Python升级之路( Lv5 ) 函数

Python系列文章目录

第一章 Python 入门

第二章 Python基本概念

第三章 序列

第四章 控制语句

第五章 函数

函数

• Python系列文章目录
• 前言
• 一、函数是什么
  • 1. 定义
  • 2. 内存底层分析
  • 3. 变量的作用域
• 二、参数
  • 1. 参数类型
    • 位置参数
    • 默认值参数
    • 命名参数
    • 可变参数
    • 强制命名参数
  • 2. 参数传递
    • 传递可变对象的引用
    • 传递不可变对象的引用
    • 浅拷贝和深拷贝
    • 传递不可变对象包含的子对象是可变的情况
• 三、常见函数 - lambda表达式和匿名函数 - eval()函数 - 递归函数 - 嵌套函数(内部函数) - nonlocal关键字 - LEGB规则
• 四、实操作业

前言

在本章, 我们将学习Python函数相关知识. 了解其定义和底层原理以及变量作用域: 局部变量和全局变量 然后, 学习函数的五种参数类型: 位置参数, 默认值参数, 命名参数, 可变参数, 强制命名参数 再然后, 学习几种常见函数: 匿名函数, eval 函数, 递归函数, 嵌套参数 最后, 通过几个实操练习来巩固本章所学知识

一、函数是什么

一个程序由一个一个的任务组成；函数就是代表一个任务或者一个功能(function), 是代码复用的通用机制

函数特点

• 函数是可重用的程序代码块. 一个完整的函数应包含: 函数名, 参数, 函数体(代码, 注释)
• 函数的作用，不仅可以实现代码的复用，更能实现代码的一致性。 一致性指的是，只要修改函数的代码，则所有调用该函数的地方都能得到体现
• 在编写函数时，函数体中的代码写法和我们前面讲述的基本一致，只是对代码实现了封装，并增加了函数调用、传递参数、返回计算结果等内容

1. 定义

Python中，定义函数的语法如下：

【操作】定义和调用函数

官方建议: 在函数定义前和调用前都应该留两行空行

2. 内存底层分析

Python中，“一切都是对象”。实际上，执行 def 定义函数后，系统就创建了相应的函数对象

我们执行如下程序，然后进行解释

在上述代码使用def 去定义函数时. 在内存中就会创建函数对象, 并且通过变量print_star 来引用它. 如图所示:

在上述代码执行 func_print_star = print_star 后, 会将 print_star 的值(函数的引用) 赋值给 func_print_star .

该过程之后的内存图如下:

可以看出变量 c 和 print_star 都是指向了同一个函数对象。

因此，执行 func_print_star(3) 和执行print_star(3) 的效果是完全一致的

3. 变量的作用域

变量起作用的范围称为变量的作用域，不同作用域内同名变量之间互不影响 变量分为：全局变量、局部变量. 下面来总结下全局变量和局部变量

全局变量：

• 在函数和类定义之外声明的变量. 作用域为定义的模块，从定义位置开始直到模块结束。
• 全局变量降低了函数的通用性和可读性. 应尽量避免全局变量的使用
• 要在函数内改变全局变量的值，使用 global 声明一下

局部变量：

• 在函数体中（包含形式参数）声明的变量
• 局部变量的引用比全局变量快，优先考虑使用
• 如果局部变量和全局变量同名，则在函数内隐藏全局变量，只使用同名的局部变量

【操作】全局变量的作用域测试

注意: 如果要在函数内改变全局变量的值, 增加 global 关键字声明

【操作】 输出局部变量和全局变量

【操作】 局部变量和全局变量效率测试

注意:

• 局部变量的查询和访问速度比全局变量快，在循环的时候优先考虑使用
• 在特别强调效率的地方或者循环次数较多的地方，可以通过将全局变量转为局部变量提高运行速度

二、参数

我们都应该清楚: 一个完整的函数应包含: 函数名, 参数, 函数体(代码, 注释) 如果把一个函数比作人, 那么函数名就是人名, 函数体是人的身体, 而参数则是人类的灵魂.

1. 参数类型

参数类型介绍

位置参数

函数调用时，实参默认按位置顺序传递，需要个数和形参匹配。 按位置传递的参数，称为：“位置参数”

【操作】测试位置参数

默认值参数

参数在传递时就是可选的, 称为“默认值参数”。默认值参数放到位置参数后面 在默认值参数无传入时就是用其初始设置的默认值, 有传入时则使用实际参数

【操作】测试默认值参数

命名参数

按照形参的名称传递参数，称为“命名参数”，也称“关键字参数

【操作】测试命名参数

可变参数

可变参数指的是“可变数量的参数”。分两种情况：

• *param （一个星号），将多个参数收集到一个“元组”对象中
• **param （两个星号），将多个参数收集到一个“字典”对象中

【操作】测试可变参数处理（元组、字典两种方式）

强制命名参数

在带星号的“可变参数”后面增加新的参数，必须在调用的时候“强制命名参数”

【操作】测试强制命名参数

2. 参数传递

函数的参数传递本质上就是：从实参到形参的赋值操作. Python中 “一切皆对象”，所有的赋值操作都是“引用的赋值”. 所以，Python中参数的传递都是“引用传递”，不是“值传递”

具体操作时分为两类：

• 对“可变对象”进行“写操作”，直接作用于原对象本身 可变对象包括: 字典、列表、集合、自定义的对象等
• 对“不可变对象”进行“写操作”，会产生一个新的“对象空间”，并用新的值填充这块空间 不可变对象包括: 数字、字符串、元组、function等

