第 6 课 Python函数和模块

1. 函数介绍

        在Python 语言中，函数可分为内置函数和自定义函数。

• 内置函数也称作内建函数，是Python 自带的函数，无需导入任何函数库即可直接调用。常用的内置函数有print()、input()、range()等。
• 自定义函数就是将一段有规律的、可重复使用的代码定义成函数，以提升代码的复用率和可维护性。

1.1 函数定义

        在Python 语言中，函数通常是由函数名、参数列表以及一系列语句组成的函数体构成的。函数定义的一般格式如下：

def 函数名(参数列表):
    函数体

1.  函数代码块以关键字“def”开头，后接函数标识符名称和形参列表；
2.  为方便后期维护，函数标识符名称最好能够体现出函数的功能；
3.  参数列表用于设置该函数可接收的参数，多个参数之间用逗号“,”分隔；
4.  任何传入的参数和自变量必须放在括号“()”内；
5.  函数内容以冒号“:”起始，且严格统一缩进；
6.  函数的第一行语句可选择性地使用文档字符串，即函数说明；
7.  函数都有返回值，默认返回“None”。

      注：创建函数时，即使函数不包含任何参数，函数名后面的小括号“()”仍需保留。

1.2 形参和实参

        在编程语言中，函数定义时采用形参，调用时采用实参。两者的功能是数据传送。

1. 形参（parameter）：形参，即形式参数，不是实际存在的变量，因此又称虚拟变量。形参是在定义函数名和
   函数体时使用的参数，用于接收调用该函数时传入的参数，其作用域一般仅限函数体内部。
2. 实参（argument）： 实参，即实际参数，是在调用时传递给函数的参数，可以是常量、变量、表达式、函数等，其作用域根据实际设置而定。

        无论何种类型的实参，在进行函数调用时，它们都必须具有确定的值，以便把这些值传送给形参。
        以下图代码为例，函数area()定义处的“width”和“height”是形式参数，而函数体外定义的变量“w”和“h”则是实际参数。

#计算矩形面积的函数
def area(width , height):
    return(width*height)

w=4
h=8
print("Width=",w,"Height=",h,"Area=",area(w,h))

     运行后，打印结果如下：

   Width= 4 Height= 8 Area= 32

        将实参“w”和“h”传入函数体后，相应的值就被赋予形参“width”和“height”。形参“width”和“height”的作用域只限于area()函数体内，而实参“w”和“h”的作用域则根据外部调用处的设置而定。

1.3 函数返回值

        在函数执行完成后，系统根据函数的具体定义，将某些值反馈至外部调用者，该值则称为函数的返回值。

        在Python 语言中，当函数运行到return 语句，即表示函数执行完毕，会返回指定值。若函数内部没有return 语句，则函数默认返回“None”。以下图代码为例，调用add()函数后，该函数返回“x+y”的运算结果，并将值赋予变量“result”。

def add(x,y):
    print("x+y",x+y)
    return x+y

result=add(x=1,y=2)
print(result)

       执行后，打印结果如下：

x+y 3
3

        需要注意的是，在Python 语言中，函数可拥有多个返回值，以下图代码为例：

def calculate(x,y):
    print("x+y",x+y)
    print("x*y",x*y)
    return x+y,x*y

a,b=calculate(x=1,y=2)
print(a,b)

        执行后，打印结果如下：

x+y 3
x*y 2
3 2

        calculate()函数内有两个返回值，分别是“x+y”和“x*y”，调用该函数后，两个返回值分别赋予变量“a”和变量“b”。

2 函数传递

        函数参数分为可变类型和不可变类型，两者的调用结果是不同的。

2.1 可变类型

        可变类型的调用类似C++的引用传递。如果传递的参数是可变类型（见第3课），如列表、字典等，函数内部对传入参数的修改会影响到外部变量。
        以下图代码为例，change_int()函数内部对传入的列表“list_01”进行修改后，外部的变量也会被更改。change_int()函数内的“append”作用为向列表内添加元素，这里我们将列表“[1，2，3]”作为元素添加到列表list_01。

def change_int(list_01):
    list_01.append([1,2,3])
    print("函数内修改后的变量:",list_01)

list_01=[10,20,30]
change_int(list_01)
print("函数外变量的值:",list_01)

        执行后，打印结果如下：

函数内修改后的变量: [10, 20, 30, [1, 2, 3]]
函数外变量的值: [10, 20, 30, [1, 2, 3]]

