Python函数

定义函数
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。
我们以自定义一个求绝对值的my_abs函数为例：
def my_abs(x):
if x >= 0:
return x
else:
return -x

空函数
如果想定义一个什么事也不做的空函数，可以用pass语句：
def nop():
pass
pass语句什么都不做，那有什么用？实际上pass可以用来作为占位符，比如现在还没想好怎么写函数的代码，就可以先放一个pass，让代码能运行起来。
pass还可以用在其他语句里，比如：
if age >= 18:
pass
缺少了pass，代码运行就会有语法错误。

参数检查
调用函数时，如果参数个数不对，Python解释器会自动检查出来，并抛出TypeError：

my_abs(1, 2)
Traceback (most recent call last):
File “”, line 1, in
TypeError: my_abs() takes 1 positional argument but 2 were given
但是如果参数类型不对，Python解释器就无法帮我们检查。

返回多个值
函数可以返回多个值吗？答案是肯定的。
比如在游戏中经常需要从一个点移动到另一个点，给出坐标、位移和角度，就可以计算出新的坐标：
import math
def move(x, y, step, angle=0):
nx = x + step * math.cos(angle)
ny = y - step * math.sin(angle)
return nx, ny
import math语句表示导入math包，并允许后续代码引用math包里的sin、cos等函数。

小结
定义函数时，需要确定函数名和参数个数；
如果有必要，可以先对参数的数据类型做检查；
函数体内部可以用return随时返回函数结果；
函数执行完毕也没有return语句时，自动return None。
函数可以同时返回多个值，但其实就是一个tuple。

函数的参数
定义函数的时候，我们把参数的名字和位置确定下来，函数的接口定义就完成了。对于函数的调用者来说，只需要知道如何传递正确的参数，以及函数将返回什么样的值就够了，函数内部的复杂逻辑被封装起来，调用者无需了解。
Python的函数定义非常简单，但灵活度却非常大。除了正常定义的必选参数外，还可以使用默认参数、可变参数和关键字参数，使得函数定义出来的接口，不但能处理复杂的参数，还可以简化调用者的代码。
位置参数
我们先写一个计算x2的函数：
def power(x):
return x * x
对于power(x)函数，参数x就是一个位置参数。
当我们调用power函数时，必须传入有且仅有的一个参数x：

power(5)
25

power(15)
225
默认参数
新的power(x, n)函数定义没有问题，但是，旧的调用代码失败了，原因是我们增加了一个参数，导致旧的代码因为缺少一个参数而无法正常调用：

power(5)
Traceback (most recent call last):
File “”, line 1, in
TypeError: power() missing 1 required positional argument: ‘n’
Python的错误信息很明确：调用函数power()缺少了一个位置参数n。
这个时候，默认参数就排上用场了。由于我们经常计算x2，所以，完全可以把第二个参数n的默认值设定为2：
def power(x, n=2):
s = 1
while n > 0:
n = n - 1
s = s * x
return s
这样，当我们调用power(5)时，相当于调用power(5, 2)：

power(5)
25

power(5, 2)
25
而对于n > 2的其他情况，就必须明确地传入n，比如power(5, 3)。
从上面的例子可以看出，默认参数可以简化函数的调用。设置默认参数时，有几点要注意：
一是必选参数在前，默认参数在后，否则Python的解释器会报错（思考一下为什么默认参数不能放在必选参数前面）；
二是如何设置默认参数。
当函数有多个参数时，把变化大的参数放前面，变化小的参数放后面。变化小的参数就可以作为默认参数。
使用默认参数有什么好处？最大的好处是能降低调用函数的难度。

可变参数
在Python函数中，还可以定义可变参数。顾名思义，可变参数就是传入的参数个数是可变的，可以是1个、2个到任意个，还可以是0个。

我们以数学题为例子，给定一组数字a，b，c……，请计算a2 + b2 + c2 + ……。

要定义出这个函数，我们必须确定输入的参数。由于参数个数不确定，我们首先想到可以把a，b，c……作为一个list或tuple传进来，这样，函数可以定义如下：

def calc(numbers):
sum = 0
for n in numbers:
sum = sum + n * n
return sum
但是调用的时候，需要先组装出一个list或tuple：

calc([1, 2, 3])
14

calc((1, 3, 5, 7))
84
如果利用可变参数，调用函数的方式可以简化成这样：

calc(1, 2, 3)
14

calc(1, 3, 5, 7)
84
所以，我们把函数的参数改为可变参数：

def calc(numbers):
sum = 0
for n in numbers:
sum = sum + n * n
return sum
定义可变参数和定义一个list或tuple参数相比，仅仅在参数前面加了一个号。在函数内部，参数numbers接收到的是一个tuple，因此，函数代码完全不变。但是，调用该函数时，可以传入任意个参数，包括0个参数：

