Python-函数

1. 函数基础

1.1 定义函数

在Python中，使用def关键字来定义函数：

def greet():
    """简单的问候函数"""
    print("Hello, World!")

1.2 调用函数

定义函数后，可以通过函数名加括号来调用：

greet()  # 输出: Hello, World!

1.3 函数的文档字符串

函数的第一行字符串称为文档字符串(docstring)，用于描述函数的功能：

def greet():
    """这是一个简单的问候函数"""
    print("Hello, World!")
    
print(greet.__doc__)  # 输出: 这是一个简单的问候函数

2. 函数参数

2.1 位置参数

def greet(name, greeting):
    print(f"{greeting}, {name}!")
    
greet("Alice", "Hello")  # 输出: Hello, Alice!

2.2 默认参数

def greet(name, greeting="Hello"):
    print(f"{greeting}, {name}!")
    
greet("Bob")  # 输出: Hello, Bob!
greet("Charlie", "Hi")  # 输出: Hi, Charlie!

2.3 关键字参数

def describe_pet(pet_name, animal_type="dog"):
    print(f"I have a {animal_type} named {pet_name}.")
    
describe_pet(pet_name="Max")  # 输出: I have a dog named Max.
describe_pet(animal_type="cat", pet_name="Whiskers")  # 输出: I have a cat named Whiskers.

2.4 可变参数

2.4.1 *args - 接收任意数量的位置参数

def make_pizza(*toppings):
    print("Making a pizza with:")
    for topping in toppings:
        print(f"- {topping}")
        
make_pizza('pepperoni')
make_pizza('mushrooms', 'green peppers', 'extra cheese')

2.4.2 **kwargs - 接收任意数量的关键字参数

def build_profile(first, last, **user_info):
    user_info['first_name'] = first
    user_info['last_name'] = last
    return user_info
    
user_profile = build_profile('albert', 'einstein',
                            location='princeton',
                            field='physics')
print(user_profile)

3. 返回值

使用return语句从函数返回值：

def add(a, b):
    """返回两个数的和"""
    return a + b
    
result = add(3, 5)
print(result)  # 输出: 8

4. 变量作用域

4.1 局部变量

def test_local():
    x = 10  # 局部变量
    print(x)
    
test_local()  # 输出: 10
print(x)  # 报错: NameError: name 'x' is not defined

4.2 全局变量

x = 20  # 全局变量

def test_global():
    print(x)  # 可以访问全局变量
    
test_global()  # 输出: 20
print(x)  # 输出: 20

4.3 修改全局变量

x = 20

def modify_global():
    global x  # 声明使用全局变量
    x = 30
    
modify_global()
print(x)  # 输出: 30

5. Lambda函数

Lambda函数是小型匿名函数：

square = lambda x: x ** 2
print(square(5))  # 输出: 25

6. 高阶函数

6.1 map()函数

numbers = [1, 2, 3, 4]
squared = list(map(lambda x: x**2, numbers))
print(squared)  # 输出: [1, 4, 9, 16]

6.2 filter()函数

numbers = [1, 2, 3, 4, 5, 6]
evens = list(filter(lambda x: x % 2 == 0, numbers))
print(evens)  # 输出: [2, 4, 6]

6.3 reduce()函数

from functools import reduce

numbers = [1, 2, 3, 4]
product = reduce(lambda x, y: x * y, numbers)
print(product)  # 输出: 24

7. 装饰器

装饰器用于修改或扩展函数的行为：

def my_decorator(func):
    def wrapper():
        print("Something is happening before the function is called.")
        func()
        print("Something is happening after the function is called.")
    return wrapper

@my_decorator
def say_hello():
    print("Hello!")
    
say_hello()

8. 生成器函数

使用yield关键字创建生成器：

def count_up_to(max):
    count = 1
    while count <= max:
        yield count
        count += 1
        
counter = count_up_to(5)
for num in counter:
    print(num)  # 输出: 1 2 3 4 5

9. 递归函数

函数调用自身：

def factorial(n):
    if n == 1:
        return 1
    else:
        return n * factorial(n-1)
        
print(factorial(5))  # 输出: 120

10. 闭包

函数嵌套并返回内部函数：

def outer_func(x):
    def inner_func(y):
        return x + y
    return inner_func
    
closure = outer_func(10)
print(closure(5))  # 输出: 15

11. 函数注解

为函数参数和返回值添加类型注解：

def greet(name: str, age: int) -> str:
    return f"Hello {name}, you are {age} years old."
    
print(greet("Alice", 30))

12. 内置函数

Python有许多内置函数，如：

• len(), print(), input()
• max(), min(), sum()
• sorted(), reversed()
• abs(), round(), pow()
• type(), isinstance()
• open(), range(), enumerate()
• zip(), iter(), next()

13. 最佳实践

1. 函数应该只做一件事
2. 保持函数简短
3. 使用描述性的函数名
4. 避免过多的参数
5. 使用默认参数简化调用
6. 为函数添加文档字符串
7. 考虑使用类型注解

14. 总结

Python函数是代码重用的基本单元，掌握函数的使用对于编写清晰、模块化和可维护的代码至关重要。从简单的函数定义到高级特性如装饰器和生成器，Python提供了丰富的功能来满足各种编程需求。