计的工作,而第二个将概述打印了哪些设计:

def print_models(unprinted_designs, completed_models):
    """
    模拟打印每个设计,直到没有未打印的设计为止
    打印每个设计后,都将其移到列表completed_models中
    """
    
    while unprinted_designs:
        current_design = unprinted_designs.pop( )
        
        #模拟根据设计制作3D打印模型的过程
        print("Printing model: " + current_design)
        completed_models.append(current_design)

def show_completed_models(completed_models: )
    """显示打印好的所有模型"""
    print("\n The following models have been printed:")
    for completed_model in completed_models:
        print(completed_model)

unprinted_design = ['iphone case', 'robot pendant', 'dodecahedron']
completed_models = []

print_models(unprinted_design, completed_models)
show_completed_models(completed_models)

4.传递任意数量的实参

有时候,你预先不知道函数需要接受多少个实参,好在python允许函数从调用语句中收集任意数量的实参。

pizza.py

def make_pizza(*topping):
    """"打印顾客点的所有配料"""
    print(toppings)

make_pizza('pepperoni')
make_pizza('mushroom', 'green peppers', 'extra cheese')

形参名*toppings中的星号让python创建一个名为toppings的空元组,并将收到的所有值都封装到这个元组中。函数体本内的print语句通过生成输出来证明pyhon能够处理使用一个值调用函数的情形,也能处理使用三个值来调用函数的情形。它以类似的方式处理不同的调用,注意,python将实参封装到一个元组中,即便函数只收到一个值也如此:

('pepperoni') ('mushroom', 'green peppers', 'extra cheese')

现在,将这条print语句替换为一个循环,对配料表进行遍历,并对顾客点的比萨进行描述:

def make_pizza(*toppings):
    """概述要制作的比萨"""
    print("\n Making a pizza with the following toppings: ")
    for topping in toppings:
        print("- " + topping)

make_pizza('pepperoni')
make_pizza('mushroom', 'green peppers', 'extra cheese')

(1)用位置实参和任意数量实参:

如果要让函数接受不同类型的实参,必须在函数中接纳任意数量实参的形参放在最后。Python先匹配位置实参和关键字实参,再将余下的实参都收集到最后一个形参中。

def make_pizza(size, *toppings):
    """概述要制作的pizza"""
    print("\n Make a " + str(size) + "-inch pizza with the following topping: ")
    
    for topping in toppings:
        print("- " + topping)

make_pizza('pepperoni')
make_pizza('mushroom', 'green peppers', 'extra cheese')

基于上述函数的定义,python将收到的第一个值存储在形参size中,并将其他的所有值都存储在元组toppings中。在函数调用中,首先指定表示比萨的尺寸的实参,然后根据需要指定任意数量的配料。

(2任意数量的关键字实参:

有时候,需要接受任意数量的实参,但预先不知道传给函数的会是什么样的信息。在这种情况下,可将函数编写成能够接受任意数量的键-值对------调用语句提供了多少节接受多少。一个这样的实例是创建用户简介:你知道你将收到有关用户的信息,但不确定会是什么样的信息。在下面的实例中,函数build_profile( )接受名和姓,同时还接受任意数量的关键字实参:

user_profile.py

def build_profile(first, last, **user_info):
    """创建一个字典,其中包含我们知道的有关用户的一切"""
    profile = { }
    proflie['first_name'] = first
    proflie['last_name'] = last
    for key,value in user_info.item( ):
        profile[key] = value
    return profile

user_profile = build_profile('albert', 'einstein',
                             location = 'princeton',
                             field = 'physics')
print(user_profile)

5.将函数存储在模块中

函数的优点之一是,使用它们可将代码块与主程序分离。通过给函数指定描述性名称,可让主程序容易理解的多。你还可以更近一步,将函数存储在被称为模块的独立文件中,再将模块导入到主程序中。import语句允许在当前运行的程序文件中使用模块中的代码。通过将函数存储在独立的文件中,可隐藏程序代码的细节,将重点放在程序的高层逻辑上。这还能让你在众多不同的程序中重用函数。将函数存储在独立文件中,可与其他程序员共享这些文件而不是整个程序。知道如何导入函数还能让你使用其他程序员编写的函数库。

(1)导入整个模块

要让函数时可导入的,先得创建模块。模块是扩展名为.py的文件,包含要导入到程序中的代码。下面来创建一个包含函数make_pizza( ) 的模块。为此,我们将文件pizza.py中除函数make_pizza( ) 之外的其他代码都删除:

pizza.py

def make_pizza(size, *toppings):
    """概述要制作的比萨"""
    print("\n Making a" +  "-inch with the following toppings: ")
    for topping in toppings:
        print("- " + topping)

 接下来,我们在pizza.py所在的目录中创建另一个名为making_pizza.py的文件,这个文件导入刚创建的模块,在调用make_pizza( )两次:

import pizza


make_pizza('pepperoni')
make_pizza('mushroom', 'green peppers', 'extra cheese')

python读取这个文件时,代码行import pizza让Python打开文件pizza.py,并将其中的所有函数都复制到这个程序中。你看不到复制的代码,因为这个程序运行时,Python在幕后复制这些代码。在making_pizzas.py中,可以使用pizza.py中定义的所有函数。

这就是一种导入方法:只需编写一条import语句并在其中指定模块名,就可以在程序中使用模块中所有的函数。如果你使用这种import语句导入了名为module_name.py的整个模块,就可使用下面的语法来使用其中任何一个函数:

module_name.function_name( )

(2)导入特定的函数

你还可以导入模块中的特定函数,这种导入方法的语法如下:

from module import function_name

通过逗号分隔函数名,可根据需要从模块中导入任意数量的函数:

from module_name import function_0, function_1, function_2

对于前面的making_pizzas.py示例,如果只想导入要使用的函数,代码将类似于下面这样:

from pizza import make_pizza

make_pizza('pepperoni')
make_pizza('mushroom', 'green peppers', 'extra cheese')

若使用这种语法,调用函数时就无需使用句点。由于我们在import语句中显示地导入了函数make_pizza(),因此调用时只需指定其名称。

(3)使用as给函数指定别名:

from pizza import make_pizza as mp

make_pizza(16, 'pepperoni')
make_pizza(12, 'mushroom', 'green peppers', 'extra cheese')

上面的import语句将函数make_pizza()重命名为mp():在这个程序中,每当需要调用make_pizza()时,都可以简写成mp(),而python将运行make_pizza()中的代码,这可避免与这个程序可能包含的函数make_pizza()混淆。

指定别名的通用语法如下:

from module_name import function_name as fn

(4)使用as给模块指定别名

你还可以给模块指定别名。通过给模块指定简短的别名(如给模块pizza指定别名p),让你能够更轻松地调用模块中的函数。相比于pizza.make_pizza(),p.make_pizza()更为简洁:

import pizza as p
make_pizza(16, 'pepperoni')
make_pizza(12, 'mushroom', 'green peppers', 'extra cheese')

(5)导入模块中的所有函数

使用星号(*)运算符可让python导入模块中所有的函数:

import pizza import *
make_pizza(16, 'pepperoni')
make_pizza(12, 'mushroom', 'green peppers', 'extra cheese')

由于导入了每个函数,可通过名称来调用每个函数,而无需使用句点表示法。然而,使用并非自己编写的大型模块时,最好不要采用这种导入方法:如果模块中有函数的名称与你的项目中使用的名称相同,可能导致意想不到的结果,python可能遇到多个名称相同的函数或变量,进而覆盖函数,而不是分别导入所所有函数。最佳的做法是,要么只导入你需要使用的函数,要么导入整个模块并使用句点表示法。

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