到目前為止，我們已經學習了基本的數據類型、集合類型以及控制程序流程的條件語句和循環。隨著程序越來越復雜，我們可能會發現自己反復編寫相同的代碼塊來執行特定任務。這不僅低效，還會導致代碼難以閱讀和維護。

函數就是解決這個問題的重要工具。它們允許我們將一段代碼封裝起來，賦予一個名字，然后在需要的時候多次調用。本篇博客將深入講解如何定義自己的函數、如何調用它們，以及如何使用 return 語句從函數中獲取結果。

為什么要使用函數？

使用函數的好處多多：

1. 代碼重用 (Reusability): 避免重復編寫相同的代碼塊。遵循 DRY (Don’t Repeat Yourself) 原則。
2. 模塊化 (Modularity): 將程序分解成更小、更易于管理和理解的部分。每個函數負責一個特定的任務。
3. 提高可讀性 (Readability): 通過有意義的函數名，代碼變得更容易理解其目的。
4. 易于維護和調試 (Maintainability & Debugging): 當需要修改或修復某個功能的代碼時，只需在一個地方（函數定義處）進行修改。如果出現錯誤，更容易定位問題在哪個函數中。

函數的定義 (def)

在 Python 中，使用 def 關鍵字來定義一個函數。定義函數的基本結構如下：

def function_name(parameter1, parameter2, ...):"""這里是函數的文檔字符串 (Docstring)。解釋函數的功能、參數和返回值。"""# 函數體 - 執行任務的代碼塊# ...# return value # 可選的返回值

• def 關鍵字: 標記著一個函數的定義開始。
• function_name: 函數的名字。需要遵循 Python 的命名規則（通常使用小寫字母和下劃線 _ 組合，稱為 snake_case）。函數名應該能夠清晰地表明函數的功能。
• 圓括號 (): 緊跟在函數名后面。里面可以包含參數 (Parameters)，用于接收外部傳遞進來的數據。如果沒有參數，圓括號也不能省略。
• 冒號 :: 標記著函數頭部的結束，函數體即將開始。
• 文檔字符串 (Docstring): 使用三引號 """ """ 或 ''' ''' 包圍起來的一段文本。它應該在函數頭部的下一行，用于詳細說明函數的作用。這是 Python 的一個重要特性，可以通過 help(function_name) 或 function_name.__doc__ 查看。編寫良好的文檔字符串是好習慣。
• 函數體: 縮進的代碼塊，包含了函數執行的實際操作。
• return 語句: 用于指定函數執行完畢后返回給調用者的值。是可選的。

示例： 定義一個簡單的函數，它不接受參數，也不返回值，只打印一條消息。

def greet():"""這是一個簡單的打招呼函數。"""print("Hello, welcome to Python functions!")print("This function does not take arguments and does not return a value.")

上面的代碼只是定義了一個函數，它還沒有被執行。

函數的調用

定義函數后，要讓它執行里面的代碼，就需要調用它。調用函數非常簡單，只需要使用函數名后面加上圓括號 () 即可。如果函數定義時有參數，調用時需要在圓括號中提供相應的實參 (Arguments)。

# 調用上面定義的 greet 函數
greet()
greet() # 函數可以被多次調用

輸出：

Hello, welcome to Python functions!
This function does not take arguments and does not return a value.
Hello, welcome to Python functions!
This function does not take arguments and does not return a value.

函數參數 (Parameters vs Arguments)

• 參數 (Parameters): 在函數定義時，圓括號中列出的變量名。它們是函數內部使用的占位符，代表函數期望接收的數據。
• 實參 (Arguments): 在函數調用時，傳遞給函數參數的實際值。

# 定義一個接受一個參數的函數
def greet_person(name):"""向指定名字的人打招呼。Args:name: 要打招呼的人的名字 (字符串)。"""print(f"Hello, {name}!")# 調用函數，并傳遞實參
greet_person("Alice") # "Alice" 是傳遞給 name 參數的實參
greet_person("Bob")   # "Bob" 是傳遞給 name 參數的實參

輸出：

Hello, Alice!
Hello, Bob!

