Python函数

在Python编程中，函数是构建程序的关键模块，它允许将复杂的任务分解为可管理、可重复使用的代码片段，极大地提高了代码的可读性、可维护性和可扩展性。以下为函数的详细内容：

函数的定义与基本结构

定义方式

使用def关键字来定义函数，其基本语法结构为：

def function_name(parameters):
    """函数文档字符串，用于描述函数的功能、参数和返回值等信息"""
    function_body
    return return_value

例如，定义一个简单的计算两个数之和的函数：

def add(a, b):
    """此函数接受两个数字参数，返回它们的和"""
    result = a + b
    return result

这里，add是函数名，它清晰地表达了函数的功能；a和b是函数的参数，用于接收调用函数时传入的值；函数体部分计算了两个参数的和，并将结果存储在result变量中；最后通过return语句返回计算结果。

函数文档字符串
函数文档字符串（docstring）是紧跟在函数定义语句后的字符串字面量，用于对函数进行详细的描述。它可以通过函数的__doc__属性访问。例如：

def multiply(a, b):
    """
    该函数用于计算两个数的乘积。
    :param a: 参与乘法运算的第一个数，可以是整数或浮点数。
    :param b: 参与乘法运算的第二个数，数据类型应与a兼容。
    :return: 两个数相乘的结果，数据类型与输入参数一致。
    """
    return a * b
print(multiply.__doc__)

良好的文档字符串对于代码的理解和维护至关重要，它不仅有助于其他开发者快速了解函数的用途，也方便自己在后续回顾代码时能迅速把握函数的功能细节。

函数的参数传递

位置参数

位置参数是函数定义中最常见的参数类型，调用函数时，传入的参数值按照顺序依次对应函数定义中的参数。

例如：

def divide(dividend, divisor):
    return dividend / divisor
result = divide(10, 2)

在这个例子中，调用divide函数时，10被传递给dividend参数，2被传递给divisor参数，函数按照定义的逻辑进行除法运算并返回结果。

默认参数

可以为函数的参数指定默认值。当调用函数时，如果没有为具有默认值的参数提供值，函数将使用该默认值。
例如：

def greet(name='Guest'):
    print(f"Hello, {name}!")
greet()
greet('Alice')

这里name参数有一个默认值’Guest’。当调用greet()时，由于没有传入name的值，函数会使用默认值’Guest’进行输出；当调用greet(‘Alice’)时，'Alice’会覆盖默认值，从而输出"Hello, Alice!"。

**可变参数（*args 和 **kwargs）

*args（可变位置参数）：用于接收任意数量的位置参数，这些参数会被收集到一个元组中。

例如：

def sum_all(*args):
    total = 0
    for num in args:
        total += num
    return total
result = sum_all(1, 2, 3, 4, 5)

在sum_all函数中，*args可以接收多个参数，函数通过遍历args元组将所有参数相加，实现了对任意数量数字的求和功能。
**kwargs（可变关键字参数）：用于接收任意数量的关键字参数，这些参数会被收集到一个字典中。

例如：

def print_info(**kwargs):
    for key, value in kwargs.items():
        print(f"{key}: {value}")
print_info(name='Bob', age = 30, city='New York')

在print_info函数中，kwargs接收了name、age和city等关键字参数，并将它们以键值对的形式存储在字典中，通过遍历字典打印出每个参数及其对应的值。 参数传递的混合使用 在函数定义中，可以同时使用位置参数、默认参数、args和kwargs，但它们的顺序必须是位置参数在前，然后是默认参数，接着是args，最后是kwargs。

例如：

def complex_function(a, b=2, *args, **kwargs):
    print(f"a: {a}, b: {b}")
    print(f"args: {args}")
    print(f"kwargs: {kwargs}")
complex_function(1, 3, 4, 5, c = 6, d = 7)

在这个例子中，a是位置参数，b是默认参数，4和5被收集到*args元组中，c = 6和d = 7被收集到**kwargs字典中。

函数的返回值

返回单一值

函数通过return语句返回一个值，这个值可以是任何数据类型。例如，定义一个计算圆面积的函数：

import math
def calculate_area(radius):
    return math.pi * radius ** 2
area = calculate_area(5)

该函数根据传入的半径值计算圆的面积，并通过return语句返回计算结果，调用函数后将返回值赋给area变量。

返回多个值

虽然 Python 函数只能有一个返回值，但可以通过返回一个元组、列表或字典等容器类型来间接返回多个值。

例如：

def min_max(numbers):
    min_num = min(numbers)
    max_num = max(numbers)
    return min_num, max_num
result = min_max([3, 1, 7, 4, 9])

这里min_max函数返回一个包含最小值和最大值的元组，调用函数后，返回的元组被赋值给result变量，通过解包可以分别获取最小值和最大值：min_val, max_val = result。

无返回值的情况

如果函数没有return语句，或者return语句后面没有表达式，函数会默认返回None。

例如：

def print_message():
    print("This is a message.")
result = print_message()
print(result)

在这个例子中，print_message函数只是打印一条消息，没有明确的返回值，所以调用该函数后，result变量的值为None。

匿名函数（lambda 函数）

lambda 函数的定义与语法

lambda 函数是一种匿名的、单行的函数定义方式，适用于定义一些简单的、临时性的函数。其语法为：lambda arguments: expression。例如：

square = lambda x: x * x
result = square(5)

这里定义了一个 lambda 函数，它接受一个参数x，并返回x的平方值。square变量实际上是对这个 lambda 函数的引用，可以像调用普通函数一样调用它。

lambda 函数的应用场景

作为函数参数：常用于需要传递一个简单函数作为参数的情况，如map、filter、sorted等内置函数。例如，使用map函数对列表中的每个元素进行平方操作：

numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
squared_numbers = list(map(lambda x: x * x, numbers))

这里map函数将 lambda 函数应用到numbers列表的每个元素上，返回一个迭代器，通过list函数将其转换为列表。
排序中的键函数：在对列表进行排序时，可以使用 lambda 函数定义排序的依据。例如，对一个包含字典的列表按照某个键进行排序：

students = [
    {'name': 'Alice', 'age': 20},
    {'name': 'Bob', 'age': 18},
    {'name': 'Charlie', 'age': 22}
]
sorted_students = sorted(students, key = lambda student: student['age'])

这里 lambda 函数指定了按照’age’键对字典进行排序，从而得到一个按年龄升序排列的学生列表。

Python函数的这些特性使其成为强大的编程工具，能够灵活地处理各种编程任务，无论是简单的数学计算，还是复杂的业务逻辑实现，都能通过合理定义和使用函数来提高代码的质量和效率。