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函数

Author
Tenni Go
Published
2022/04/29
Updated
2021/07/04
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函数

函数，实际上是可被调用的完整的程序。它具备输入、处理、输出的功能。又因为它经常在主程序里被调用，所以它总是更像是个子程序。

了解一个函数，无非是要了解它的两个方面：

  • 它的输入是怎么构成的（都有哪些参数？如何指定？）；
  • 以及它的输出是什么（返回值究竟是什么？）……

从这个角度看，牛，对人类来说就是个函数，它吃的是草，挤出来的是奶…… 开玩笑了。

在我们使用函数的过程中，我们常常有意忽略它的内部如何完成从输入到输出之间的处理过程 —— 这就好像我们平日里用灯泡一样，大多数情况下，我们只要知道开关的使用方法就够了 —— 至于为什么按到这个方向上灯会亮，为什么按到另外一个方向上灯会灭，并不是我们作为用户必须关心的事情……

当然，如果你是设计开关的人就不一样了，你必须知道其中的运作原理；但是，最终，你还是希望你的用户用最简单方便的操作界面，而不是必须搞懂所有原理才能够使用你所设计的产品……

当我们用 Python 编程的时候，更多的情况下，我们只不过是在使用别人已经写好的函数，或者用更专业一点的词藻，叫做 “已完好封装的函数”。而我们所需要做的事情（所谓的 “学习使用函数”），其实只不过是 “通过阅读产品说明书了解如何使用产品” 而已，真的没多神秘……

注意

这一章的核心目的，不是让你学会如何写函数；而是通过一些例子，让你大抵上学会 “如何阅读官方文档中关于函数的使用说明”。也请注意之前的那个词：“大抵上”，所以千万别怕自己最初的时候理解不全面。

另外，这一章中用来举例的函数，全部来自于同一个官方文档页面，Built-in Functions：

https://docs.python.org/3/library/functions.html

示例 print()

基本的使用方法

print() 是初学者最常遇到的函数 —— 姑且不说是不是最常用到的。

它最基本的作用就是把传递给它的值输出到屏幕上，如果不给它任何参数，那么它就输出一个空行：

print('line 1st')
print('line 2nd')
print()
print('line 4th')
line 1st
line 2nd

line 4th

你也可以向它传递多个参数，参数之间用 , 分开，它就会把那些值逐个输出到屏幕，每个值之间默认用空格分开。

print('Hello,', 'jack', 'mike', '...', 'and all you guys!')
Hello, jack mike ... and all you guys!

当我们想把变量或者表达式的值插入字符串中的时候，可以用 f-string：

name = 'Ann'
age = '22'
print(f'{name} is {age} years old.')
Ann is 22 years old.

但这并不是 print() 这个函数的功能，这实际上是 f-string 的功能，f-string 中用花括号 {} 括起来的部分是表达式，最终转换成字符串的时候，那些表达式的值（而不是变量或者表达式本身）会被插入相应的位置……

name = 'Ann'
age = '22'
f'{name} is {age} years old.'
'Ann is 22 years old.'

所以，print(f'{name} is {age} years old.') 这一句中，函数 print() 完成的还是它最基本的功能：给它什么，它就把什么输出到屏幕上。

以下，是 print() 这个函数的官方文档：

null

最必须读懂的部分，就是这一行：

print(*object, sep=' ', end='\n', file=sys.stdout, flush=False) <a href='#fn1' name='fn1b'><sup>[1]</sup></a>

先只注意那些有着 = 的参数，sep=' '、end='\n'、file=sys.stdout，和 flush=False。

这其中，先关注这三个 sep=' '、end='\n'、file=sys.stdout：

  • sep=' '：接收多个参数之后，输出时，分隔符号默认为空格，' '；
  • end='\n'：输出行的末尾默认是换行符号 '\n'；
  • file=sys.stdout：默认的输出对象是 sys.stdout（即，用户正在使用的屏幕）……

