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Python/函數

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函數定義

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Python函數定義的通常格式為： 

def 函数名（参数列表）:
    #函数的第一行语句可以选择性地使用文档字符串—用于存放函数说明
    函数体
    #return [表达式] 结束函数，选择性地返回一个值给调用方。不带表达式的return相当于返回 None

參數的傳值與傳引用

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Python中，對象有類型；變量僅僅是對象的一個引用，變量沒有類型。 string、tuple和 numbers 是不可更改的類型（immutable type），給它們的變量賦值其實是指向了新的對象；而 list,dict 等則是可以修改的類型（mutable type）。Python函數的參數傳遞，在函數內部最初都是訪問實參那個對象而不是複製一份：

  • 不可變類型：在函數內部「修改」參數的值，只是引用到另一個對象，不影響實參本身。
  • 可變類型：在函數內部修改參數的值後，函數外部的實參也會受影響

命名實參與不定長參數

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Python的函數實參可分為兩類：

  • 無命名的非關鍵字實參（non-keyword argument）或位置實參（positional argument）
  • 關鍵字實參（keyword argument）或譯作命名實參。關鍵字實參之間的順序可以任意。

關鍵字實參必須出現在非關鍵字實參右側，否則報錯「positional argument follows keyword argument」。

函數形參可分為

  • 無預設值的形參
  • 有預設值的形參
  • *args
  • **kwargs，稱為「var-keyword argument」。
  • *（單個星號）
  • /（單個斜槓）
def foo(pos1, pos2, /, pos_or_kwd, *, kwd1, kwd2):
     -------------  -------------  -------------
       |             |                  |
       |        Positional or keyword   |
       |                                - Keyword only
        -- Positional only

def bar(param1, param2=default_value,*args, kwd1, **kwargs):

函數的形參表必須遵守下屬規則：

  • 出現在*args或者*之後的形參都只能對應命名實參
  • 帶預設值的形參，其右側一直到*的所有參數都必須是有預設值形參。參數的預設值在函數定義時從左至右求值。
  • 形參中沒有名字的單獨一個星號*，只是起到分隔符作用，並不對應於實參，表示實參表此處向右都必須是命名實參。這適用於當名稱有意義並且函數定義通過顯式名稱更容易理解時，只用關鍵字實參；或者您希望防止用戶依賴所傳遞參數的位置。
  • 從Python 3.8開始，形參中沒有名字的單獨一個斜槓/，只是起到分隔符作用，並不對應於實參，表示實參表此處向左都必須是位置形參。這適用於調用函數時強制實參的求值順序；或者以後修改形參名字但不影響調用者使用。「僅是位置形參」（Positional only）的名字將不再嘗試與關鍵字實參的名字匹配，這意味著同名的關鍵字實參可以被**kwargs收集，這稱為Recap。
  • 形參**kwargs必須出現在*args的右側，否則報錯「invalid syntax」
  • 形參**kwargs必須是最後一個形參，否則報錯「arguments cannot follow var-keyword argument」
  • 通常，不在一個函數同時使用*args與**kwargs，以免混淆。

調用函數時，實參可分為四類：

  1. 位置實參
  2. 關鍵字實參，形如 name=value
  3. 單星號解包實參，形如*args
  4. 雙星號解包實參，形如**kwargs

實參在實參表中出現的規則：

  1. 實參表可分為左、中、右三部分，任何部分都可以為空
  2. 實參表左部分，任意數量的位置實參可以和任意數量的單星號解包實參混雜出現；
  3. 實參表中部分，任意數量的關鍵字實參可以和任意數量的單星號解包實參混雜出現；
  4. 實參表右部分，任意數量的關鍵字實參可以和任意數量的雙星號解包實參混雜出現。

函數調用時，形實參數結合的規則：

  1. 首先形參表的「僅位置形參」與位置實參從左向右結合。
  2. 其次形參表的「僅關鍵字形參」與關鍵字實參實參結合。
  3. 再次對於「可位置可關鍵字形參」：
    1. 首先與關鍵字實參匹配。
    2. 其次對於不能匹配關鍵字實參的「可位置可關鍵字形參」，再與位置實參匹配。
    3. 最後還剩下未匹配的位置實參組成一個元組收集到*args形參，還剩下未匹配的關鍵字實參組成一個字典收集到**kwargs形參。

形參實參結合時一些語法報錯情形：

  • 已經匹配的非關鍵字形參，其對應的實參的名字不能再作為關鍵字實參出現，否則報錯「duplicate value for the same argument」或「got multiple values for argument」。
    • 特例：「僅是位置形參」（Positional only）的名字將不再嘗試與關鍵字實參的名字匹配，這意味著同名的關鍵字實參可以被**kwargs收集，這稱為Recap。
  • 如果沒有**kwargs形參，關鍵字實參的名字不出現在形參表中則報錯「an unexpected keyword argument」
  • 不能被匹配的形參，將報錯「missing 1 required positional argument」或「missing 1 required keyword-only argument」
def test1(a, b, c=0, *args, **kwargs):
    print('a =', a, 'b =', b, 'c =', c, 'args =', args, 'kw =', kwargs)
 
def test2(a, b, c=0, *args, d, **kwargs):
    print('a =', a, 'b =', b, 'c =', c, 'd =', d, 'args=', args, 'kw =', kwargs)
 