calc(1, 2)
5

calc()
0
如果已经有一个list或者tuple，要调用一个可变参数怎么办？可以这样做：

nums = [1, 2, 3]
calc(nums[0], nums[1], nums[2])
14
这种写法当然是可行的，问题是太繁琐，所以Python允许你在list或tuple前面加一个*号，把list或tuple的元素变成可变参数传进去：

nums = [1, 2, 3]
calc(*nums)
14
*nums表示把nums这个list的所有元素作为可变参数传进去。这种写法相当有用，而且很常见。

关键字参数
可变参数允许你传入0个或任意个参数，这些可变参数在函数调用时自动组装为一个tuple。而关键字参数允许你传入0个或任意个含参数名的参数，这些关键字参数在函数内部自动组装为一个dict。请看示例：
def person(name, age, **kw):
print(‘name:’, name, ‘age:’, age, ‘other:’, kw)
函数person除了必选参数name和age外，还接受关键字参数kw。在调用该函数时，可以只传入必选参数：

person(‘Michael’, 30)
name: Michael age: 30 other: {}
也可以传入任意个数的关键字参数：

person(‘Bob’, 35, city=‘Beijing’)
name: Bob age: 35 other: {‘city’: ‘Beijing’}

person(‘Adam’, 45, gender=‘M’, job=‘Engineer’)
name: Adam age: 45 other: {‘gender’: ‘M’, ‘job’: ‘Engineer’}
关键字参数有什么用？它可以扩展函数的功能。比如，在person函数里，我们保证能接收到name和age这两个参数，但是，如果调用者愿意提供更多的参数，我们也能收到。试想你正在做一个用户注册的功能，除了用户名和年龄是必填项外，其他都是可选项，利用关键字参数来定义这个函数就能满足注册的需求。
和可变参数类似，也可以先组装出一个dict，然后，把该dict转换为关键字参数传进去：

extra = {‘city’: ‘Beijing’, ‘job’: ‘Engineer’}
person(‘Jack’, 24, city=extra[‘city’], job=extra[‘job’])
name: Jack age: 24 other: {‘city’: ‘Beijing’, ‘job’: ‘Engineer’}
当然，上面复杂的调用可以用简化的写法：

extra = {‘city’: ‘Beijing’, ‘job’: ‘Engineer’}
person(‘Jack’, 24, **extra)
name: Jack age: 24 other: {‘city’: ‘Beijing’, ‘job’: ‘Engineer’}
extra表示把extra这个dict的所有key-value用关键字参数传入到函数的kw参数，kw将获得一个dict，注意kw获得的dict是extra的一份拷贝，对kw的改动不会影响到函数外的extra。

命名关键字参数
对于关键字参数，函数的调用者可以传入任意不受限制的关键字参数。至于到底传入了哪些，就需要在函数内部通过kw检查。
仍以person()函数为例，我们希望检查是否有city和job参数：
def person(name, age, **kw):
if ‘city’ in kw:
# 有city参数
pass
if ‘job’ in kw:
# 有job参数
pass
print(‘name:’, name, ‘age:’, age, ‘other:’, kw)
但是调用者仍可以传入不受限制的关键字参数：

person(‘Jack’, 24, city=‘Beijing’, addr=‘Chaoyang’, zipcode=123456)
如果要限制关键字参数的名字，就可以用命名关键字参数，例如，只接收city和job作为关键字参数。这种方式定义的函数如下：
def person(name, age, , city, job):
print(name, age, city, job)
和关键字参数**kw不同，命名关键字参数需要一个特殊分隔符，*后面的参数被视为命名关键字参数。
调用方式如下：

person(‘Jack’, 24, city=‘Beijing’, job=‘Engineer’)
Jack 24 Beijing Engineer
如果函数定义中已经有了一个可变参数，后面跟着的命名关键字参数就不再需要一个特殊分隔符*了：
def person(name, age, *args, city, job):
print(name, age, args, city, job)
命名关键字参数必须传入参数名，这和位置参数不同。如果没有传入参数名，调用将报错：

person(‘Jack’, 24, ‘Beijing’, ‘Engineer’)
Traceback (most recent call last):
File “”, line 1, in
TypeError: person() takes 2 positional arguments but 4 were given
由于调用时缺少参数名city和job，Python解释器把这4个参数均视为位置参数，但person()函数仅接受2个位置参数。
命名关键字参数可以有缺省值，从而简化调用：
def person(name, age, *, city=‘Beijing’, job):
print(name, age, city, job)
由于命名关键字参数city具有默认值，调用时，可不传入city参数：

person(‘Jack’, 24, job=‘Engineer’)
Jack 24 Beijing Engineer
使用命名关键字参数时，要特别注意，如果没有可变参数，就必须加一个作为特殊分隔符。如果缺少，Python解释器将无法识别位置参数和命名关键字参数：
def person(name, age, city, job):

