1.4 函數(shù)

函數(shù)是指用于實(shí)現(xiàn)一個(gè)特定功能并能重復(fù)使用的代碼段。前面學(xué)到的input和print這些函數(shù)是Python語(yǔ)言的內(nèi)建函數(shù)，可以直接使用。也可以自己定義函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)我們想要的功能，這樣的函數(shù)叫作用戶自定義函數(shù)。本節(jié)就來(lái)了解用戶自定義函數(shù)。

1.4.1 定義子函數(shù)

要想使用函數(shù)，必須先定義它。

定義函數(shù)的格式為：

def函數(shù)名（變量名）：

其中，變量名指?jìng)鬟M(jìn)子函數(shù)的數(shù)據(jù)在子函數(shù)內(nèi)部對(duì)應(yīng)的變量名，可以沒(méi)有，也可以有一個(gè)或者多個(gè)。函數(shù)名是在調(diào)用函數(shù)時(shí)要使用的名字，兩個(gè)函數(shù)不能有相同的變量名。也就是說(shuō)，在Python中已經(jīng)存在print函數(shù)，所以在創(chuàng)建自定義函數(shù)時(shí)不能以print作為變量名，但是可以使用Print作為變量名（一個(gè)字符大寫(xiě)了）。

最后，如果這是一個(gè)有返回值的函數(shù)，要在函數(shù)的最后寫(xiě)上“return返回值”。

長(zhǎng)篇大論不如一個(gè)例子，這就來(lái)創(chuàng)建一個(gè)函數(shù)看看。

01　 def Plus（a,b）:

02　　　 print（a+b）

03

04　 def Hello（）:

05　　　 num1=int（input（＂Hello! Please enter the first number:＂））

06　　　 num2=int（input（＂Please enter the second number:＂））

07　　　 return num1,num2

08

09　 n1,n2=Hello（）

10　 Plus（n1,n2）

這是一個(gè)用于計(jì)算兩個(gè)數(shù)的和的程序。第一個(gè)函數(shù)Plus用于計(jì)算兩個(gè)數(shù)的和，第二個(gè)函數(shù)Hello用于向用戶問(wèn)好并輸入兩個(gè)數(shù)字。

Plus函數(shù)被調(diào)用時(shí)（第10行），需要提供兩個(gè)值。a對(duì)應(yīng)n1的值，b對(duì)應(yīng)n2的值，在函數(shù)內(nèi)部使用這兩個(gè)值時(shí)只能調(diào)用a和b，不能調(diào)用n1和n2。如果調(diào)用語(yǔ)句是Plus（3,5），那么a==3、b==5,a和b繼承它們對(duì)應(yīng)位置上的值。這個(gè)函數(shù)沒(méi)有返回值，只需要print，所以在函數(shù)結(jié)尾不需要寫(xiě)return。

從 Hello 函數(shù)的定義語(yǔ)句中可以看到，括號(hào)內(nèi)并沒(méi)有變量名，這代表調(diào)用函數(shù)時(shí)不需要提供任何值。在函數(shù)內(nèi)，num1和num2存儲(chǔ)了兩個(gè)輸入的值，用return返回。Python和其他語(yǔ)言不同，可以同時(shí)返回多個(gè)值，而且可以是不同類型的值。返回多個(gè)值時(shí)，在等號(hào)的左邊用多個(gè)變量接住，變量之間用逗號(hào)隔開(kāi)；同樣，變量繼承它們對(duì)應(yīng)位置上的值。在程序中，n1繼承了num1的值，n2繼承了num2的值。

注意：由于程序是從上到下運(yùn)行（行數(shù)編號(hào)從小到大）的，所以函數(shù)必須在調(diào)用語(yǔ)句的上面定義。也就是說(shuō)，程序第9行的代碼如果被換到第3行，程序就會(huì)報(bào)錯(cuò)，因?yàn)檫@時(shí)Hello函數(shù)還沒(méi)有被定義。另外，和if、while和for語(yǔ)句相似，函數(shù)的定義語(yǔ)句下的代碼段也要有縮進(jìn)。

