四、Python的程序結構與函數

4.4 函數

函數能將代碼劃分為若干模塊，每一個模塊可以相對獨立的實現某一個功能，函數有兩個主要功能，分別是降低編程難度和實現代碼復用，函數是一種功能抽象，復用它可以將一個復雜的大問題分解為一系列簡單的小問題，小問題再分解成更小的問題，是一種分而治之的思想運用。

4.4.1 函數定義

函數的定義即函數功能的實現過程，包含函數頭與函數體兩部分。使用def關鍵字定義函數，后跟函數名、參數和冒號。函數體縮進。
語法格式如下：

def 函數名(參數1,參數2):函數體return 返回值列表
其中，關鍵要點包括：
def:關鍵字，標志著函數的開始。
函數名：函數的唯一標識。
參數：參數列表中的參數是形式參數，形參只在函數體中有效。
形文檔字符串：在函數體開始的第一個語句通常是一個字符串，用于描述函數的作用、參數、返回值等信息。
冒號：用于標記函數體的開始。
函數體：函數體包含了實現函數功能的代碼塊，由一行或多行代碼組成。
返回值：標志函數的結束，將返回值賦給函數的調用者，可選的返回一個值，如果沒有return，函數將返回none。

4.4.2 函數調用

函數被定義好之后不會立即執行，只有被程序調用時才會執行。
語法格式：
函數名（實參）
調用時，參數列表中給出實際要傳入函數內部的參數，這類參數稱為實際參數，即實參，實參可以是變量、常量、表達式、函數等。

4.4.3 參數傳遞

Python中函數的參數傳遞是指實參傳遞給形參的過程。python中函數支持以多種方式傳遞參數，包括位置傳遞，關鍵字傳遞，默認值傳遞，包裹傳遞，解包裹傳遞以及混合傳遞。

## 1. 位置傳遞（Positional Arguments）位置傳遞是最基本的參數傳遞方式，參數按照函數定義時的位置順序依次傳遞給函數。**示例：**```python
def greet(first_name, last_name):print(f"Hello, {first_name} {last_name}")greet("John", "Doe")  # Hello, John Doe
markdown2. 關鍵字傳遞（Keyword Arguments）關鍵字傳遞允許調用者明確指定參數的名稱和值，這樣就不必關心參數的順序。示例：def greet(first_name, last_name):print(f"Hello, {first_name} {last_name}")greet(last_name="Doe", first_name="John")  # Hello, John Doe
python3. 默認值傳遞（Default Argument Values）在函數定義時，可以為參數設置默認值。當調用函數時如果沒有傳遞該參數，則使用默認值。示例：def greet(name, greeting="Hello"):print(f"{greeting}, {name}")greet("John")  # Hello, John
greet("Jane", greeting="Hi")  # Hi, Jane
python4. 包裹傳遞（Variable-Length Non-Keyword Arguments, *args）使用星號(*)前綴的參數可以收集所有額外的位置參數，并將它們作為元組傳遞給函數。示例：def sum_all(*numbers):return sum(numbers)print(sum_all(1, 2, 3, 4))  # 10
python5. 解包裹傳遞（Unpacking, * for lists/tuples and ** for dictionaries）解包裹允許將一個列表、元組或字典解包成多個參數。示例：def greet(name, greeting):print(f"{greeting}, {name}")args = ["John", "Hello"]
greet(*args)  # Hello, Johnkwargs = {"name": "Jane", "greeting": "Hi"}
greet(**kwargs)  # Hi, Jane
python6. 可變關鍵字參數傳遞（Variable-Length Keyword Arguments, **kwargs）雙星號(**)前綴的參數可以收集所有額外的關鍵字參數，并將它們作為字典傳遞給函數。示例：def describe_person(name, **details):print(f"{name}:")for key, value in details.items():print(f"  {key}: {value}")describe_person("Alice", age=30, job="Engineer")  # Alice:#   age: 30#   job: Engineer
python7. 混合傳遞函數可以同時接受位置參數、關鍵字參數、默認值參數、可變參數等。示例：def describe_person(name, age, job=None, **details):print(f"{name} is a {age}-year-old {job or 'person'}:")for key, value in details.items():print(f"  {key}: {value}")describe_person("Bob", 25, job="Developer", city="New York", hobby="Coding")