一個函數可以有多個參數，調用時需要按照參數定義的順序傳遞實參。

# 定義一個接受兩個參數的函數
def add_numbers(a, b):"""計算兩個數字的和。Args:a: 第一個數字。b: 第二個數字。"""sum_result = a + bprint(f"{a} + {b} = {sum_result}")# 調用函數，傳遞兩個實參
add_numbers(5, 3)     # a=5, b=3
add_numbers(10, 20)   # a=10, b=20

輸出：

5 + 3 = 8
10 + 20 = 30

調用帶有參數的函數時，必須提供正確數量的實參（對于目前我們學習的必需參數）。

返回值 (return)

函數的一個重要作用是執行計算并將結果返回給調用者。使用 return 語句來實現。

• return value: 函數執行到 return 語句時，會立即停止執行，并將 value 返回給調用者。
• 如果函數沒有 return 語句，或者只有不帶值的 return，它會隱式地返回特殊的值 None。
• None 是 Python 中表示“無”或“空”的一個特殊對象。

# 定義一個函數，使用 return 返回計算結果
def multiply(x, y):"""計算兩個數字的乘積并返回結果。Args:x: 第一個數字。y: 第二個數字。Returns:兩個數字的乘積。"""product = x * yreturn product # 返回計算得到的乘積# 調用函數，并用變量接收返回值
result = multiply(4, 6)
print(f"乘積是: {result}") # 輸出: 乘積是: 24another_result = multiply(2.5, 4)
print(f"另一個乘積是: {another_result}") # 輸出: 另一個乘積是: 10.0

注意： return 語句一旦執行，函數就會結束。return 后面的代碼將不會被執行。

def example_return(num):if num > 10:return "大于 10" # 如果 num > 10，函數在這里結束print("數字不大于 10") # 如果 num <= 10，這行會執行return "小于或等于 10" # 然后返回這個值print(example_return(15)) # 輸出: 大于 10
print(example_return(8))  # 輸出: 數字不大于 10\n小于或等于 10

隱式返回 None:

def print_message(msg):"""只打印消息，沒有 return 語句。"""print(msg)# 隱式地返回 Nonereturn_value = print_message("Hello")
print(f"函數返回的值是: {return_value}") # 輸出: Hello\n函數返回的值是: None

返回多個值:

Python 函數可以看似返回多個值，實際上，它是將多個值封裝在一個元組 (tuple) 中返回。

def get_name_and_age():"""返回名字和年齡。"""name = "Charlie"age = 25return name, age # 實際上返回 ('Charlie', 25)info = get_name_and_age()
print(f"獲取到的信息是: {info}")      # 輸出: 獲取到的信息是: ('Charlie', 25)
print(f"類型是: {type(info)}")       # 輸出: 類型是: <class 'tuple'># 可以使用元組解包來分別獲取返回值
person_name, person_age = get_name_and_age()
print(f"名字: {person_name}, 年齡: {person_age}") # 輸出: 名字: Charlie, 年齡: 25

變量作用域 (簡要了解)

在函數內部定義的變量（包括參數）通常是局部變量 (Local Variables)。它們只存在于函數執行期間，函數結束后就會被銷毀，在函數外部無法訪問。

def my_function():x = 10 # x 是局部變量print(f"函數內部的 x: {x}")my_function()
# print(x) # 這會引發 NameError，因為 x 在函數外部不存在

全局變量（在函數外部定義的變量）可以在函數內部訪問，但不建議在函數內部直接修改全局變量，除非使用 global 關鍵字（但這通常是初學者應盡量避免的高級用法）。將數據通過參數傳遞進函數，通過返回值傳出，是更好的實踐。

總結

函數是 Python 中組織代碼、實現重用和模塊化的核心工具。本篇我們學習了：

• 使用 def 關鍵字定義函數。
• 理解參數 (Parameters) 和實參 (Arguments) 的區別。
• 如何調用函數來執行其代碼。
• 使用 return 語句從函數中返回一個或多個值。
• 函數沒有顯式返回值時默認返回 None。
• 函數內部變量的局部作用域概念。
• 編寫文檔字符串說明函數功能。

練習題

嘗試獨立完成以下練習題，并通過答案進行對照：

1. 簡單函數定義與調用:

   • 定義一個函數 print_hello()，它不接受參數，只打印 “Hello, Python!”。調用這個函數。

2. 帶參數的函數:

   • 定義一個函數 say_greeting(name)，它接受一個字符串參數 name，并打印 “Hello, [name]!”。調用這個函數，傳入你的名字。

3. 帶返回值的函數:

   • 定義一個函數 calculate_square(number)，它接受一個數字參數 number，計算并返回這個數字的平方。調用這個函數，并打印返回值。
   • 定義一個函數 is_even(number)，它接受一個整數參數 number，如果數字是偶數返回 True，否則返回 False。調用這個函數測試幾個數字。