在這段程序中，做加法的簡(jiǎn)單任務(wù)不創(chuàng)建函數(shù)其實(shí)更簡(jiǎn)單。在復(fù)雜的程序中，使用自定義函數(shù)可以使解決問(wèn)題的過(guò)程簡(jiǎn)便直觀得多。

主函數(shù)的定義是程序的入口函數(shù)。其他的函數(shù)（不是主函數(shù)的函數(shù)叫作子函數(shù)）和方法都在主函數(shù)中調(diào)用。

1.4.2 主函數(shù)

在C語(yǔ)言中，主函數(shù)和子函數(shù)之外的語(yǔ)句只能是定義語(yǔ)句。而在Python中，函數(shù)之外也可以有定義語(yǔ)句之外的語(yǔ)句，比如輸出等。Python程序運(yùn)行時(shí)只會(huì)運(yùn)行不在函數(shù)內(nèi)的代碼和主函數(shù)內(nèi)的代碼段，不會(huì)運(yùn)行子函數(shù)內(nèi)的代碼段。子函數(shù)內(nèi)的代碼段只有在被調(diào)用時(shí)才會(huì)運(yùn)行。

因?yàn)橛羞@個(gè)特性，如果程序的調(diào)用和被調(diào)用范圍僅限于本文件內(nèi)，可以不編寫(xiě)主函數(shù)，直接在所有子函數(shù)下面編寫(xiě)代碼就可以。但是，為了養(yǎng)成好的習(xí)慣和直觀性，建議在編寫(xiě)程序時(shí)加上主函數(shù)。本書(shū)為了簡(jiǎn)單易懂，有些代碼段不使用主函數(shù)。

下面我們來(lái)了解一下在Python中如何定義主函數(shù)。

01　 if __name__==＇__main__＇:

02　　　 print（＂Inside＂）

運(yùn)行程序，輸出結(jié)果為：

Inside

if__name__==＇__main__＇是定義主函數(shù)的語(yǔ)句。定義函數(shù)的時(shí)候要注意代碼塊前面的縮進(jìn)（本質(zhì)上是if語(yǔ)句的格式）。

再來(lái)看一個(gè)例子：

01　 def sq（num）:

02　　　 print（num*num）

03　 print（＂Outside＂）

04　 if __name__==＇__main__＇:

05　　　 print（＂Inside＂）

運(yùn)行程序，輸出結(jié)果為：

Outside

Inside

在函數(shù)外和主函數(shù)內(nèi)的輸出語(yǔ)句都被執(zhí)行了，而子函數(shù)sq因?yàn)闆](méi)有被調(diào)用，其中的輸出語(yǔ)句并沒(méi)有被執(zhí)行。

1.4.3 調(diào)用函數(shù)

在1.4.1節(jié)介紹子函數(shù)時(shí)，就在程序中調(diào)用了我們定義的子函數(shù)。但是，不同的子函數(shù)有不同的調(diào)用方法。本節(jié)就來(lái)講解調(diào)用各種函數(shù)的規(guī)律。

在定義子函數(shù)時(shí)，還要在函數(shù)的括號(hào)中定義好需要傳進(jìn)子函數(shù)的變量。調(diào)用函數(shù)的格式和為函數(shù)定義的需要傳進(jìn)函數(shù)的變量有關(guān)。調(diào)用函數(shù)時(shí)傳進(jìn)的數(shù)據(jù)是什么類型的變量，函數(shù)內(nèi)部對(duì)應(yīng)位置上的變量就會(huì)是同樣類型的。

比如，我們定義了一個(gè)函數(shù) calc，需要三個(gè)變量，最后返回的值是第一個(gè)變量和第二個(gè)變量的乘積減去第三個(gè)數(shù)的值，如圖1.29所示。

函數(shù)定義和調(diào)用時(shí)的格式是這樣的：

01　 def calc（a,b,c）:

02　　　 ans=a*b-c

03　　　 return ans

04　 ans=calc（2,3,4）

05　 print（ans）

運(yùn)行程序，輸出結(jié)果：

2

如果在調(diào)用函數(shù)時(shí)寫(xiě)的是calc（＇2＇,3,4），那么函數(shù)就會(huì)在執(zhí)行的時(shí)候出錯(cuò)，因?yàn)椋?＇對(duì)應(yīng)的是a,3對(duì)應(yīng)的是b,4對(duì)應(yīng)的是c,string類型的變量無(wú)法和int類型的變量進(jìn)行計(jì)算。

