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# 第8章 函数
博士出差终于回来了！在今天的课程里，墨博士给小墨讲了函数的定义和使用方法。学习Python以来，小墨每次都能听到函数这个词，今天终于弄清楚函数到底是什么以及函数如何定义和使用了。一起来看看吧。
时间：早上9:00
场景：墨馨书屋
墨博士：小墨，我听墨哥哥说你最近学习了很多Python的内容。
小墨：墨哥哥教我的，主要是list和dict这两种数据类型的使用。
墨博士：嗯，这是比较常用的两种数据类型。
小墨：我们今天学习什么呢博士？
墨博士：前面呢你已经接触了很多函数，但这些函数都是Python自带的，我们只管用就行了。今天呢我们就来看看自己如何来定义和使用函数。
我们开始吧！
## 8.1 为什么要有函数
墨博士：还是来做一个练习：
练习：
输出3遍Hello
输出5遍World
输出4遍Hello
输出5遍World
输出3遍Hello
输出5遍World
这个怎么做？
小墨：如果我是第一天学Python，我可能会这样：
```
print('Hello')
print('Hello')
print('Hello')
print('World')
print('World')
print('World')
print('World')
print('World')
print('Hello')
print('Hello')
print('Hello')
print('Hello')
print('World')
print('World')
print('World')
print('World')
print('World')
print('Hello')
print('Hello')
print('Hello')
print('World')
print('World')
print('World')
```
不过现在，我会利用循环，就像这样：
```
for x in range(3):
print('Hello')
for x in range(5):
print('World')
for x in range(4):
print('Hello')
for x in range(5):
print('World')
for x in range(3):
print('Hello')
for x in range(3):
print('World')
```
墨博士：做的不错。对于重复的事情，就考虑用循环来解决。
> 墨博士提醒：为方便描述，以上的循环称为循环1、循环2、循环3、循环4和循环5。
但是这段代码还是显得很臃肿，你看第1和5个循环是一样的、第2和第4个循环是一样的，其他两个循环跟它们也差不多。
下面呢我们就给它瘦瘦身。
小墨内心：博士你什么时候也瘦瘦身呢？
# [插画：胖博士变成了苗条的瘦博士]
墨博士：假如说我们用一个变量a替换循环1，变量b替换循环2，也即假设：
那么，程序会变成这样：
```
a = for x in range(3):
print('Hello')
b = for x in range(5):
print('World')
a
b
for x in range(4):
print('Hello')
b
a
for x in range(3):
print('World')
```
**注意**：这个只是伪代码，并不符合语法要求，不能独立运行。
小墨，你觉得这样会不会更清晰一点？
小墨：嗯，就像定义变量一样，一个地方定义，多个地方使用，这样就节省了大量重复的代码。
墨博士：同时如果想更改这个功能，只需要在定义的地方更改，其他调用的地方就跟着一块改过了，非常方便。
小墨：这个就是函数吧。
墨博士：是的。不过这个只是思路，接下来我们具体说说函数的定义。
## 8.2 无参函数的定义和使用
墨博士：函数，又叫方法，表示一个功能，在python中，函数的定义使用def关键字，看如下代码：
```
# 函数的定义
def a():
for x in range(3):
print('Hello')
```
> 墨博士提醒：关键字是编程语言里事先定义的，有特别意义的标识符，有时又叫保留字，Python中的if、for、while、def等都是关键字。
这样我们就定义了一个函数，这里的a即表示函数的名字，这个名字是我们自己起的，起名规则就跟变量名一样。第3、4两行称为函数的函数体，函数定义之后，我们就可以把函数名代替函数体去使用了，比如：
```
# 函数的定义
def a():
for x in range(3):
print('Hello')
# 函数的使用
a()
a()
a()
```
就会输出9遍Hello。也即使用定义好的函数时，直接使用函数名后加括号就可以了，这里使用了三次a()，相当于使用了三次for循环，也即输出9次Hello。
好，接下来轮到你了小墨，你把输出5遍World也改成函数吧。
