Python 函数基础

9.1 函数的概念

函数是一段可重复使用的代码块，用于执行特定任务。使用函数可以提高代码复用性和可读性。

为什么要使用函数

代码复用：避免重复编写相同逻辑
模块化：将复杂问题分解为小任务
可维护性：修改一处即可影响所有调用
可读性：函数名表达意图

9.2 定义与调用函数

基本语法

def 函数名(参数列表):
    """文档字符串"""
    函数体
    return 返回值

示例

# 定义函数
def greet():
    print("Hello, Python!")

# 调用函数
greet()  # Hello, Python!
greet()  # Hello, Python!

带参数的函数

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

greet("Alice")   # Hello, Alice!
greet("Bob")     # Hello, Bob!

9.3 返回值

函数可以返回结果供调用者使用。

# 返回单个值
def add(a, b):
    return a + b

result = add(3, 5)
print(result)  # 8

# 返回多个值（实际返回元组）
def get_coordinates():
    x = 10
    y = 20
    return x, y

x, y = get_coordinates()
print(x, y)  # 10 20

# 无 return 返回 None
def say_hello():
    print("Hello")

result = say_hello()
print(result)  # None

9.4 参数传递

位置参数

def introduce(name, age, city):
    print(f"{name}, {age}岁, 来自{city}")

introduce("Alice", 25, "Beijing")
introduce("Bob", 30, "Shanghai")

关键字参数

def introduce(name, age, city):
    print(f"{name}, {age}岁, 来自{city}")

# 使用关键字参数（顺序可变）
introduce(age=25, city="Beijing", name="Alice")

默认参数

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

greet("Alice")              # Hello, Alice!
greet("Bob", "Hi")          # Hi, Bob!
greet("Charlie", "Good morning")  # Good morning, Charlie!

注意：默认参数必须放在位置参数后面

9.5 作用域

变量的作用域决定了在哪里可以访问它。

局部变量

def my_function():
    x = 10  # 局部变量
    print(x)

my_function()  # 10
# print(x)  # NameError: x 未定义

全局变量

count = 0  # 全局变量

def increment():
    global count
    count += 1

increment()
print(count)  # 1

最佳实践

尽量避免使用 global
通过参数传递和返回值交互数据
全局常量可以使用大写命名

# 推荐做法
MAX_SIZE = 100

def process_data(data):
    return data[:MAX_SIZE]

9.6 文档字符串

文档字符串用于说明函数的功能、参数和返回值。

def calculate_area(radius):
    """
    计算圆的面积
    
    Args:
        radius (float): 圆的半径
        
    Returns:
        float: 圆的面积
    """
    import math
    return math.pi * radius ** 2

# 查看文档
print(calculate_area.__doc__)
help(calculate_area)

9.7 函数类型提示

Python 3.5+ 支持类型提示，提高代码可读性。

def greet(name: str) -> str:
    return f"Hello, {name}!"

def add(a: int, b: int) -> int:
    return a + b

def get_user(user_id: int) -> dict:
    return {"id": user_id, "name": "Alice"}

类型提示不会强制检查，仅用于提示和工具分析

9.8 lambda 表达式

lambda 是匿名函数的简洁写法。

基本语法

1	lambda 参数: 表达式

示例

# 普通函数
def add(a, b):
    return a + b

# lambda 表达式
add = lambda a, b: a + b
print(add(3, 5))  # 8

# 常用场景：排序
students = [
    {"name": "Alice", "age": 25},
    {"name": "Bob", "age": 20},
    {"name": "Charlie", "age": 22}
]

# 按年龄排序
students.sort(key=lambda s: s["age"])
print(students)

# 过滤
numbers = [1, 2, 3, 4, 5, 6]
evens = list(filter(lambda x: x % 2 == 0, numbers))
print(evens)  # [2, 4, 6]

# 映射
squares = list(map(lambda x: x**2, numbers))
print(squares)  # [1, 4, 9, 16, 25, 36]

9.9 函数作为参数

Python 中函数是一等公民，可以作为参数传递。

def apply_operation(numbers, operation):
    return [operation(x) for x in numbers]

def square(x):
    return x ** 2

def cube(x):
    return x ** 3

numbers = [1, 2, 3, 4, 5]

print(apply_operation(numbers, square))  # [1, 4, 9, 16, 25]
print(apply_operation(numbers, cube))    # [1, 8, 27, 64, 125]

9.10 本章小结

使用 def 定义函数，支持参数和返回值
参数类型：位置参数、关键字参数、默认参数
局部变量在函数内有效，全局变量在整个模块有效
文档字符串使用 """ """ 编写
类型提示提高代码可读性
lambda 表达式用于简洁的匿名函数
函数可以作为参数传递

练习题

编写函数 is_prime(n)，判断一个数是否为素数
编写函数 fibonacci(n)，返回斐波那契数列前 n 项
编写函数 count_words(text)，统计字符串中单词数量
使用 lambda 表达式将列表 ["apple", "banana", "cherry"] 按字符串长度排序