值得注意的是，在調(diào)用函數(shù)時(shí)，我們還使用了一個(gè)變量來(lái)存儲(chǔ)函數(shù)的返回值。需不需要這個(gè)變量取決于函數(shù)的內(nèi)容。如果函數(shù)有返回值，也就是有 return 語(yǔ)句的話，就需要用一個(gè)變量存儲(chǔ)這個(gè)返回值；反之，如果沒(méi)有返回值，那么就可以直接調(diào)用，不需要變量來(lái)存儲(chǔ)返回值。

如果想要輸出這個(gè)返回的值，或者再使用它進(jìn)行其他一次性操作，也可以不專門用一個(gè)變量存儲(chǔ)，而直接把這個(gè)函數(shù)寫(xiě)入進(jìn)行操作的語(yǔ)句中。再拿calc函數(shù)舉例說(shuō)明：

01　 def calc（a,b,c）:

02　　　 ans=a*b-c

03　　　 return ans

04　 print（calc（2,3,4））

運(yùn)行程序，輸出結(jié)果為：

2

這樣，就達(dá)到了簡(jiǎn)化程序的目的。

再來(lái)舉一個(gè)沒(méi)有返回值的函數(shù)的例子：

01　 def Output（strArr）:

02　　　 for i in range（10）:

03　　　　　print（strArr[i]）

04　 Arr=[＇Apple＇,＇Bear＇,＇Cat＇,＇Dog＇,＇Egg＇,＇Fruit＇,＇Giraffe＇,＇Hat＇,＇Ice＇,＇Jacket＇]

05　 Output（Arr）

運(yùn)行程序，輸出結(jié)果為：

Apple

Bear

Cat

Dog

Egg

Fruit

Giraffe

Hat

Ice

Jacket

1.4.4 全局變量

在之前見(jiàn)到的程序中，子函數(shù)內(nèi)部的變量和子函數(shù)外部的變量完全不相關(guān)，所以不必?fù)?dān)心重名的問(wèn)題；子函數(shù)外的語(yǔ)句無(wú)法調(diào)用子函數(shù)內(nèi)部的變量，子函數(shù)內(nèi)部的語(yǔ)句也無(wú)法調(diào)用子函數(shù)外部的變量。這使程序的結(jié)構(gòu)更加清晰，但也帶來(lái)了一些不便：難道想使用外部的數(shù)據(jù)就必須要傳入子函數(shù)中嗎？

全局變量，顧名思義，就是可以讓整個(gè)程序使用的變量。它一般在整個(gè)程序的最開(kāi)始定義，在所有的函數(shù)和語(yǔ)句的上方。如圖1.30所示，局部變量只在函數(shù)的小范圍內(nèi)存在，跳出這個(gè)范圍，局部變量不存在。而全局變量在整個(gè)程序的范圍內(nèi)存在。

再次用calc函數(shù)舉例說(shuō)明：

01　 g=10

02　 def calc（a,b,c）:

03　　　 ans=a*b-c

04　　　 return ans

05　 print（calc（2,3,4））

在這段程序中，g 就是一個(gè)全局變量。在主函數(shù)和自己定義的子函數(shù)之外的所有語(yǔ)句中，都可以像調(diào)用一個(gè)平常變量一般調(diào)用它。但是，在子函數(shù)內(nèi)部時(shí)，就要給它多加一條語(yǔ)句：

01 global g

global 的意思是“全球的”，在程序中也可以被理解為“全局的”。在子函數(shù)內(nèi)，在變量名前面加上global這條語(yǔ)句用于聲明這是一個(gè)全局變量。有了這條語(yǔ)句，這個(gè)子函數(shù)內(nèi)的所有代碼都可以像各個(gè)子函數(shù)外的代碼一樣調(diào)用這個(gè)變量并對(duì)它進(jìn)行更改，而且更改的結(jié)果也會(huì)在全局范圍內(nèi)保存。與調(diào)用函數(shù)時(shí)傳進(jìn)函數(shù)的變量不同，在函數(shù)內(nèi)更改這些非全局變量并不會(huì)影響它們本來(lái)的值。