小墨：好的。更改代码如下：
```
def a():
for x in range(3):
print('Hello')
# 新增定义函数b，用于输出5遍World
def b():
for x in range(5):
print('World')
a()
b() # 调用函数b()
for x in range(4):
print('Hello')
b() # 调用函数b()
a()
for x in range(3):
print('World')
```
墨博士：嗯，不错。这个程序比较短，你的函数体只有一个for循环组成，如果一个程序中某个功能使用了很多次，而这个功能本身又是由很多行代码组成，就更能体现使用函数的好处了。
小墨：我明白了，定义函数之后写代码就好像搭积木了，一个函数就是一个积木，积木内部的东西不需要管，搭积木的人只需要一个个的按需去搭建就可以了。最厉害的是这些积木是可以重用的！
墨博士：总结的很好！下面我们继续前进，把输出4遍Hello和3遍Word的for循环也给改造了。
## 8.3 有参函数的定义和使用
墨博士：上面我们已经定义并使用了函数来替换重复功能，我们发现，循环3和循环1（也就是函数a的函数体）的区别，仅仅是输出Hello次数的区别，如果3也能用a表示，那就更省事了，这就需要我们了解一下参数的概念。
### 8.3.1 形式参数
墨博士：对于函数a来说，现在的功能是输出3次Hello，如果我想a能输出4次、5次、甚至任意次数的Hello，应该怎么做呢？
我们可以使用变量n替换掉3：
```
# 函数的定义
def a():
for x in range(n):
print('Hello')
```
小墨：不对吧博士，这样的话，变量n没有定义就使用了，不符合语法要求。
墨博士：是的，想要n能使用，需要先定义，这个定义在a后面的()里，如下：
```
# 函数的定义
def a(n):
for x in range(n):
print('Hello')
```
这样，一个带参数的方法就定义好了。
这里的n就被称为函数的参数，严格来说是形式参数。
> 墨博士提醒：参与到具体功能中的未知的东西，在方法定义的时候定义在方法名后面的小括号中的参数，称为形式参数，简称形参。
小墨：我也给我的函数加上参数。咦？加了参数之后方法调用出错了。
墨博士：这就需要了解跟形式参数对应的实际参数了。
### 8.3.2 实际参数
墨博士：当a的定义改变了之后，a的调用方式也要随着改变。由于a后面的小括号中有了一个n，我们在调用a的时候就需要具体指定这个n是多少，比如：
```
a(3)
```
即将3的值给n，程序会输出3次Hello，而如果这个值为5，则输出5次Hello，以此类推。
这里的3、5等具体值，是函数调用的时候给形式参数赋的具体的值，称为实际参数，简称实参。
小墨：哦原来是这样，形参是方法上定义的变量，实参是给形参变量赋的值。那么原程序就可以改成这样了：
```
def a(n):
for x in range(n):
print('Hello')
def b(n):
for x in range(n):
print('World')
a(3)
b(5)
a(4)
b(5)
a(3)
b(3)
```
墨博士：很好。你再想想，这个程序还能不能再改进改进呢？
小墨：嗯……，现在的程序中，其实a函数和b函数功能差不多，一个是打印Hello，一个是打印World，是不是也可以做成变量替换，然后在调用的时候分别赋值为Hello或World？
墨博士：是的，这就是函数多个参数的情况。
### 8.3.3 多个参数
墨博士：可以定义一个函数，该函数含有两个参数n和s，n表示打印多少次，s表示打印的内容，这样a和b就能合并成一个了。
```
# 两个参数函数的定义
def a(n, s):
for x in range(n):
print(s)
```
既然函数定义时指明了2个形式参数，调用的时候也需要给两个形式参数提供对应的实际参数：
```
a(3, 'Hello')
a(5, 'World')
```
这里的3和5赋值给了n，Hello和World赋值给了s，运行程序输出了3遍Hello和5遍World。
小墨：哇！我们最初的练习也可以再次改进了：
```
def a(n, s):
for x in range(n):
print(s)
a(3, 'Hello')
a(5, 'World')
a(4, 'Hello')
a(5, 'World')
a(3, 'Hello')
a(3, 'World')
```
墨博士：比起最初的5个for循环，是不是简洁清晰了很多？
> 动动手：定义一个函数，能够计算x的n次方，其中x和n都不确定。
小墨：嗯，参数的作用还真是强大呀！
墨博士：事实上，Python中的参数远比这强大的多，比如我们还可以使用默认参数。
### 8.3.4 默认参数
墨博士：以上面打印n遍字符串的例子为例，如果大部分时候都是在打印Hello，只有极少数情况才打印World或其他字符，则可以使用默认参数：
