函数调用与作用域

引言

        在前面的课程中，我们已经学习了 Python 的基本输入输出、数据类型及其转换、顺序结构、分支结构、循环结构、循环控制语句、字符串类型、列表类型、元组类型、字典类型、集合类型以及函数的定义与使用。本课时将介绍 Python 中的函数调用与作用域，包括如何调用函数、局部变量与全局变量的概念，并通过一个具体的示例来展示如何使用函数解决实际问题。

函数调用

调用函数是执行函数体中的代码的过程。在 Python 中，调用函数的基本语法如下：

function_name(arguments)

• function_name：函数名。
• arguments：传递给函数的参数，可以没有参数，也可以有多个参数，参数之间用逗号 , 分隔。

示例：调用函数

def greet(name):
    print(f"Hello, {name}!")

greet("Alice")  # 调用函数

局部变量与全局变量

在 Python 中，变量的作用域决定了变量在哪些地方可以被访问。主要有两种变量作用域：局部变量和全局变量。

1. 局部变量：

   • 局部变量是在函数内部定义的变量，只能在函数内部访问。

   def my_function():
       local_var = 10  # 局部变量
       print(local_var)
   
   my_function()  # 输出 10
   # print(local_var)  # 报错：NameError: name 'local_var' is not defined

2. 全局变量：

   • 全局变量是在函数外部定义的变量，可以在整个模块中访问。

   global_var = 20  # 全局变量
   
   def my_function():
       print(global_var)
   
   my_function()  # 输出 20
   print(global_var)  # 输出 20

3. 修改全局变量：

   • 如果在函数内部需要修改全局变量，需要使用 global 关键字声明。

   global_var = 20
   
   def modify_global():
       global global_var
       global_var = 30
   
   print(global_var)  # 输出 20
   modify_global()
   print(global_var)  # 输出 30

使用函数解决实际问题

        现在我们通过一个具体的示例来展示如何使用函数解决实际问题。假设我们需要编写一个程序，该程序可以计算一个列表中所有奇数的平方和。

示例代码：

# 定义一个函数，计算一个列表中所有奇数的平方和
def sum_of_squares_of_odds(numbers):
    """ 计算列表中所有奇数的平方和。"""
    total = 0
    for number in numbers:
        if number % 2 != 0:
            total += number ** 2
    return total

# 定义一个函数，生成一个包含 n 个随机整数的列表
def generate_random_numbers(n, lower_bound, upper_bound):
    """ 生成一个包含 n 个随机整数的列表。"""
    import random
    return [random.randint(lower_bound, upper_bound) for _ in range(n)]

# 主程序
def main():
    # 生成一个包含 10 个随机整数的列表
    random_numbers = generate_random_numbers(10, 1, 100)
    print(f"生成的随机数列表：{random_numbers}")
    
    # 计算奇数的平方和
    result = sum_of_squares_of_odds(random_numbers)
    print(f"奇数的平方和：{result}")

# 运行主程序
if __name__ == "__main__":
    main()

示例解析

1. 定义函数 sum_of_squares_of_odds：

   • 该函数接收一个列表 numbers，计算列表中所有奇数的平方和。
   • 使用 for 循环遍历列表中的每个元素，如果是奇数，则计算其平方并累加到 total 中。
   • 最后返回 total。

2. 定义函数 generate_random_numbers：

   • 该函数生成一个包含 n 个随机整数的列表。
   • 使用 random.randint() 函数生成随机整数，并使用列表推导式生成列表。

3. 主程序 main：

   • 生成一个包含 10 个随机整数的列表，并打印该列表。
   • 调用 sum_of_squares_of_odds 函数计算奇数的平方和，并打印结果。

小结

        通过本课时的学习，你已经掌握了 Python 中的函数调用与作用域，并通过一个具体的示例展示了如何使用函数解决实际问题。理解局部变量与全局变量的概念对于编写清晰、高效的代码非常重要。函数作为重要的编程构造，可以帮助我们更好地组织代码，减少重复代码，提高代码的可读性和可维护性。