4. 返回多個值的函數:

   • 定義一個函數 divide_and_remainder(a, b)，它接受兩個數字 a 和 b，計算 a 除以 b 的商和余數，并同時返回這兩個結果（作為一個元組）。調用這個函數，并使用元組解包分別獲取商和余數，然后打印。

5. 結合循環和條件的函數:

   • 定義一個函數 count_vowels(text)，它接受一個字符串參數 text，遍歷字符串，統計其中元音字母（a, e, i, o, u，不區分大小寫）的數量，并返回數量。調用這個函數測試一些字符串。

6. 帶文檔字符串的函數:

   • 為你前面定義的任何一個函數添加一個清晰的文檔字符串，說明其功能、參數和返回值。然后使用 help() 函數查看你寫的文檔。

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練習題答案

1. 簡單函數定義與調用:

# 1. 簡單函數定義與調用
def print_hello():"""打印一條簡單的問候信息。"""print("Hello, Python!")# 調用函數
print_hello()

2. 帶參數的函數:

# 2. 帶參數的函數
def say_greeting(name):"""向指定名字的人打招呼。Args:name: 要打招呼的人的名字 (字符串)。"""print(f"Hello, {name}!")# 調用函數
say_greeting("Alice")
say_greeting("Bob")

3. 帶返回值的函數:

# 3.1 計算平方并返回
def calculate_square(number):"""計算并返回一個數字的平方。Args:number: 需要計算平方的數字。Returns:number 的平方。"""return number ** 2# 調用并打印返回值
result1 = calculate_square(5)
print(f"5 的平方是: {result1}")result2 = calculate_square(3.5)
print(f"3.5 的平方是: {result2}")# 3.2 判斷奇偶數并返回布爾值
def is_even(number):"""判斷一個整數是否是偶數。Args:number: 需要判斷的整數。Returns:如果數字是偶數返回 True，否則返回 False。"""return number % 2 == 0# 調用并測試
print(f"4 是偶數嗎? {is_even(4)}")
print(f"7 是偶數嗎? {is_even(7)}")
print(f"0 是偶數嗎? {is_even(0)}")

4. 返回多個值的函數:

# 4. 返回多個值的函數
def divide_and_remainder(a, b):"""計算兩個數字的商和余數。Args:a: 被除數。b: 除數 (不能為 0)。Returns:一個包含商和余數的元組 (quotient, remainder)。如果 b 為 0，返回 None。"""if b == 0:print("錯誤: 除數不能為零。")return None # 或者根據需要處理錯誤quotient = a // b  # 整數除法獲取商remainder = a % b   # 獲取余數return quotient, remainder # 返回一個元組# 調用并解包返回值
result_tuple = divide_and_remainder(10, 3)if result_tuple is not None: # 檢查返回值是否為 Nonequotient, remainder = result_tuple # 元組解包print(f"10 除以 3 的商是: {quotient}, 余數是: {remainder}")divide_and_remainder(5, 0) # 測試除數為零的情況

5. 結合循環和條件的函數:

# 5. 結合循環和條件的函數
def count_vowels(text):"""統計字符串中元音字母的數量。Args:text: 輸入的字符串。Returns:字符串中元音字母 (a, e, i, o, u, 不區分大小寫) 的數量。"""vowels = "aeiouAEIOU" # 元音字母集合vowel_count = 0for char in text: # 遍歷字符串中的每個字符if char in vowels: # 檢查字符是否在元音字母集合中vowel_count += 1return vowel_count# 調用并測試
sentence1 = "Hello World"
count1 = count_vowels(sentence1)
print(f"'{sentence1}' 中的元音字母數量: {count1}")sentence2 = "Python Programming"
count2 = count_vowels(sentence2)
print(f"'{sentence2}' 中的元音字母數量: {count2}")

6. 帶文檔字符串的函數:

選擇上面任意一個函數，確保你已經添加了文檔字符串，然后運行以下代碼：

# 假設你已經為 calculate_square 函數添加了文檔字符串
# 運行以下代碼查看文檔
help(calculate_square)# 或者直接訪問 __doc__ 屬性
print("\n--- 通過 __doc__ 屬性訪問文檔字符串 ---")
print(calculate_square.__doc__)

運行 help(calculate_square) 應該會輸出你為 calculate_square 函數編寫的文檔字符串內容（通常會格式化得更漂亮）。

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