2.2 不可变类型

        不可变类型的调用类似C++的值传递。如果传递的参数是不可变类型（见第3课），如整型、字符串、元组等，函数内部对传入参数的修改不会影响到外部变量。
        以下图代码为例，变量“b”指向int 对象“2”，在传递至unchange_int()函数时，按传值方式复制变量“b”，即变量“a”和变量“b”都指向了同一个int 对象“2”。
        然而，当执行“a = 10”，变量“a”指向新生成的int 对象“10”。因此，外部变量未发生改变，程序打印的数值应为“2”。

def unchange_int(a):
    a=10

b=2
unchange_int(b)
print(b)

3 参数类型

3.1 位置参数

        调用函数时，每个实参都按照位置顺序关联至对应的形参，这种关联方式即为位置参数。

        以下图代码为例，调用describe_student()函数时，需要依次提供姓名和年龄这两个参数，则实参“Jack”和“18”分别存储至形参“person_name”和“student_age”中。

def describ_student( person_name ,student_age):
    print("My Name is ",person_name)
    print(person_name +" is " + student_age+" years_old")

describ_student('jack', '18')

        执行后，打印结果如下：

My Name is  jack
jack is 18 years_old

3.2 默认参数

        自定义函数时，可以为每个形参指定默认值。调用函数时，若给形参提供了实参，则采用指定实参；否则，采用形参的默认值。
        以下图代码为例，将形参“student_age”的默认值设定为“18”。当调用describe_student()函数时有为形参“student_age”提供实参，则采用指定实参，此处为“20”；否则，采用默认值“18”。

def describ_student( person_name ,student_age='18'):
    print("My Name is ",person_name)
    print(person_name +" is " + student_age+" years_old")

describ_student('jack', '20')
describ_student('jack')

        执行后，打印结果如下：

My Name is  jack
jack is 20 years_old
My Name is  jack
jack is 18 years_old

3.3 不定长参数

        在Python 语言中，函数还可以定义不定长参数，也叫可变参数。在标识符前面添加“*”即可将对应参数定义为不定长参数。
        以下图代码为例，将参数“number”定义为不定长参数后，在调用calculate()函数时，即使传入参数不是列表或元组，函数也可直接使用。

def calculate( *numbers):
    sum=0
    for n in numbers:
        sum = sum+n
    return sum

print(calculate(1,2,3,4))
print(calculate())

    执行后，打印结果如下：

10
0

3.4 关键字参数

        关键字参数就是采用“形参名称-值”对的方式进行参数传递。通过此方式指定函数实参时，不再需要与形参的位置完全一致，只需确保参数名称正确。
        以下图代码为例，在传递参数时，即使调整了参数顺序，函数仍然能够正常输出。

_student( person_name ,student_age):
    print("My Name is ",person_name)
    print(person_name +" is " + student_age+" years_old")

describ_student(person_name='jack',student_age= '20')

    执行后，打印结果如下：

My Name is  jack
jack is 20 years_old

3.5 关键字参数

        当需要限制参数只能按关键字进行传递时，可以采用命名关键字参数。在自定义函数时，用“*”分隔形参，“*”后面的形参即为命名关键字参数。

        以下图代码为例，“*”后面的形参“live_city”是命名关键字参数。因此，在传递参数时，它必须采用关键字参数的形式，否则程序会出现报错。

def describ_student( person_name ,student_age ,*, live_city):
    print("Name : ", person_name)
    print("Age  : ", student_age)
    print("City:",live_city)

describ_student('jack', '20',live_city="HangZhou")

    执行后，打印结果如下：

Name :  jack
Age  :  20
City: HangZhou

4 模块介绍

        一般情况下，模块（module）就是一个后缀名为“.py”的文件。此外，还有其他可作为module 的文件类型，如“.pyo”、“.pyc”、“.pyd”、“.so”、“.dll”，但Python 初学者暂不需要接触相关内容。
        将能够实现某一特定功能的代码封装为一个独立的模块，这样既可以方便其它程序或脚本导入及使用，又可以有效避免函数名和变量名发生冲突。模块的来源有三种：

1.  Python 内置模块（标准库）；
2.  第三方模块；
3.  自定义模块。

        当需要调用某个模块的函数，需要先通过import 语句导入该模块后，再对函数进行调用。常用的导入方法有两种（中括号“[]”里的内容可省略）：

1. import 模块名称[ as 别名]：使用这种语法格式的import 语句，会导入指定模块中的所有成员（包括变量、函数、类等）。当需要使用模块中的成员时，需用该模块名（或别名）作为前缀。
2.  from 模块名称import 成员名称[ as 别名]：使用这种语法格式的import 语句，只会导入模块中指定的成员，而不是全部成员。同时，当程序中使用该成员时，无需附加任何前缀，直接使用成员名（或别名）即可。

        注意：采用“from 模块名称import *”的形式也可以导入指定模块的所有成员，但不推荐此操作。