4.4.4 函數返回值（Return Values）

在Python中，函數可以通過return󠁪語句來返回一個或多個值。如果函數沒有顯式地返回任何值，則默認返回None󠁪。返回值可以是任何數據類型，包括基本類型（如整數、字符串）、復雜類型（如列表、字典）甚至是自定義對象。示例：

def add(a, b):return a + bresult = add(3, 4)
print(result)  # 輸出：7def get_user_info(name, age):return {"name": name,"age": age}user = get_user_info("Alice", 30)
print(user)  # 輸出：{'name': 'Alice', 'age': 30}

4.4.5 python函數作用域（Scope）

函數作用域決定了變量的可見性和生命周期。Python中有以下幾種作用域：1. 局部作用域（Local Scope）：在函數內部定義的變量僅在該函數內部可見。函數執行完畢后，這些變量會被銷毀。

def my_function():local_var = 5print(local_var)  # 可以訪問local_varmy_function()  # 輸出：5
print(local_var)  # 錯誤：NameError: name 'local_var' is not defined
python1. 全局作用域（Global Scope）：在函數外部定義的變量擁有全局作用域，整個文件內都可以訪問，除非在函數內部被重新定義為局部變量。global_var = 10def access_global():print(global_var)access_global()  # 輸出：10def modify_global():global global_var  # 使用global關鍵字聲明使用全局變量global_var = 20modify_global()
print(global_var)  # 輸出：20
python1. 內置作用域（Built-in Scope）：包含Python內置的名稱（如len󠁪, range󠁪, str󠁪等），這些名稱在任何地方都可以直接訪問。2. 非局部作用域（Non-local Scope/Enclosing Scope）：當一個函數嵌套在另一個函數內時，外層函數內的變量對內層函數而言是非局部變量。使用nonlocal󠁪關鍵字可以在內層函數中修改外層函數的變量。def outer():enclosed_var = 100def inner():nonlocal enclosed_varenclosed_var = 200print(enclosed_var)inner()print(enclosed_var)  # 輸出也會是200，因為inner函數修改了enclosed_varouter()

python理解函數作用域對于編寫清晰、可維護的代碼至關重要，它幫助我們控制變量的可見范圍，避免命名沖突。

4.5 匿名函數（Lambda Functions）

匿名函數，通常被稱為lambda函數，在Python中是一種簡潔的方式用于定義小型、一次性使用的函數。這種函數不需要使用def󠁪關鍵字來定義，而是使用lambda󠁪關鍵字。lambda函數的主要用途是在需要小函數的地方，特別是在作為參數傳遞給高階函數時，如map()󠁪, filter()󠁪, sorted()󠁪等。

語法：lambda arguments: expression
python示例：# 使用lambda函數進行平方計算
square = lambda x: x ** 2
print(square(5))  # 輸出：25

使用lambda函數對列表進行排序

students = [("Alice", 28), ("Bob", 22), ("Charlie", 30)]
students.sort(key=lambda student: student[1])
print(students)  # 輸出：[('Bob', 22), ('Alice', 28), ('Charlie', 30)]

4.6 模塊化編程

模塊化編程是一種將程序分解成獨立部分的方法，每個部分負責特定的功能。在Python中，模塊就是包含Python定義和語句的文件。通過將代碼組織成模塊，可以提高代碼的可讀性、可重用性和可維護性。

創建模塊： 創建一個.py󠁪文件即為創建一個模塊，例如math_operations.py󠁪。模塊內容示例：# math_operations.py
def add(a, b):return a + bdef subtract(a, b):return a - b
python導入模塊： 使用import󠁪語句可以導入模塊，然后調用其中的函數。導入示例：import math_operationsresult = math_operations.add(5, 3)
print(result)  # 輸出：8result = math_operations.subtract(10, 4)
print(result)  # 輸出：6
python從模塊導入特定函數： 使用from ... import ...󠁪語句可以直接導入模塊中的特定函數，而無需每次調用時都加上模塊名前綴。導入特定函數示例：from math_operations import add, subtractresult = add(7, 2)
print(result)  # 輸出：9result = subtract(15, 5)
print(result)  # 輸出：10
python使用as關鍵字給模塊或函數起別名： 可以使用as󠁪關鍵字給導入的模塊或函數起別名，簡化調用過程。別名示例：import math_operations as moresult = mo.add(8, 2)
print(result)  # 輸出：10from math_operations import add as a, subtract as sresult = a(9, 3)
print(result)  # 輸出：12result = s(18, 8)
print(result)  # 輸出：10

python模塊化編程是Python編程中的一項重要技能，它有助于保持代碼的整潔和高效，同時也便于團隊協作和代碼復用。