函数

函数（Functions）是指可重复使用的程序片段。它们允许你为某个代码块赋予名字，允许你通过这一特殊的名字在你的程序任何地方来运行代码块，并可重复任何次数。这就是所谓的调用（Calling）函数。我们已经使用过了许多内置的函数，例如 len 和 range。

函数概念可能是在任何复杂的软件（无论使用的是何种编程语言）中最重要的构建块，所以我们接下来将在本章中探讨有关函数的各个方面。

函数可以通过关键字 def 来定义。这一关键字后跟一个函数的标识符名称，再跟一对圆括号，其中可以包括一些变量的名称，再以冒号结尾，结束这一行。随后而来的语句块是函数的一部分。下面的案例将会展示出这其实非常简单：

案例（保存为 function1.py）：

  1. {% include "./programs/function1.py" %}

输出：

  1. {% include "./programs/function1.txt" %}

它是如何工作的

我们以上文解释过的方式定义名为 say_hello 的函数。这个函数不使用参数，因此在括号中没有声明变量。函数的参数只是输入到函数之中，以便我可以传递不同的值给它，并获得相应的结果。

要注意到我们可以两次调用相同的函数，这意味着我们不必重新把代码再写一次。

函数参数[^1]

函数可以获取参数，这个参数的值由你所提供，借此，函数便可以利用这些值来做一些事情。这些参数与变量类似，这些变量的值在我们调用函数时已被定义，且在函数运行时均已赋值完成。

函数中的参数通过将其放置在用以定义函数的一对圆括号中指定，并通过逗号予以分隔。当我们调用函数时，我们以同样的形式提供需要的值。要注意在此使用的术语——在定义函数时给定的名称称作“形参”（Parameters），在调用函数时你所提供给函数的值称作“实参”（Arguments）。

案例（保存为 function_param.py）：

  1. {% include "./programs/function_param.py" %}

输出：

  1. {% include "./programs/function_param.txt" %}

它是如何工作的

在这里，我们将函数命名为 print_max 并使用两个参数分别称作 a 和 b。我们使用一个简单的 if...else 语句来找出更大的那个数，并将它打印出来。

第一次调用函数 print_max 时，我们以实参的形式直接向函数提供这一数字。在第二次调用时，我们将变量作为实参来调用函数。print_max(x, y) 将使得实参 x 的值将被赋值给形参 a，而实参 y 的值将被赋值给形参 b。在两次调用中，print_max 都以相同的方式工作。

局部变量[^2]

当你在一个函数的定义中声明变量时，它们不会以任何方式与身处函数之外但具有相同名称的变量产生关系，也就是说，这些变量名只存在于函数这一局部（Local）。这被称为变量的作用域（Scope）。所有变量的作用域是它们被定义的块，从定义它们的名字的定义点开始。

案例（保存为 function_local.py）：

  1. {% include "./programs/function_local.py" %}

输出：

  1. {% include "./programs/function_local.txt" %}

它是如何工作的

当我们第一次打印出存在于函数块的第一行的名为 x 的值时，Python 使用的是在函数声明之上的主代码块中声明的这一参数的值。

接着，我们将值 2 赋值给 x。x 是我们这一函数的局部变量。因此，当我们改变函数中 x 的值的时候，主代码块中的 x 则不会受到影响。

随着最后一句 print 语句，我们展示出主代码块中定义的 x 的值，由此确认它实际上不受先前调用的函数中的局部变量的影响。

global 语句 {#global-statement}

如果你想给一个在程序顶层的变量赋值（也就是说它不存在于任何作用域中，无论是函数还是类），那么你必须告诉 Python 这一变量并非局部的，而是全局（Global）的。我们需要通过 global 语句来完成这件事。因为在不使用 global 语句的情况下，不可能为一个定义于函数之外的变量赋值。

你可以使用定义于函数之外的变量的值（假设函数中没有具有相同名字的变量）。然而，这种方式不会受到鼓励而且应该避免，因为它对于程序的读者来说是含糊不清的，无法弄清楚变量的定义究竟在哪。而通过使用 global 语句便可清楚看出这一变量是在最外边的代码块中定义的。