# 缺少 *，city和job被视为位置参数
pass

参数组合
在Python中定义函数，可以用必选参数、默认参数、可变参数、关键字参数和命名关键字参数，这5种参数都可以组合使用。但是请注意，参数定义的顺序必须是：必选参数、默认参数、可变参数、命名关键字参数和关键字参数。
比如定义一个函数，包含上述若干种参数：
def f1(a, b, c=0, *args, **kw):
print(‘a =’, a, ‘b =’, b, ‘c =’, c, ‘args =’, args, ‘kw =’, kw)
def f2(a, b, c=0, *, d, **kw):
print(‘a =’, a, ‘b =’, b, ‘c =’, c, ‘d =’, d, ‘kw =’, kw)
在函数调用的时候，Python解释器自动按照参数位置和参数名把对应的参数传进去。

f1(1, 2)
a = 1 b = 2 c = 0 args = () kw = {}

f1(1, 2, c=3)
a = 1 b = 2 c = 3 args = () kw = {}

f1(1, 2, 3, ‘a’, ‘b’)
a = 1 b = 2 c = 3 args = (‘a’, ‘b’) kw = {}

f1(1, 2, 3, ‘a’, ‘b’, x=99)
a = 1 b = 2 c = 3 args = (‘a’, ‘b’) kw = {‘x’: 99}

f2(1, 2, d=99, ext=None)
a = 1 b = 2 c = 0 d = 99 kw = {‘ext’: None}
最神奇的是通过一个tuple和dict，你也可以调用上述函数：

args = (1, 2, 3, 4)
kw = {‘d’: 99, ‘x’: ‘#’}
f1(*args, **kw)
a = 1 b = 2 c = 3 args = (4,) kw = {‘d’: 99, ‘x’: ‘#’}

args = (1, 2, 3)
kw = {‘d’: 88, ‘x’: ‘#’}
f2(*args, **kw)
a = 1 b = 2 c = 3 d = 88 kw = {‘x’: ‘#’}
所以，对于任意函数，都可以通过类似func(*args, **kw)的形式调用它，无论它的参数是如何定义的。

递归函数
在函数内部，可以调用其他函数。如果一个函数在内部调用自身本身，这个函数就是递归函数。
举个例子，我们来计算阶乘n! = 1 x 2 x 3 x … x n，用函数fact(n)表示，可以看出：
fact(n) = n! = 1 x 2 x 3 x … x (n-1) x n = (n-1)! x n = fact(n-1) x n
所以，fact(n)可以表示为n x fact(n-1)，只有n=1时需要特殊处理。
于是，fact(n)用递归的方式写出来就是：
def fact(n):
if n==1:
return 1
return n * fact(n - 1)
上面就是一个递归函数。
递归函数的优点是定义简单，逻辑清晰。理论上，所有的递归函数都可以写成循环的方式，但循环的逻辑不如递归清晰。
使用递归函数需要注意防止栈溢出。在计算机中，函数调用是通过栈（stack）这种数据结构实现的，每当进入一个函数调用，栈就会加一层栈帧，每当函数返回，栈就会减一层栈帧。由于栈的大小不是无限的，所以，递归调用的次数过多，会导致栈溢出。可以试试fact(1000)：
解决递归调用栈溢出的方法是通过尾递归优化，事实上尾递归和循环的效果是一样的，所以，把循环看成是一种特殊的尾递归函数也是可以的。

尾递归是指，在函数返回的时候，调用自身本身，并且，return语句不能包含表达式。这样，编译器或者解释器就可以把尾递归做优化，使递归本身无论调用多少次，都只占用一个栈帧，不会出现栈溢出的情况。
上面的fact(n)函数由于return n * fact(n - 1)引入了乘法表达式，所以就不是尾递归了。要改成尾递归方式，需要多一点代码，主要是要把每一步的乘积传入到递归函数中：
def fact(n):
return fact_iter(n, 1)
def fact_iter(num, product):
if num == 1:
return product
return fact_iter(num - 1, num * product)
可以看到，return fact_iter(num - 1, num * product)仅返回递归函数本身，num - 1和num * product在函数调用前就会被计算，不影响函数调用。
fact(5)对应的fact_iter(5, 1)的调用如下：
===> fact_iter(5, 1)
===> fact_iter(4, 5)
===> fact_iter(3, 20)
===> fact_iter(2, 60)
===> fact_iter(1, 120)
===> 120
尾递归调用时，如果做了优化，栈不会增长，因此，无论多少次调用也不会导致栈溢出。
遗憾的是，大多数编程语言没有针对尾递归做优化，Python解释器也没有做优化，所以，即使把上面的fact(n)函数改成尾递归方式，也会导致栈溢出。
小结
使用递归函数的优点是逻辑简单清晰，缺点是过深的调用会导致栈溢出。
针对尾递归优化的语言可以通过尾递归防止栈溢出。尾递归事实上和循环是等价的，没有循环语句的编程语言只能通过尾递归实现循环。
Python标准的解释器没有针对尾递归做优化，任何递归函数都存在栈溢出的问题。