# 定义一个元组和字典用作参数传入
args = (1, 2, 3, 4)
kw = {'d': 99, 'x': '#'}
 
test1(*args, **kw)
# a = 1 b = 2 c = 3 args = (4,) kw = {'d': 99, 'x': '#'}
test2(*args, **kw)
#a = 1 b = 2 c = 3 d = 99 args= (4,) kw = {'x': '#'}

def test3(a, *args,d, c=0):
    print('a =', a, 'c =', c, 'd =', d, 'args=', args)
args=(1,3,5)
test3(-1, d=101, *args) # 这是关键字实参与单星号解包实参混杂情形
#输出为：a = -1 c = 0 d = 101 args= (1, 3, 5)

函數返回多個值

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返回多個值時自動作為一個tuple。函數調用者可以使用多個變量來接受多個返回值（即tuple中的各個成分）。

嵌套函數

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嵌套函數（nested function），需要注意：

  • 內部函數可以讀寫訪問外部函數的可變（mutable）變量（如 list、dict 等）
  • 內部函數可以讀訪問外部函數的不可變（immutable）變量（如 int、str、tuple 等）
  • 內部函數使用nonlocal關鍵字，可以讀寫訪問任意層次的外部函數的不可變（immutable）變量
  • 內部函數訪問的外部函數的變量，可以定義在內部函數之後。

函數閉包

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閉包是指嵌套函數作為外部函數的返回值。因為函數是頭等對象，所以函數對象可以作為實參、返回值。嵌套函數可以使用外部函數的變量，即使外部函數已經運行結束了。例如 

 def adder(outer_argument): # outer function
   def adder_inner(inner_argument): # inner function, nested function
     return outer_argument + inner_argument # Notice outer_argument
   return adder_inner
 add5 = adder(5) # a function that adds 5 to its argument
 add7 = adder(7) # a function that adds 7 to its argument
 print add5(3) # prints 8
 print add7(3) # prints 10

匿名函數

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匿名函數的語法如下： 

 lambda 可选的形参表:expression

lambda的主體是一個表達式，而不是一個代碼塊。僅僅能在lambda表達式中封裝有限的邏輯進去。lambda 函數擁有自己的命名空間，可以訪問包含它的作用域中的變量。 

def make_incrementor(n):
   return lambda x: x + n

偏函數

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對一個函數的部分參數綁定值後，得到的函數為偏函數： 

偏函数名 = partial(func, *args, **kwargs)

其中，func 指的是要封裝的原函數，*args 和 **kwargs 分別用於接收非命名實參和命名實參。 

from functools import partial

#定义个原函数
def display(name,age):
    print("name:",name,"age:",age)

#定义偏函数，其封装了 display() 函数，并为 name 参数设置了默认参数
GaryFun = partial(display,name = 'Gary')
#由于 name 参数已经有默认值，因此调用偏函数时，可以不指定
GaryFun(age = 13) #必须以命名实参方式传入，否则会报错：TypeError: display() got multiple values for argument 'name'

def mod( n, m ):
    return n % m

#定义偏函数，并设置参数 n 对应的实参值为 100
mod_by_100 = partial( mod, 100 )
print(mod( 100, 7 ))
print(mod_by_100( 7 ))

eval()與exec()

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eval(source, globals=None, locals=None, /)
exec(source, globals=None, locals=None, /)

expression參數是一個字符串，代表要執行的語句 。該語句受後面兩個字典類型參數 globals 和 locals 的限制，只有在 globals 字典和 locals 字典作用域內的函數和變量才能被執行。

globals參數管控的是一個全局的命名空間，即 expression 可以使用全局命名空間中的函數。如果只是提供了 globals 參數，而沒有提供自定義的 __builtins__，則系統會將當前環境中的 __builtins__ 複製到自己提供的 globals 中，然後才會進行計算；如果連 globals 這個參數都沒有被提供，則使用 Python 的全局命名空間。

locals參數管控的是一個局部的命名空間，和 globals 類似，當它和 globals 中有重複或衝突時，以 locals 的為準。如果 locals 沒有被提供，則默認為 globals。

eval() 執行完會返回結果，而 exec() 執行完不返回結果

map()、filter()、reduce()

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由於 map() 函數是直接由用 C 語言寫的，運行時不需要通過 Python 解釋器間接調用，並且內部做了諸多優化，所以相比其他方法，此方法的運行效率最高。

reduce() 函數在 Python 3.x 中已經被移除，放入了 functools 模塊，因此在使用該函數之前，需先導入 functools 模塊。

函數註解

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「函數註解是關於用戶自定義函數使用類型的可選的元信息」。也就是說，函數註解的用途為「函數中的形參和返回值提供類型提示信息」。注意，函數註解沒有任何語法上的意義，只是為函數參數和返回值做註解，並在運行獲取這些註解，僅此而已。換句話說，為函數做的註解，Python不做檢查，不做強制，不做驗證，什麼操作都不做，函數註解對Python解釋器沒任何意義。 

    def f(ham:str,egg:str='eggs')->str:
      pass
    print(f.__annotations__)

#输出结果为：{'ham': <class 'str'>, 'egg': <class 'str'>, 'return': <class 'str'>}
取自「https://zh.wikibooks.org/w/index.php?title=Python/函数&oldid=179321」