案例（保存为 function_global.py）：

  1. {% include "./programs/function_global.py" %}

输出：

  1. {% include "./programs/function_global.txt" %}

它是如何工作的

global 语句用以声明 x 是一个全局变量——因此，当我们在函数中为 x 进行赋值时，这一改动将影响到我们在主代码块中使用的 x 的值。

你可以在同一句 global 语句中指定不止一个的全局变量，例如 global x, y, z。

默认参数值 {#default-arguments}

对于一些函数来说，你可能为希望使一些参数可选并使用默认的值，以避免用户不想为他们提供值的情况。默认参数值可以有效帮助解决这一情况。你可以通过在函数定义时附加一个赋值运算符（=）来为参数指定默认参数值。

要注意到，默认参数值应该是常数。更确切地说，默认参数值应该是不可变的——这将在后面的章节中予以更详细的解释。就目前来说，只要记住就行了。

案例（保存为 function_default.py）：

  1. {% include "./programs/function_default.py" %}

输出：

  1. {% include "./programs/function_default.txt" %}

它是如何工作的

名为 say 的函数用以按照给定的次数打印一串字符串。如果我们没有提供一个数值，则将按照默认设置，只打印一次字符串。我们通过为参数 times 指定默认参数值 1 来实现这一点。

在第一次使用 say 时，我们只提供字符串因而函数只会将这个字符串打印一次。在第二次使用 say 时，我们既提供了字符串，同时也提供了一个参数 5，声明我们希望说（Say）这个字符串五次。

注意

只有那些位于参数列表末尾的参数才能被赋予默认参数值，意即在函数的参数列表中拥有默认参数值的参数不能位于没有默认参数值的参数之前。

这是因为值是按参数所处的位置依次分配的。举例来说，def func(a, b=5) 是有效的，但 def func(a=5, b) 是无效的。

关键字参数[^3]

如果你有一些具有许多参数的函数，而你又希望只对其中的一些进行指定，那么你可以通过命名它们来给这些参数赋值——这就是关键字参数（Keyword Arguments）——我们使用命名（关键字）而非位置（一直以来我们所使用的方式）来指定函数中的参数。

这样做有两大优点——其一，我们不再需要考虑参数的顺序，函数的使用将更加容易。其二，我们可以只对那些我们希望赋予的参数以赋值，只要其它的参数都具有默认参数值。

案例（保存为 function_keyword.py）：

  1. {% include "./programs/function_keyword.py" %}

输出：

  1. {% include "./programs/function_keyword.txt" %}

它是如何工作的

名为 func 的函数有一个没有默认参数值的参数，后跟两个各自带有默认参数值的参数。

在第一次调用函数时，func(3, 7)，参数 a 获得了值 3，参数 b 获得了值 7，而 c 获得了默认参数值 10。

在第二次调用函数时，func(25, c=24)，由于其所处的位置，变量 a 首先获得了值 25。然后，由于命名——即关键字参数——指定，变量 c 获得了值 24。变量 b 获得默认参数值 5。

在第三次调用函数时，func(c=50, a=100)，我们全部使用关键字参数来指定值。在这里要注意到，尽管 a 在 c 之前定义，但我们还是在变量 a 之前指定了变量 c。

可变参数[^4]

有时你可能想定义的函数里面能够有任意数量的变量，也就是参数数量是可变的，这可以通过使用星号来实现（将下方案例保存为 function_varargs.py）：

  1. {% include "./programs/function_varargs.py" %}

输出：

  1. {% include "./programs/function_varargs.txt" %}

它是如何工作的

当我们声明一个诸如 *param 的星号参数时，从此处开始直到结束的所有位置参数（Positional Arguments）都将被收集并汇集成一个称为“param”的元组（Tuple）。

类似地，当我们声明一个诸如 **param 的双星号参数时，从此处开始直至结束的所有关键字参数都将被收集并汇集成一个名为 param 的字典（Dictionary）。