```
def print_str(n, s='Hello'):
for x in range(n):
print(s)
# 打印3遍Hello
print_str(3)
# 打印4遍Hello
print_str(4)
# 打印5遍World
print_str(5, 'World')
```
注意：这里为了程序的可读性，将方法名a变成了print_str。
这些基本就能满足你现在的大多数需求了，其他如可变长参数、关键字参数等以后再教给你 。
小墨：好的博士，墨哥哥也说过，贪多嚼不烂。
> 动动手：将计算x的n次方的程序改为n默认值为2
## 8.4 有返回值的函数的定义和使用
墨博士：我们再来看一下函数的返回值的用法。比如现需要定义一个函数，计算x的绝对值并输出。程序如下：
```
def my_abs(x):
if x >= 0:
print(x)
else:
print(-x)
```
这里只是单纯的将数值使用print输出，如果我想通过my_abs函数计算x的绝对值后，还能得到这个绝对值做其他事情，比如乘以100，应该如何做呢？
这就需要使用return语句了。
### 8.4.1 return
墨博士：return语句，用在函数中，表示将函数的计算结果“返回”，此时可以拿一个变量接收函数的返回值。比如：
```
def my_abs(x):
if x >= 0:
return x
else:
return -x
# 接收函数的返回值
n = my_abs(-4)
# 做后续其他处理
print(n * 100)
```
小墨：哦这样我们就能拿到函数的执行结果了。但是我想到一个问题，如果一个函数中的两个数我都想要拿出来，该怎么办？
墨博士：你忘了list是干嘛的了？你可以把两个数放到一个list中，然后将这个list返回，在外面再从list中把两个数取出来就行了。
事实上，在Python中，直接返回多个值也是可以的，看下面代码：
```
def my_return():
return 1, 2
a = my_return()
print(a)
```
输出结果是（1,2）
小墨：这个也是把1和2作为一个整体拿出来了呀，那我如何才能分别拿到1和2呢？
墨博士：你看输出的1和2外面有个小括号，这个呢说明是Python中的tuple类型。
tuple，中文称为元组，相当于一种特殊的list。它的特殊之处在于初始化之后就不能改变了。
```
# list使用[]初始化元素，tuple使用()初始化元素。
names = ('墨小小', '墨妹妹', '墨大元')
for name in names:
print(name)
for i in range(len(names)):
print(names[i])
```
由于元素内容不能修改，tuple并没有像list一样提供append()、insert()、pop()等用于添加、插入或删除的方法，当然也不能通过下标取元素的方式修改。
小墨：好的，我记住了。
> 墨博士提醒：Python中可以使用type函数看任意变量的类型，如下：
```
print(type(a))
```
输出：
```
<class 'tuple'>
```
> 这就说明a是tuple类型。
### 8.4.2 return注意事项
墨博士：在使用return的时候需要注意一些事项。比如：
```
def a():
for i in range(4):
if i == 2:
return i
print(i)
x = a()
```
结果会输出什么？
小墨：我猜是输出0、1、2和3。
墨博士：实际运行，只会输出0和1。
小墨：为什么会这样呢？是return之后for循环就结束了吗？
墨博士：函数体内部的语句在执行时，一旦执行到“return”，就返回return后面的结果，同时函数也就执行完毕，此时如果“return”后面还有其他内容，也不再执行。
小墨：哦也就是整个方法就结束了。
墨博士：是的。有时候这一点也被用于单纯的结束函数。比如刚才的代码，如果我们并不想要函数中返回的i，只是想在i为2的时候结束方法。可以return后面什么都不加。
```
def a():
for i in range(4):
if i == 2:
return
print(i)
```
小墨：这样也可以？
墨博士：是的，算是方法的一个小技巧吧。好了，函数的内容就先说这么多啦。
## 8.5 本章小结
墨博士总结：本章你学习了函数的使用，这也是编程中最重要的知识之一。函数用于完成一定的功能，定义好了之后能反复使用；为了能够统一处理类似的情况，函数中引入了变量，也就是参数，省去了定义多个类似函数的麻烦；函数中的形参和实参要对应；函数可以将内部的计算结果返回，用于后续的计算；函数的引入，也使得我们编程的思路发生了改变：先把大问题（功能）划分成多个小问题（函数），一个一个的小功能解决了，大问题就像搭积木一样搭起来也就解决了！