1.4.5 函數(shù)的運(yùn)用

我們來(lái)看一個(gè)問(wèn)題：1個(gè)蘋(píng)果2元，1個(gè)菠蘿8元，1個(gè)西瓜10元。1個(gè)盒子1元，它最多能裝下5個(gè)蘋(píng)果或1個(gè)菠蘿或1個(gè)西瓜。編寫(xiě)一個(gè)程序，讓用戶輸入每種水果的購(gòu)買數(shù)量，然后輸出每種水果加上盒子需要多少錢，以及一共要多少錢。

先自己思考一下該怎么做，再來(lái)看下面的代碼。

首先是沒(méi)有使用函數(shù)的解決方法：

然后是使用了函數(shù)的解決方法：

現(xiàn)在，你熟悉子函數(shù)的定義和使用方法了嗎？

根據(jù)圖1.31所示的關(guān)系來(lái)寫(xiě)一個(gè)滿足問(wèn)題要求的程序。

首先，允許用戶輸入數(shù)學(xué)、英語(yǔ)、歷史這三科的考試分?jǐn)?shù)，每一科的分?jǐn)?shù)范圍在0～100之間，超出這個(gè)范圍的分?jǐn)?shù)是錯(cuò)誤分?jǐn)?shù)，需要重新輸入。第二，對(duì)每一科的分?jǐn)?shù)做出評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如圖1.31所示。

第三，按表1.2中規(guī)定的比例折算各科分?jǐn)?shù)并得到總分，總分范圍是0～300。

第四，按照表1.3中的標(biāo)準(zhǔn)，給總分一個(gè)等級(jí)。最后，輸出對(duì)每一門課考試成績(jī)的評(píng)價(jià)、折算完的總分?jǐn)?shù)和總分對(duì)應(yīng)的等級(jí)。分別用5個(gè)子函數(shù)實(shí)現(xiàn)這5個(gè)要求。

這是一個(gè)比較復(fù)雜的題目，提供的數(shù)據(jù)和條件比較多。先自己思考該怎么做，用紙和筆記錄下自己的思路和計(jì)劃，再動(dòng)手去寫(xiě)代碼。寫(xiě)完代碼后，再對(duì)照書(shū)上的答案驗(yàn)證。記住，不同的代碼也可以實(shí)現(xiàn)相似的功能，書(shū)上的答案僅供參考。

那么，首先來(lái)寫(xiě)出這個(gè)程序的框架：

先定義好所有要使用的子函數(shù)和主函數(shù)。語(yǔ)句next是用來(lái)“跳過(guò)”一個(gè)子函數(shù)的。當(dāng)子函數(shù)內(nèi)部沒(méi)有任何語(yǔ)句時(shí)，Python就會(huì)把下一個(gè)子函數(shù)或者主函數(shù)當(dāng)作子函數(shù)內(nèi)部的語(yǔ)句，從而因?yàn)榭s進(jìn)不對(duì)而報(bào)錯(cuò)，加上next語(yǔ)句就可以有效地防止這種情況的發(fā)生。同時(shí)，根據(jù)子函數(shù)的功能來(lái)判斷它們需要什么值來(lái)完成任務(wù)，從而確定括號(hào)內(nèi)的變量。

現(xiàn)在，就把這些子函數(shù)填滿。

到這里，整個(gè)程序就完成了。

看完這兩個(gè)問(wèn)題之后可以發(fā)現(xiàn)，如果沒(méi)有注釋的話，沒(méi)有使用函數(shù)的解決方法雖然也不難完成，但是在寫(xiě)完一大段連著的代碼之后很容易混淆代碼的用處。而使用了函數(shù)就可以有效避免這種情況的發(fā)生。所以，使用函數(shù)還可以讓程序變得更有條理。

到這里，第1章就結(jié)束了。在接下來(lái)要學(xué)習(xí)的諸多算法中，將會(huì)大量使用本章講解的語(yǔ)法。在進(jìn)入下一章之前，一定要先熟悉這些語(yǔ)法，可以多做題目來(lái)練習(xí)。如果你覺(jué)得還沒(méi)有弄懂，那就請(qǐng)重新讀一讀本章再繼續(xù)接下來(lái)的學(xué)習(xí)吧！