在python中如何定义函数及使用

在Python中定义函数及使用的基本方法包括：使用def关键字、指定函数名称、编写函数体、传递参数、调用函数等。其中，函数定义时的关键步骤是使用def关键字，紧接着是函数名称和括号内的参数列表。函数体内包含具体的代码逻辑。函数使用时，通过函数名称加上实参进行调用。

一、定义函数

Python中的函数定义是通过def关键字开始的。以下是定义一个简单函数的基本格式：

def function_name(parameters):
    """docstring"""
    statement(s)

def关键字：用于声明函数。
函数名称：遵循命名规则，通常使用小写字母和下划线。
参数列表：括号内列出形参，用逗号分隔。
函数体：缩进的代码块，包含函数的具体操作。
返回值：使用return语句返回结果。

以下是一个简单的函数示例：

def greet(name):
    """This function greets the person passed in as a parameter"""
    return f"Hello, {name}!"

二、调用函数

定义函数后，可以在程序的其他部分调用该函数。调用函数时，需要提供实参替换形参。

# Calling the function
message = greet("Alice")
print(message)  # Output: Hello, Alice!

三、函数参数

Python函数支持多种类型的参数，包括必选参数、默认参数、可变参数等。

1、必选参数

必选参数必须在函数调用时提供：

def add(a, b):
    return a + b
result = add(2, 3)  # Output: 5

2、默认参数

默认参数在函数定义时指定默认值，调用时可以省略：

def greet(name, greeting="Hello"):
    return f"{greeting}, {name}!"
print(greet("Alice"))  # Output: Hello, Alice!
print(greet("Bob", "Hi"))  # Output: Hi, Bob!

3、可变参数

可变参数允许函数接受任意数量的参数，有两种形式：*args和kwargs。

*args：用于传递不定数量的位置参数。

def sum_all(*args):
    total = 0
    for num in args:
        total += num
    return total
print(sum_all(1, 2, 3, 4))  # Output: 10

kwargs：用于传递不定数量的关键字参数。

def print_details(kwargs):
    for key, value in kwargs.items():
        print(f"{key}: {value}")
print_details(name="Alice", age=30, city="New York")
Output:
name: Alice
age: 30
city: New York

四、函数文档字符串

函数文档字符串（docstring）用于描述函数的功能，通常放在函数体的第一行，使用三引号括起。

def greet(name):
    """This function greets the person passed in as a parameter"""
    return f"Hello, {name}!"

五、局部和全局变量

函数内部的变量是局部变量，只在函数内可见。全局变量在函数外定义，可以在函数内访问和修改。

global_var = "I am global"
def my_function():
    local_var = "I am local"
    print(global_var)  # Output: I am global
    print(local_var)  # Output: I am local
my_function()
print(global_var)  # Output: I am global
print(local_var)  # Error: NameError: name 'local_var' is not defined

要在函数内修改全局变量，使用global关键字：

counter = 0
def increment():
    global counter
    counter += 1
increment()
print(counter)  # Output: 1

六、嵌套函数和闭包

函数可以嵌套定义，即在函数内部定义另一个函数。闭包是指嵌套函数可以访问其外部函数的变量。

def outer_function(msg):
    def inner_function():
        print(msg)
    return inner_function
closure = outer_function("Hello, World!")
closure()  # Output: Hello, World!

七、匿名函数（Lambda函数）

匿名函数使用lambda关键字定义，通常用于简单的操作。Lambda函数没有函数名称。

add = lambda x, y: x + y
print(add(2, 3))  # Output: 5
Using lambda with map, filter, and reduce
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
Doubling the numbers
doubled = list(map(lambda x: x * 2, numbers))
print(doubled)  # Output: [2, 4, 6, 8, 10]
Filtering even numbers
evens = list(filter(lambda x: x % 2 == 0, numbers))
print(evens)  # Output: [2, 4]
Summing the numbers
from functools import reduce
sum_all = reduce(lambda x, y: x + y, numbers)
print(sum_all)  # Output: 15

八、函数装饰器

装饰器是用于修改函数行为的高阶函数。使用@decorator_name语法应用装饰器。

def decorator_function(original_function):
    def wrapper_function(*args, kwargs):
        print(f"Wrapper executed before {original_function.__name__}")
        return original_function(*args, kwargs)
    return wrapper_function
@decorator_function
def display():
    print("Display function ran")
display()
Output:
Wrapper executed before display
Display function ran

装饰器也可以用于带参数的函数：

def decorator_function(original_function):
    def wrapper_function(*args, kwargs):
        print(f"Wrapper executed before {original_function.__name__}")
        return original_function(*args, kwargs)
    return wrapper_function
@decorator_function
def display_info(name, age):
    print(f"display_info ran with arguments ({name}, {age})")
display_info("Alice", 30)
Output:
Wrapper executed before display_info
display_info ran with arguments (Alice, 30)

九、递归函数

递归函数是指在函数内部调用自身的函数，用于解决分而治之的问题，如计算阶乘、斐波那契数列等。

def factorial(n):
    """Returns the factorial of n"""
    if n == 1:
        return 1
    else:
        return n * factorial(n - 1)
print(factorial(5))  # Output: 120

递归函数需要基准条件来避免无限递归。

十、高阶函数

高阶函数是指接受函数作为参数或返回函数的函数。常见的高阶函数有map、filter、reduce等。

# Using map to apply a function to all elements in a list
def square(x):
    return x * x
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
squared_numbers = list(map(square, numbers))
print(squared_numbers)  # Output: [1, 4, 9, 16, 25]
Using filter to select elements based on a function
def is_even(x):
    return x % 2 == 0
even_numbers = list(filter(is_even, numbers))
print(even_numbers)  # Output: [2, 4]

十一、内建函数和模块

Python提供了许多内建函数，如len、max、min等，以及丰富的标准库模块，如math、random等。可以直接调用内建函数和导入模块使用其功能。

import math
print(math.sqrt(16))  # Output: 4.0
print(math.pi)  # Output: 3.141592653589793
import random
print(random.randint(1, 10))  # Output: A random integer between 1 and 10

十二、函数注解

函数注解用于为函数的参数和返回值添加元数据。注解不会影响函数的执行，但可以用于文档和类型检查。

def greet(name: str) -> str:
    return f"Hello, {name}!"
print(greet("Alice"))  # Output: Hello, Alice!
print(greet.__annotations__)  # Output: {'name': <class 'str'>, 'return': <class 'str'>}

十三、异常处理

在函数中，可以使用try、except、finally等语句处理异常，确保程序在遇到错误时不会崩溃。

def divide(a, b):
    try:
        result = a / b
    except ZeroDivisionError:
        return "Cannot divide by zero"
    except TypeError:
        return "Invalid input type"
    else:
        return result
    finally:
        print("Execution completed")
print(divide(10, 2))  # Output: 5.0
print(divide(10, 0))  # Output: Cannot divide by zero
print(divide(10, "a"))  # Output: Invalid input type