Python3 函数

Python3 函数（Functions）

🎯 学习目标

掌握 Python 中函数定义与调用、参数传递方式、返回值机制、作用域规则等基础知识。理解函数在程序模块化、代码复用、逻辑封装等方面的核心作用。能够在实际项目中灵活使用函数构建结构清晰、易于维护的程序。

🔑 核心重点

分类 内容
基本语法 使用 def 定义函数，支持位置参数、关键字参数、默认参数、可变参数
参数传递 支持多种参数形式：位置参数、关键字参数、*args、**kwargs
返回值机制 通过 return 返回结果，可返回多个值
作用域 全局变量、局部变量、nonlocal、global 的使用和影响范围
实际应用场景 数据处理、业务逻辑封装、模块化开发、高阶函数调用等

📚 详细讲解

一、什么是函数？

函数是组织好的、可重复使用的、用来实现单一或相关联功能的代码块。

✅ 基本语法：

def function_name(parameters):
    """函数文档字符串"""
    # 函数体
    return value

二、定义与调用函数

✅ 示例1：最简单的函数

def greet():
    print("Hello, Python!")

greet()  # 调用函数

✅ 示例2：带参数的函数

def greet(name):
    print(f"Hello, {name}!")

greet("Alice")

三、参数类型详解

1. 位置参数（Positional Arguments）

def add(a, b):
    return a + b

print(add(3, 5))  # 输出 8

2. 关键字参数（Keyword Arguments）

def describe_pet(animal_type, pet_name):
    print(f"I have a {animal_type} named {pet_name}.")

describe_pet(pet_name="Whiskers", animal_type="cat")

3. 默认参数（Default Arguments）

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

describe_pet("Buddy")  # 默认为 dog

📌 注意：默认参数只在定义时计算一次，不要使用可变对象作为默认参数（如列表）。

4. 可变参数（*args 和 **kwargs）

  • *args：接收任意数量的位置参数，打包成元组
  • **kwargs：接收任意数量的关键字参数，打包成字典
def my_function(*args, **kwargs):
    print("位置参数:", args)
    print("关键字参数:", kwargs)

my_function(1, 2, 3, name="Alice", age=25)

📌 输出：

位置参数: (1, 2, 3)
关键字参数: {'name': 'Alice', 'age': 25}

四、返回值（Return Value）

函数可以通过 return 返回一个或多个值。

✅ 示例1：单个返回值

def square(x):
    return x * x

result = square(4)
print(result)  # 输出 16

✅ 示例2：多个返回值（本质是返回一个元组）

def get_user_info():
    return "Alice", 25, "Beijing"

name, age, city = get_user_info()
print(f"{name}, {age}, {city}")

五、函数的作用域（Scope）

Python 中有四种作用域层级：

  1. L（Local）局部作用域
  2. E（Enclosing）嵌套函数外层作用域
  3. G（Global）全局作用域
  4. B（Built-in）内置作用域

✅ 示例：

x = "global"

def outer():
    x = "enclosing"
    
    def inner():
        x = "local"
        print(x)  # local
    
    inner()
    print(x)  # enclosing

outer()
print(x)  # global

✅ 使用 global 修改全局变量

count = 0

def increment():
    global count
    count += 1

increment()
print(count)  # 输出 1

✅ 使用 nonlocal 修改嵌套函数外变量

def outer():
    x = "original"
    
    def inner():
        nonlocal x
        x = "modified"
    
    inner()
    print(x)  # modified

outer()

六、函数作为对象（First-Class Citizens）

在 Python 中，函数是一等公民，可以像变量一样使用。

✅ 示例1：将函数赋值给变量

def greet():
    print("Hello")

say_hello = greet
say_hello()  # Hello

✅ 示例2：将函数作为参数传递

def apply(func, value):
    return func(value)

def square(x):
    return x * x

print(apply(square, 5))  # 输出 25

⚠️ 注意事项

  • 避免使用可变对象（如列表）作为默认参数
  • 不要在函数内部修改全局变量，除非明确使用 global
  • 尽量避免“副作用”函数（即不返回值而只是改变状态）
  • 文档字符串（docstring）要规范，便于他人理解和 IDE 提示
  • 使用类型提示（Type Hints）提高可读性（如 def func(x: int) -> str:）

🧪 实际案例分析

📌 场景：用户信息验证系统

我们希望编写一个函数来验证用户输入的用户名和密码是否合法。

def validate_user(username, password):
    """
    验证用户名和密码是否符合要求。
    
    :param username: 用户名，必须非空且长度 >= 3
    :param password: 密码，必须非空且长度 >= 6
    :return: bool 表示是否通过验证
    """
    if not username or len(username) < 3:
        print("用户名无效，请重新输入！")
        return False
    if not password or len(password) < 6:
        print("密码太短，请重新输入！")
        return False
    return True

# 模拟登录过程
username = input("请输入用户名：")
password = input("请输入密码：")

if validate_user(username, password):
    print("验证成功，欢迎登录！")
else:
    print("验证失败，请检查输入。")

📌 应用：

  • 登录系统
  • 输入校验
  • 权限控制
  • 接口封装

🧩 拓展练习（动手实践）

  1. 编写一个函数 factorial(n)，计算并返回 n 的阶乘。
  2. 实现一个函数 filter_even(nums)，接收整数列表，返回偶数列表。
  3. 编写函数 read_file_lines(filename)，逐行读取文件内容并返回生成器。
  4. 设计一个函数 format_time(seconds)，将秒数格式化为 “HH:MM:SS” 形式。
  5. 创建一个函数 calculate(operation, a, b)，根据 operation 执行加减乘除，并处理除零异常。

📚 推荐阅读

🧭 下一步建议

  • 下一章学习内容：《Python3 高阶函数与装饰器》
  • 掌握 map()、filter()、reduce() 等高阶函数
  • 学习函数闭包、装饰器原理与自定义装饰器
  • 探索函数式编程思想与柯里化技巧
  • 结合函数与推导式知识，尝试编写结构清晰、功能完整的工具函数库

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posted @ 2025-05-28 23:00  红尘过客2022  阅读(42)  评论(0)    收藏  举报