我们将在后面的章节探索有关元组与字典的更多内容。

return 语句 {#return-statement}

return 语句用于从函数中返回，也就是中断函数。我们也可以选择在中断函数时从函数中返回一个值。

案例（保存为 function_return.py）：

  1. {% include "./programs/function_return.py" %}

输出：

  1. {% include "./programs/function_return.txt" %}

它是如何工作的

maximum 函数将会返回参数中的最大值，在本例中是提供给函数的数值。它使用一套简单的 if...else 语句来找到较大的那个值并将其返回。

要注意到如果 return 语句没有搭配任何一个值则代表着 返回 None。None 在 Python 中一个特殊的类型，代表着虚无。举个例子， 它用于指示一个变量没有值，如果有值则它的值便是 None（虚无）。

每一个函数都在其末尾隐含了一句 return None，除非你写了你自己的 return 语句。你可以运行 print(some_function())，其中 some_function 函数不使用 return 语句，就像这样：

  1. def some_function():
  2.     pass

Python 中的 pass 语句用于指示一个没有内容的语句块。

提示：有一个名为 max 的内置函数已经实现了“找到最大数”这一功能，所以尽可能地使用这一内置函数。

DocStrings

Python 有一个甚是优美的功能称作文档字符串（Documentation Strings），在称呼它时通常会使用另一个短一些的名字docstrings。DocStrings 是一款你应当使用的重要工具，它能够帮助你更好地记录程序并让其更加易于理解。令人惊叹的是，当程序实际运行时，我们甚至可以通过一个函数来获取文档！

案例（保存为 function_docstring.py）：

  1. {% include "./programs/function_docstring.py" %}

输出：

  1. {% include "./programs/function_docstring.txt" %}

它是如何工作的

函数的第一行逻辑行中的字符串是该函数的 文档字符串（DocString）。这里要注意文档字符串也适用于后面相关章节将提到的模块（Modules）与类（Class） 。

该文档字符串所约定的是一串多行字符串，其中第一行以某一大写字母开始，以句号结束。第二行为空行，后跟的第三行开始是任何详细的解释说明。^5在此强烈建议你在你所有重要功能的所有文档字符串中都遵循这一约定。

我们可以通过使用函数的 __doc__（注意其中的双下划綫）属性（属于函数的名称）来获取函数 print_max 的文档字符串属性。只消记住 Python 将所有东西都视为一个对象，这其中自然包括函数。我们将在后面的类（Class）章节讨论有关对象的更多细节。

如果你曾使用过 Python 的 help() 函数，那么你应该已经了解了文档字符串的用途了。它所做的便是获取函数的 __doc__ 属性并以一种整洁的方式将其呈现给你。你可以在上方的函数中尝试一下——只需在程序中包含 help(print_max) 就行了。要记住你可以通过按下 q 键来退出 help。

自动化工具可以以这种方式检索你的程序中的文档。因此，我强烈推荐你为你编写的所有重要的函数配以文档字符串。你的 Python 发行版中附带的 pydoc 命令与 help() 使用文档字符串的方式类似。

总结

我们已经了解了许多方面的函数，但我们依旧还未覆盖到所有类型的函数。不过，我们已经覆盖到了大部分你每天日常使用都会使用到的 Python 函数。

接下来，我们将了解如何创建并使用 Python 模块。

[^1]: 原文作 Function Parameters，沈洁元译本译作“函数形参”。Parameter 和 Argument 同时具有“参数”和“形参”或“实参”两种译法。一般来说，只有在存在形参实参二义关系时，才会特别翻译成“形参”或“实参”。故此节标题 Parameter 作“参数”解。

[^2]: 原文作 Local Varibles。

[^3]: 原文作 Keyword Arguments，沈洁元译本译作“关键参数”。

[^4]: 原文作 VarArgs Parameters，VarArgs 来自于英文“可变的”“自变量（一译变元，台译引数，也可以理解成参数）”两个英文单词的结合，即 Variable Arguments。