传递可变对象的引用

传递参数是可变对象（例如：列表、字典、自定义的其他可变对象等），实际传递的还是对象的引用 在函数体中不创建新的对象拷贝，而是可以直接修改所传递的对象

【操作】参数传递：传递可变对象的引用

传递不可变对象的引用

传递参数是不可变对象（例如： int 、 float 、字符串、元组、布尔值），实际传递的还是对象的引用 在”赋值操作”时，由于不可变 对象无法修改，系统会新创建一个对象

【操作】参数传递：传递不可变对象的引用

浅拷贝和深拷贝

• 浅拷贝：拷贝对象，但不拷贝子对象的内容，只是拷贝子对象的引用, 对子对象的修改会影响源对象
• 深拷贝：拷贝对象，并且会连子对象的内存也全部（递归）拷贝一份，对子对象的修改不会影响源对象

【操作】测试浅拷贝和深拷贝

传递不可变对象包含的子对象是可变的情况

传递不可变对象时, 不可变对象里面包含的子对象是可变的. 若方法内修改了这个可变对象，源对象也发生了变化

【操作】测试传递不可变对象包含的子对象是可变的情况

三、常见函数

lambda表达式和匿名函数

lambda 表达式可以用来声明匿名函数, 是一种简单的、在同一行中定义函数的方法 lambda 函数实际生成了一个函数对象

lambda 表达式的基本语法如下：

【操作】测试lambda表达式

eval()函数

将字符串 str 当成有效的表达式来求值并返回计算结果。

语法格式：

【操作】测试eval()函数

注意:

eval函数会将字符串当做语句来执行，因此存在被注入安全隐患. 比如：字符串中含有删除文件的语句. 因此使用时候要慎重！！！

递归函数

递归(recursion)是一种常见的算法思路，在很多算法中都会用到. 比如：深度优先搜索（DFS:Depth First Search）等.

递归的基本思想就是“自己调用自己”. 每个递归函数必须包含两个部分：

• 终止条件: 表示递归什么时候结束. 一般用于返回值，不再调用自己
• 递归步骤: 把第n步的值和第n-1步相关联。

递归函数由于会创建大量的函数对象、过量的消耗内存和运算能力. 在处理大量数据时，谨慎使用

【操作】测试递归函数

嵌套函数(内部函数)

嵌套函数就是在函数内部定义的函数

使用场景

• 封装 - 数据隐藏. 外部无法访问“嵌套函数”
• 嵌套函数，可以让我们在函数内部避免重复代码
• 闭包

语法格式举例

在程序中， inner() 就是定义在 outer() 函数内部的函数. inner() 的定义和调用都在 outer() 函数内部

【操作】使用嵌套函数避免重复代码

nonlocal关键字

nonlocal 用来在内层函数中，声明外层函数的局部变量 global 函数内声明全局变量，然后才使用全局变量

之间的关系如图所示

【操作】测试nonlocal、global关键字的用法

LEGB规则

Python在查找变量“名称”时，是按照LEGB规则查找的：

• Local 指的就是函数或者类的方法内部
• Enclosed 指的是嵌套函数（一个函数包裹另一个函数，闭包）
• Global 指的是模块中的全局变量
• Built in 指的是Python为自己保留的特殊名称

LEGB查询过程:

• 如果某个 name 映射在局部 local 命名空间中没有找到，
• 接下来就会在闭包作用域 enclosed 进行搜索，
• 如果闭包作用域也没有找到，Python就会到全局 global 命名空间中进行查找，
• 最后会在内建built-in 命名空间搜索 （如果一个名称在所有命名空间中都没有找到，就会产生一个 NameError ）

【操作】测试LEGB

从内到外依次将几个 s 注释掉，观察控制台打印的内容，体会LEBG的搜索顺序

四、实操作业

1. 定义一个函数实现反响输出一个整数。比如：输入3245，输出5432.
2. 编写一个函数，计算下面的数列：

1. 输入三角形三个顶点的坐标，若有效则计算三角形的面积；如坐 标无效，则给出提示
2. 输入一个毫秒数，将该数字换算成小时数，分钟数、秒数
3. 使用海龟绘图。输入多个点，将这些点都两两相连

问题答案分割线

问题1:

• 核心: 如何将输入的值进行反转
• 解决思路(之一): 利用列表的特性, 将输入的数字转换成 str, 然后转换成列表, 反转后遍历该列表然后放入一个变量中, 最后输出的时候再转成数字即可
• 解题代码

问题2:

• 核心: 考察递归函数的使用
• 解题思路: n = 0 的这种条件应该单独列出, 其实这里默认 n >=0. 当然如果想要代码更健壮应该考虑 n < 0 的情况
• 解题代码

问题3

• 核心: 考察三角形相关法则(三边关系, 面积计算式) 以及 后台如何记录录入的坐标
• 解题思路: 1)录入坐标 (利用 map 将输入的字符串转换成坐标 ) 2)计算三边长 3)校验是否能够构成三角形(三边关系) 4)利用面积公式变形计算三角形面积
• 解题代码:

问题4

• 核心: 利用 round 函数, 并且清楚时间单位之间的转换关系
• 解题思路: 将输入的毫秒数转成int , 然后按照时间单位之间的换算关系进行换算即可.
• 解题代码: