Python入门学习教程:第 10 章 函数
10.1 什么是函数？
在编程中，函数是一段具有特定功能的可重用代码块。它就像一个 “工具”，接收输入（可选），执行特定操作，然后返回输出（可选）。
想象一下，如果你需要多次计算两个数的和，每次都编写a + b的代码会很繁琐。这时可以定义一个 “求和函数”，每次需要计算时直接调用这个函数即可。函数的主要作用是：
- 实现代码复用（避免重复编写相同代码）；
- 使程序结构更清晰（将复杂逻辑拆分为多个函数）；
- 便于维护和修改（只需修改函数内部代码，所有调用处都会生效）。
10.2 函数的定义与调用
10.2.1 定义函数
在 Python 中，定义函数使用def关键字，基本语法如下：
def 函数名(参数列表):"""函数文档字符串（可选，用于描述函数功能）"""
函数体（实现函数功能的代码块）
return 返回值（可选）
- 函数名：遵循变量命名规则，应简洁明了地反映函数功能。
- 参数列表：函数接收的输入，多个参数用逗号分隔（可以为空）。
- 函数体：缩进的代码块，实现函数的具体功能。
- return：用于返回函数的输出结果，执行到return后函数会立即结束（如果没有return，函数默认返回None）。
示例：定义一个计算两个数之和的函数
def add(a, b):"""计算两个数的和并返回结果"""
result = a + b
return result
10.2.2 调用函数
定义函数后，需要通过 “函数名 (参数)” 的方式调用它，才能执行函数体中的代码。
示例：调用上面定义的add函数
# 调用add函数，传入参数3和5sum_result = add(3, 5)
print(sum_result) # 输出：8
# 直接打印函数返回值
print(add(10, 20)) # 输出：30
示例：定义一个无参数、无返回值的函数
def say_hello():"""打印问候语"""
print("Hello, Python!")
# 调用函数
say_hello() # 输出：Hello, Python!
10.3 函数的参数
函数的参数用于接收外部传入的数据，使函数更灵活。Python 中的参数类型主要有以下几种：
10.3.1 位置参数
位置参数是最基本的参数类型，调用函数时，实参（传入的具体值）的顺序必须与形参（函数定义时的参数）的顺序一致。
示例：
def introduce(name, age):"""介绍姓名和年龄"""
print(f"我叫{name}，今年{age}岁。")
# 按位置传入参数（name对应"张三"，age对应18）
introduce("张三", 18) # 输出：我叫张三，今年18岁。
# 顺序错误会导致结果错误
introduce(18, "张三") # 输出：我叫18，今年张三岁。（不符合预期）
10.3.2 关键字参数
关键字参数允许在调用函数时，通过 “参数名 = 值” 的方式指定参数，无需严格按照位置顺序传入，使代码更清晰。
示例：
def introduce(name, age):"""介绍姓名和年龄"""
print(f"我叫{name}，今年{age}岁。")
# 使用关键字参数调用
introduce(name="李四", age=19) # 输出：我叫李四，今年19岁。
# 交换关键字参数的顺序，结果仍正确
introduce(age=20, name="王五") # 输出：我叫王五，今年20岁。
位置参数和关键字参数可以混合使用，但位置参数必须放在关键字参数前面：
introduce("赵六", age=21) # 正确：位置参数在前，关键字参数在后# introduce(name="孙七", 22) # 错误：关键字参数不能放在位置参数前面
10.3.3 默认参数
默认参数是在定义函数时为参数指定默认值，调用函数时如果不传入该参数，则使用默认值。默认参数必须放在位置参数后面。
示例：
def introduce(name, age=18): # age的默认值为18"""介绍姓名和年龄（默认18岁）"""
print(f"我叫{name}，今年{age}岁。")
# 传入name，使用age的默认值
introduce("小明") # 输出：我叫小明，今年18岁。
# 同时传入name和age，覆盖默认值
introduce("小红", 20) # 输出：我叫小红，今年20岁。
10.3.4 可变参数
可变参数用于处理参数数量不确定的情况，分为两种：
- *args：接收任意数量的位置参数，返回一个元组。
- **kwargs：接收任意数量的关键字参数，返回一个字典。
示例 1：*args的使用
def sum_numbers(*args):"""计算任意数量数字的和"""
total = 0
for num in args:
total += num
return total
# 传入3个参数
print(sum_numbers(1, 2, 3)) # 输出：6
# 传入5个参数
print(sum_numbers(10, 20, 30, 40, 50)) # 输出：150
# 传入列表（需要在列表前加*，将列表元素拆分为位置参数）
numbers = [1, 2, 3, 4]
print(sum_numbers(*numbers)) # 输出：10
示例 2：**kwargs的使用
def print_info(** kwargs):"""打印任意数量的关键字参数信息"""
for key, value in kwargs.items():
print(f"{key}: {value}")
# 传入2个关键字参数
print_info(name="张三", age=18)
# 输出：
# name: 张三
# age: 18
# 传入字典（需要在字典前加**，将字典键值对拆分为关键字参数）
person = {"name": "李四", "gender": "男", "score": 90}
print_info(** person)
# 输出：
# name: 李四
# gender: 男
# score: 90
10.4 函数的返回值
函数的返回值是函数执行完毕后返回给调用者的结果，通过return语句实现。
10.4.1 基本用法
def multiply(a, b):"""计算两个数的乘积并返回"""
return a * b # 返回乘积结果
print(multiply(3, 4)) # 输出：12
10.4.2 返回多个值
Python 允许函数通过return语句返回多个值，多个值之间用逗号分隔，返回的其实是一个元组。
示例：
def get_name_and_age():"""返回姓名和年龄"""
name = "张三"
age = 18
return name, age # 相当于返回元组(name, age)
# 接收多个返回值
person_name, person_age = get_name_and_age()
print(person_name) # 输出：张三
print(person_age) # 输出：18
# 作为元组接收
result = get_name_and_age()
print(result) # 输出：('张三', 18)
10.4.3 提前结束函数
return语句会使函数立即结束，其后的代码不会执行。
示例：
def check_positive(num):"""检查数字是否为正数"""
if num > 0:
return "正数"
print("这句代码在num>0时不会执行") # 当num>0时，此句不会执行
return "非正数"
print(check_positive(5)) # 输出：正数（未执行print语句）
print(check_positive(-3)) # 输出：非正数（执行了print语句）
10.5 函数的嵌套
函数的嵌套是指在一个函数内部定义另一个函数。内部函数只能在外部函数内部调用，外部无法直接访问。
示例：
def outer_function():"""外部函数"""
print("这是外部函数")
def inner_function():
"""内部函数"""
print("这是内部函数")
# 在外部函数内部调用内部函数
inner_function()
# 调用外部函数
outer_function()
# 输出：
# 这是外部函数
# 这是内部函数
# 尝试直接调用内部函数（会报错）
# inner_function() # 会报错：NameError: name 'inner_function' is not defined
函数嵌套的主要作用是实现 “封装”，将内部函数的逻辑隐藏在外部函数中，只通过外部函数暴露功能。
10.6 函数的作用域
作用域是指变量的可访问范围。Python 中的变量作用域主要分为：
- 局部变量：在函数内部定义的变量，只能在函数内部访问，函数执行结束后自动销毁。
- 全局变量：在函数外部定义的变量，在整个程序中都可以访问（函数内部可以访问全局变量，但修改全局变量需要使用global关键字声明）。
示例：
# 全局变量global_var = "我是全局变量"
def my_function():
# 局部变量
local_var = "我是局部变量"
print(local_var) # 正确：函数内部可以访问局部变量
print(global_var) # 正确：函数内部可以访问全局变量
# 修改全局变量（需要用global声明）
global global_var
global_var = "全局变量被修改了"
# 调用函数
my_function()
# 输出：
# 我是局部变量
# 我是全局变量
print(global_var) # 输出：全局变量被修改了（全局变量已被函数修改）
# 尝试访问局部变量（会报错）
# print(local_var) # 会报错：NameError: name 'local_var' is not defined
10.7 匿名函数（lambda）
匿名函数是一种不需要定义函数名的简洁函数，使用lambda关键字定义，语法如下：
lambda 参数列表: 表达式匿名函数的特点：
- 只能包含一个表达式，表达式的结果就是函数的返回值；
- 不能包含复杂的代码块（如循环、条件语句等，简单的条件表达式可以）；
- 通常用于需要临时定义简单函数的场景（如作为其他函数的参数）。
示例：
# 定义一个匿名函数（计算两个数的和）add = lambda a, b: a + b
print(add(3, 5)) # 输出：8
# 匿名函数作为sorted()函数的参数（按元素的第二个值排序）
pairs = [(1, 3), (2, 1), (3, 2)]
# sorted()函数的key参数需要一个函数，用于指定排序依据
sorted_pairs = sorted(pairs, key=lambda x: x[1])
print(sorted_pairs) # 输出：[(2, 1), (3, 2), (1, 3)]
10.8 示例：函数的综合应用
实现一个简易的计算器，支持加、减、乘、除四种运算。
def add(a, b):"""加法"""
return a + b
def subtract(a, b):
"""减法"""
return a - b
def multiply(a, b):
"""乘法"""
return a * b
def divide(a, b):
"""除法（处理除数为0的情况）"""
if b == 0:
return "错误：除数不能为0"
return a / b
def calculator():
"""简易计算器主函数"""
print("简易计算器（支持 + - * /）")
# 获取用户输入
num1 = float(input("请输入第一个数字："))
operator = input("请输入运算符（+ - * /）：")
num2 = float(input("请输入第二个数字："))
# 根据运算符调用对应的函数
if operator == "+":
result = add(num1, num2)
elif operator == "-":
result = subtract(num1, num2)
elif operator == "*":
result = multiply(num1, num2)
elif operator == "/":
result = divide(num1, num2)
else:
result = "错误：不支持的运算符"
# 输出结果
print(f"结果：{result}")
# 运行计算器
calculator()
运行示例：
简易计算器（支持 + - * /）请输入第一个数字：10
请输入运算符（+ - * /）：*
请输入第二个数字：5
结果：50.0
10.9 小结
本章我们学习了 Python 中的函数，包括函数的定义与调用、参数类型（位置参数、关键字参数、默认参数、可变参数）、返回值、函数的嵌套、作用域以及匿名函数（lambda）。
函数是 Python 编程中实现代码复用和模块化的核心工具，合理使用函数可以使程序结构更清晰、更易于维护。在实际开发中，我们应该将复杂的逻辑拆分为多个功能单一的函数，提高代码的可读性和复用性。
下一章，我们将学习 Python 中的文件操作，包括文件的打开、读取、写入和关闭等。