也就是说，这个函数中有若干个具有默认值的参数，即便我们在调用这个函数的时候，就算没有指定它们，它们也存在于此。

即，当我们调用 print('Hello', 'world!') 的时候，相当于我们调用的是 print('Hello', 'world!', sep=' ', end='\n', file=sys.stdout, flush=False)

import sys                                  # 如果没有这一行，代码会报错

print('Hello', 'world!')                    # 下一行的输出和这一行相同
print('Hello', 'world!', sep=' ', end='\n', file=sys.stdout, flush=False)
print('Hello', 'world!', sep='-', end='\t')
print('Hello', 'world!', sep='~')           # 上一行的末尾是 \t，所以，这一行并没有换行显示
print('Hello', 'world!', sep='\n')          # 参数之间用换行 \n 分隔
Hello world!
Hello world!
Hello-world!    Hello~world!
Hello
world!

很多人只看各种教材、教程，却从来不去翻阅官方文档 —— 到最后非常吃亏。只不过是多花一点点的功夫而已，看过之后，就会知道：原来 print() 这个函数是可以往文件里写数据的，只要指定 file 这个参数为一个已经打开的文件对象就可以了（真的有很多人完全不知道）……

另外，现在可以说清楚了：

print() 这个函数的返回值是 None —— 注意，它向屏幕输出的内容，与 print() 这个函数的返回值不是一回事。

做为例子，看看 print(print(1)) 这个语句 —— print() 这个函数被调用了两次，第一次是 print(1)，它向屏幕输出了一次，完整的输出值实际上是 str(1) + '\n'，而后返回一个值，None；而第二次调用 print()，这相当于是向屏幕输出这个 None：

print(print(1))
1
None

“看说明书” 就是这样，全都看了，真不一定全部看懂，但看总是比不看强，因为总是有能看懂的部分……

关键字参数

在 Python 中，函数的参数，有两种：

  • 位置参数（Positional Arguments，在官方文档里常被缩写为 arg）
  • 关键字参数（Keyword Arguments，在官方文档里常被缩写为 kwarg）

在函数定义中，带有 = 的，即，已为其设定了默认值的参数，叫做 Keyword Arguments，其它的是 Positional Arguments。

在调用有 Keyword Arguments 的函数之时，如若不提供这些参数，那么参数在执行时，启用的是它在定义的时候为那些 Keyword Arguments 所设定的默认值；如若提供了这些参数的值，那么参数在执行的时候，启用的是接收到的相应值。

比如，sorted() 函数，它的定义如下：

sorted(iterable, *, key=None, reverse=False)

现在先只关注它的 Keyword Arguments，reverse：

from IPython.core.interactiveshell import InteractiveShell
InteractiveShell.ast_node_interactivity = "all"

sorted('abdc')
sorted('abdc', reverse=True)
['a', 'b', 'c', 'd']
['d', 'c', 'b', 'a']

位置参数

位置参数，顾名思义，是 “由位置决定其值的参数”。拿 divmod() 为例，它的官方文档是这样写的：

null

它接收且必须接收两个参数。

  • 当你调用这个函数的时候，括号里写的第一个参数，是被除数，第二个参数是除数 —— 此为该函数的输入；
  • 而它的返回值，是一个元组（Tuple，至于这是什么东西，后面讲清楚），其中包括两个值，第一个是商，第二个是余 —— 此为该函数的输出。

作为 “这个函数的用户”，你不能（事实上也没必要）调换这两个参数的意义。因为，根据定义，被传递的值的意义就是由参数的位置决定的。

from IPython.core.interactiveshell import InteractiveShell
InteractiveShell.ast_node_interactivity = "all"

divmod(11, 3)
a, b = divmod(11, 3)
a
b

divmod(3, 11)
a, b = divmod(3, 11)
a
b
(3, 2)
3
2
(0, 3)
0
3

可选位置参数

有些函数，如 pow()，有可选的位置参数（Optional Positional Arguments）。

null

于是，pow() 有两种用法，各有不同的结果：

  • pow(x, y) —— 返回值是 x ** y
  • pow(x, y, z) —— 返回值是 x ** y % z
from IPython.core.interactiveshell import InteractiveShell
InteractiveShell.ast_node_interactivity = "all"

