了解Python中的函数并学习如何定义函数

Python 是一种高级编程语言，支持多种编程范式，是广泛用于各种领域的强大工具。其中的函数是一种重要的特性，可以帮助编程者实现代码的模块化和重用，提高代码的可读性和可维护性。在本篇文章中，我们将会讲解 Python 中的函数，并学习如何定义函数。

函数的定义

函数是一组代码，它们可以接受多个输入参数，并根据这些参数执行一些预定的操作，最后返回一个结果。Python 中的函数可以通过 def 关键字进行定义，语法如下：

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

其中，function_name 为函数的名称，parameters 表示函数的参数，可以是多个，之间用逗号隔开。函数体以冒号开始，结束于下一行，其中的语句可以使用 return 语句来返回结果。同时，我们建议在函数开头添加一段字符串，叫做文档字符串（docstring），它可以用来描述函数的功能和使用方法。

函数的调用

定义好函数后，我们可以使用它来执行我们所需要的操作。Python 中的函数调用很简单，我们只需要输入函数名和所需参数，中间使用括号隔开即可。例如：

def greet(name):
    """Return a greeting to someone"""
    print(f"Hello, {name}!")

greet("Alice")  # 输出 "Hello, Alice!"

在这个例子中，我们传递一个名为 "Alice" 的字符串作为参数，函数值输出了一个包含该字符串的文本信息。

函数的参数

Python 中的函数可以接受多种类型的参数，在定义时可以通过指定参数的默认值、数量等等来灵活地调整函数的参数。常用的有以下几种：

1. 位置参数

这是我们在上面的例子中使用的参数传递方式，它的特点在于参数的顺序必须和函数定义时的顺序一致。例如，我们定义一个计算两个数和差的函数：

def arithmetic(num1, num2):
    """Return the sum and difference of two numbers"""
    sum_ = num1 + num2
    diff = num1 - num2
    return sum_, diff

如果我们想计算 3 和 5 的和差，我们需要按照函数定义时的参数顺序传递参数，即 arithmetic(3, 5)。函数返回值为 (8, -2)。

2. 关键字参数

关键字参数是指我们在调用函数时使用参数名来传递值的方式。它的优势在于可以灵活地组合不同的参数，避免了参数顺序错误的问题。例如，我们给上面的函数增加一个布尔型参数，用来表示是否打印结果：

def arithmetic(num1, num2, print_=True):
    """Return the sum and difference of two numbers"""
    sum_ = num1 + num2
    diff = num1 - num2
    if print_:
        print(f"Sum: {sum_}, Diff: {diff}")
    return sum_, diff

如果我们只想查看 2 和 4 的和差，但不打印结果，我们可以这样调用函数：

arithmetic(num1=2, num2=4, print_=False)

3. 默认参数

默认参数是一种方便的参数传递方式，它可以在定义函数时给某些参数指定默认值，这样在函数调用时可以省略这些参数。例如，我们修改上面的计算函数，将 print_ 参数设为默认为 True：

def arithmetic(num1, num2, print_=True):
    """Return the sum and difference of two numbers"""
    sum_ = num1 + num2
    diff = num1 - num2
    if print_:
        print(f"Sum: {sum_}, Diff: {diff}")
    return sum_, diff

这样，我们在调用函数时可以不指定 print_ 参数的值，函数会自动采用默认值：

arithmetic(2, 4)  # 输出 "Sum: 6, Diff: -2"

4. 可变参数

可变参数是一种特殊的函数参数，它可以接受任意数量的位置参数或关键字参数，并且将其变成一个元组（位置参数）或字典（关键字参数）。我们可以在参数前面加上一个 * 号（位置参数）或 ** 号（关键字参数）来实现可变参数的定义。例如：

def family_greet(*names, greeting="Hello"):
    """Greet a whole family with a custom message"""
    print(greeting + ", " + ", ".join(names) + "!")

这个函数接受任意数量的位置参数，并将其组装成一个字符串。函数还接受一个名为 greeting 的关键字参数，默认为 "Hello"。我们可以这样调用该函数：

family_greet("Alice", "Bob", "Charlie", greeting="Hey")  # 输出 "Hey, Alice, Bob, Charlie!"

函数的返回值

Python 中的函数可以封装计算、操作等等的逻辑，并返回这些处理后的结果。一个函数的返回值由 return 语句指定，其中可以使用一个表达式来表示函数的结果。例如，我们定义一个返回平方的函数：

def square(num):
    """Return the square of a number"""
    return num ** 2

这个函数接受一个数值型参数 num，计算出它的平方并返回。我们可以这样调用该函数：

result = square(3)
print(result)  # 输出 "9"

同时，Python 也提供了一个返回 None 的默认返回值，它表示函数没有返回值。在函数没有特别需要返回的情况下，我们可以省略 return 语句，这个时候函数会自动返回 None。例如：

def do_nothing():
    """A function that does nothing"""
    pass

我们可以这样调用该函数，查看它的返回值：

result = do_nothing()
print(result)  # 输出 "None"

函数的局部变量和全局变量

在Python中，函数内部和函数外部都可以定义变量。函数内部定义的变量叫做局部变量，它独立于函数之外的环境，并且只在函数内部可见。函数外部定义的变量叫做全局变量，它可以在函数内部被访问，但需要显式地使用 global 关键字声明一下。

例如：

x = 10  # 全局变量

def foo():
    y = 5  # 局部变量
    z = x + y  # 访问全局变量需要使用 global 关键字
    return z

result = foo()
print(result)  # 输出 "15"

函数式编程

Python 是一种支持函数式编程的语言，它提供了许多有用的内置函数来支持函数式编程。例如，我们可以使用 map 函数来对一个序列中的所有元素进行映射计算，将序列中的每个元素作为参数传递给一个函数，并返回一个新的序列，其中每个元素是原序列中对应元素经过函数映射得到的结果。例如，我们可以这样定义一个将字符串转化为大写的函数：

def upper_case(s):
    """Convert a string to upper case"""
    return s.upper()

然后可以使用 map 函数将它映射到一个字符串列表上：

names = ["Alice", "Bob", "Charlie"]
names = list(map(upper_case, names))
print(names)  # 输出 ['ALICE', 'BOB', 'CHARLIE']

Python 中还支持 Lambda 表达式，它是一种匿名函数，可以用来