前言

Python是一種強大且易于學習的編程語言。通過這個21天的計劃，我們將逐步深入函數簡單介紹。無論你是初學者還是有一定基礎的開發者，這個計劃都將幫助你鞏固和擴展你的Python知識。

在學習本篇之前，我們先復習一下前面的內容：
21天Python計劃：Python下載和開發工具介紹
21天Python計劃：數據類型、字符編碼、文件處理
21天Python計劃：基礎語法與課外練習

一、函數知識體系

在Python編程中，函數是組織好的、可重復使用的、用來實現單一或相關聯功能的代碼段。函數的使用可以提高代碼的復用性和可維護性，使代碼結構更加清晰。Python中的函數知識體系主要包括函數的定義、調用、參數傳遞、返回值等基礎內容，以及函數對象、嵌套函數、名稱空間與作用域、裝飾器等高級特性，還有迭代器、生成器、面向過程編程等相關概念，以及一些特殊的表達式和編程技巧，如三元表達式、列表推導式、生成器表達式、遞歸、匿名函數和內置函數等。

二、函數基礎

函數的定義和調用

在Python中，使用def關鍵字來定義函數，函數定義的基本語法如下：

# 定義一個簡單的函數，用于打印問候語
def greet():"""這是一個簡單的函數，用于打印問候語"""print("Hello, World!")# 調用函數
greet()

函數參數

函數可以接受參數，參數分為位置參數、默認參數、可變參數和關鍵字參數。

# 定義一個帶有位置參數的函數
def add(a, b):"""計算兩個數的和:param a: 第一個數:param b: 第二個數:return: 兩數之和"""return a + b# 調用函數并傳入參數
result = add(3, 5)
print(result)# 定義一個帶有默認參數的函數
def power(x, n=2):"""計算x的n次方:param x: 底數:param n: 指數，默認值為2:return: x的n次方"""return x ** n# 調用函數時可以不傳入默認參數
print(power(3))
# 也可以傳入新的參數值
print(power(3, 3))# 定義一個帶有可變參數的函數
def sum_numbers(*numbers):"""計算多個數的和:param numbers: 可變參數，接收多個數值:return: 所有數的和"""total = 0for num in numbers:total += numreturn total# 調用函數時可以傳入任意數量的參數
print(sum_numbers(1, 2, 3, 4))# 定義一個帶有關鍵字參數的函數
def person_info(name, age, **kwargs):"""打印個人信息:param name: 姓名:param age: 年齡:param kwargs: 關鍵字參數，接收其他信息"""print(f"Name: {name}, Age: {age}")for key, value in kwargs.items():print(f"{key}: {value}")# 調用函數時可以傳入關鍵字參數
person_info("Alice", 25, city="New York", job="Engineer")

三、函數對象、函數嵌套、名稱空間與作用域、裝飾器

函數對象

在Python中，函數也是對象，可以賦值給變量，也可以作為參數傳遞給其他函數，還可以作為返回值返回。

# 定義一個函數
def say_hello():print("Hello!")# 將函數賦值給變量
greet_func = say_hello
# 調用變量指向的函數
greet_func()# 定義一個高階函數，接收一個函數作為參數
def call_function(func):func()# 調用高階函數，傳入函數對象
call_function(say_hello)

函數嵌套

函數內部可以定義另一個函數，這就是函數嵌套。

def outer_function():print("This is the outer function.")def inner_function():print("This is the inner function.")# 調用內部函數inner_function()# 調用外部函數
outer_function()

名稱空間與作用域

名稱空間是Python中存儲變量名和對象之間映射關系的地方，作用域則決定了變量的可見性和生命周期。Python中有全局作用域和局部作用域。

# 全局變量
global_variable = 10def test_scope():# 局部變量local_variable = 20print(f"Global variable: {global_variable}")print(f"Local variable: {local_variable}")# 調用函數
test_scope()
# 嘗試訪問局部變量會報錯
# print(local_variable)

裝飾器

裝飾器是一種特殊的函數，用于修改其他函數的行為。

# 定義一個裝飾器函數
def my_decorator(func):def wrapper():print("Before function call")func()print("After function call")return wrapper# 定義一個被裝飾的函數
@my_decorator
def say_hi():print("Hi!")# 調用被裝飾的函數
say_hi()

四、迭代器、生成器、面向過程編程

迭代器

迭代器是一個可以記住遍歷位置的對象，使用iter()和next()函數可以實現迭代器。

# 定義一個列表
my_list = [1, 2, 3, 4, 5]
# 創建迭代器對象
my_iterator = iter(my_list)
# 使用next()函數獲取迭代器的下一個元素
print(next(my_iterator))
print(next(my_iterator))

生成器

生成器是一種特殊的迭代器，使用yield關鍵字來定義。

# 定義一個生成器函數
def my_generator():yield 1yield 2yield 3# 創建生成器對象
gen = my_generator()
# 遍歷生成器
for num in gen:print(num)

面向過程編程

面向過程編程是一種以過程為中心的編程思想，將問題分解為一個個步驟，通過函數來實現這些步驟。

# 定義一個函數用于計算圓的面積
def calculate_circle_area(radius):import mathreturn math.pi * radius ** 2# 調用函數計算圓的面積
radius = 5
area = calculate_circle_area(radius)
print(f"The area of the circle with radius {radius} is {area}")

五、三元表達式、列表推導式、生成器表達式、遞歸、匿名函數、內置函數

三元表達式

三元表達式是一種簡潔的條件判斷語句。

# 傳統的條件判斷
x = 10
if x > 5:result = "x is greater than 5"
else:result = "x is less than or equal to 5"# 使用三元表達式
result = "x is greater than 5" if x > 5 else "x is less than or equal to 5"
print(result)

列表推導式

列表推導式是一種簡潔的創建列表的方法。

# 傳統的創建列表的方法
squares = []
for i in range(1, 6):squares.append(i ** 2)# 使用列表推導式
squares = [i ** 2 for i in range(1, 6)]
print(squares)

生成器表達式

生成器表達式與列表推導式類似，但使用圓括號，返回一個生成器對象。

# 使用生成器表達式
gen_expr = (i ** 2 for i in range(1, 6))
# 遍歷生成器
for num in gen_expr:print(num)

遞歸

遞歸是指函數調用自身的編程技巧。

# 定義一個遞歸函數，用于計算階乘
def factorial(n):if n == 0 or n == 1:return 1else:return n * factorial(n - 1)# 調用遞歸函數
print(factorial(5))

匿名函數

匿名函數是一種沒有名稱的函數，使用lambda關鍵字定義。

# 定義一個匿名函數
add = lambda a, b: a + b
# 調用匿名函數
print(add(3, 5))

內置函數

Python提供了許多內置函數，如len()、sum()、max()等。

my_list = [1, 2, 3, 4, 5]
# 使用內置函數計算列表的長度
length = len(my_list)
# 使用內置函數計算列表的和
total = sum(my_list)
# 使用內置函數找出列表中的最大值
maximum = max(my_list)
print(f"Length: {length}, Sum: {total}, Max: {maximum}")

六、函數草稿

在實際編程中，我們可能會先編寫一些函數草稿，用于測試和驗證想法。以下是一個簡單的函數草稿示例：

# 這是一個函數草稿，用于計算兩個數的乘積
def multiply(a, b):return a * b# 測試函數
result = multiply(4, 6)
print(result)

結語

通過這個21天的Python計劃，我們涵蓋了函數簡單介紹。希望這些內容能幫助你更好地理解和使用Python。繼續學習和實踐，你將成為一名優秀的Python開發者！