pow(2, 3)
pow(2, 3, 4)
8
0

注意 pow() 函数定义部分中，圆括号内的方括号 [, z] —— 这是非常严谨的标注，如果没有 z，那么那个逗号 , 就是没必要的。

看看 exec() 的官方文档（先别管这个函数干嘛用的），注意函数定义中的两个嵌套的方括号：

null

这些方括号的意思是说：

  • 没在方括号里的 object 是不可或缺的参数，调用时必须提供；
  • 可以有第二个参数，第二个参数会被接收为 globals；
  • 在有第二个参数的情况下，第三个参数会被接收为 locals；
  • 但是，你没办法在不指定 globals 这个位置参数的情况下指定 locals……

可接收很多值的位置参数

再回头看看 print()，它的第一个位置参数，object 前面是有个星号的：*object, ...。

对函数的用户来说，这说明，这个位置可以接收很多个参数（或者说，这个位置可以接收一个列表或者元组）。

再仔细看看 print()，它只有一个位置参数：

null

因为位置决定了值的定义，一般来说，一个函数里最多只有一个这种可以接收很多值的位置参数 —— 否则如何获知谁是谁呢？

如果与此同时，还有若干个位置参数，那么，能够接收很多值的位置参数只能放置最后，就好像 max() 函数那样：

null

Class 也是函数

虽然你现在还不一定知道 Class 究竟是什么，但在阅读官方文档的时候，遇到一些内建函数前面写着 Class，比如 Class bool([x])，千万别奇怪，因为 Class 本质上来看就是一种特殊类型的函数，也就是说，它也是函数：

null

from IPython.core.interactiveshell import InteractiveShell
InteractiveShell.ast_node_interactivity = "all"

bool()
bool(3.1415926)
bool(-3.1415926)
bool(1 == 2)
bool(None)
False
True
True
False
False

总结

本章需要（大致）了解的重点如下，其实很简单：

  • 你可以把函数当作一个产品，而你自己是这个产品的用户；
  • 既然你是产品的用户，你要养成好习惯，一定要亲自阅读产品说明书；
  • 调用函数的时候，注意可选位置参数的使用方法和关键字参数的默认值；
  • 函数定义部分，注意两个符号就行了，[] 和 =；
  • 所有的函数都有返回值，即便它内部不指定返回值，也有一个默认返回值：None；
  • 另外，一定要耐心阅读该函数在使用的时候需要注意什么 —— 产品说明书的主要作用就在这里……

知道这些就很好了！

这就好像你拿着一张地图，不可能一下子掌握其中所有的细节，但花几分钟搞清楚 “图例”（Legend）部分总是可以的，知道什么样的线标示的是公交车，什么样的线标示的是地铁，什么样的线标示的是桥梁，然后知道上北下南左西右东 —— 这之后，就可以开始慢慢研究地图了……

为了学会使用 Python，你以后最常访问的页面一定是这个：

对了，还有就是，在这一章之后，你已经基本上 “精通” 了 print() 这个函数的用法。

脚注

（2019.02.14）<a name='fn1'>[1]</a>：print() 函数的官方文档里，sep='' 肯定是 sep=' ' 的笔误 —— 可以用以下代码验证：

print('a', 'b', sep='')
print('a', 'b')

（2019.03.16）有读者提醒：https://github.com/selfteaching/the-craft-of-selfteaching/issues/111

而现在（2019.03.16）复制粘贴文档中的 sep=' '，会发现是有空格的。

这是改了么？

我回去查看了一下 2019.02.13 我提交的 bug track：https://bugs.python.org/issue35986，结论是 “人家没问题，是我自己的浏览器字体设置有问题”……

然而，我决定将这段文字保留在此书里，以便人们看到 “平日里软件维护是什么样的” —— 作为一个实例放在这里，很好。

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