【30天python从零到一】---第六天：函数、变量作用域、函数的链式调用和递归调用

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一起加油，去追寻、去成为更好的自己！

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

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前言

    由于最近准备蓝桥杯，Python专栏也暂停更新了一段时间，之前也有小伙伴在催我更新，也是感谢小伙伴们的支持了，今天让我们一起来学习Python的函数、变量作用域、函数的链式调用和递归调用！

1、函数

1.1函数的定义？
    编程中的函数, 是一段可以重复使用的代码，用来独立的完成某个功能，它可以根据用户传递的数据实现相应的功能。

1.2python中的求数列，不用函数

# 求50 - 500的和
ans_n = 0
for i in range(50, 501):
    ans_n += i

print(ans_n) # 调用函数部分

# 求520 - 1314 的和

the_ans = 0;
for i in range(520, 1315):
    the_ans += i
print(the_ans)

可以发现, 这几组代码基本是相似的, 只有一点点差异. 可以把重复代码提取出来, 做成一个函数

1.3python求数列的和, 使用函数

# 定义一个求和函数
def count_sum(begin, end):
    ans = 0
    for i in range(begin, end+1):
        ans += i
    print(ans)

#调用函数
# 求50, 500的和
count_sum(50, 500)
# 求520 - 1314 的和
count_sum(520, 1314)

可以明显看到, 重复的代码已经被消除了。

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2、函数的语法格式和参数

创建函数/定义函数

def 函数名(形参列表):
    函数体
    return 返回值

调用函数/使用函数

函数名(实参列表)           // 不考虑返回值
返回值 = 函数名(实参列表)   // 考虑返回值

我们都知道函数定义并不会执行函数体内容, 必须要调用才会执行. 调用几次就会执行几次。

def test1():
    print('hello')
    
# 如果光是定义函数, 而不调用, 则不会执行.

函数必须先定义, 再使用

#调用函数
# 求50, 500的和
count_sum(50, 500)
# 求520 - 1314 的和
count_sum(520, 1314)
#调用函数
def count_sum(begin, end):
    ans = 0
    for i in range(begin, end+1):
        ans += i
    print(ans)

函数参数

在函数定义的时候, 可以在 ( ) 中指定 “形式参数” (简称 形参), 然后在调用的时候, 由调用者把 “实际参数” (简称 实参) 传递进去.
这样就可以做到一份函数, 针对不同的数据进行计算处理。

我们用之前的代码来分析：

def Sum(begin, end):
    thesum = 0
    for i in range(begin, end+1):
        thesum += i
    print(thesum)
    
# 求1 - 100的和
Sum(1, 100)

在上面代码中，begin, end 就是函数的参数， 1， 101， 就是函数的实参。

注意:

• 一个函数可以有一个形参, 也可以有多个形参, 也可以没有形参.
• 一个函数的形参有几个, 那么传递实参的时候也得传几个. 保证个数要匹配.
• 和 C++ / Java 不同, Python 是动态类型的编程语言, 函数的形参不必指定参数类型. 换句话说, 一个函数可以支持多种不同类型的参数

def test(a, b, c):
    print(a, b, c)
test(2000)

def fun(n):
    print(n)
fun(666)
fun('good')
fun('hello word')

程序输出

666
good
hello word

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3、函数返回值

函数的参数可以视为是函数的 “输入”, 则函数的返回值, 就可以视为是函数的 “输出” .

此处的 “输入”, “输出” 是更广义的输入输出, 不是单纯指通过控制台输入输出.

我们可以把函数想象成一个 “工厂”. 工厂需要买入原材料, 进行加工, 并生产出产品.

函数的参数就是原材料, 函数的返回值就是生产出的产品.

我们之前写的求一段区间和的函数代码可以转换成

def Sum(begin, end):
    sum = 0
    for i in range(beg, end + 1):
        sum += i
    return sum
result = Sum(1, 100)
print(result)

这两个代码的区别就在于, 前者直接在函数内部进行了打印, 后者则使用 return 语句把结果返回给函数调用者, 再由调用者负责打印。

我们一般倾向于第二种写法，就是有返回值的写法。
实际开发中我们的一个通常的编程原则, 是 “逻辑和用户交互分离”. 而第一种写法的函数中, 既包含了计算逻辑, 又包含了和用户交互(打印到控制台上). 这种写法是不太好的, 如果后续我们需要的是把计算结果保存到文件中, 或者通过网络发送, 或者展示到图形化界面里, 那么第一种写法的函数, 就难以胜任了.
而第二种写法则专注于做计算逻辑, 不负责和用户交互. 那么就很容易把这个逻辑搭配不同的用户交互代码, 来实现不同的效果.

• 一个函数中可以有多个 return 语句， 比如if语句里，如果括号内的条件是对的就返回一种，else返回另一个值
• 执行到 return 语句, 函数就会立即执行结束, 回到调用位置。
• 一个函数是可以一次返回多个返回值的. 是用来分割多个返回值

def getPoint():
    x = 10
    y = 20
    return x, y
a, b = getPoint()

• 如果只想关注其中的部分返回值, 可以使用 _ 来忽略不想要的返回值.

def getPoint():
    x = 10
    y = 20
    return x, y
_, b = getPoint()

4、变量作用域

分析一下代码：

def getPoint():
    x = 10
    y = 20
    return x, y
x, y = getPoint()

在这个代码中, 函数内部存在 x, y, 函数外部也有 x, y.
但是这两组 x, y 不是相同的变量, 而只是恰好有一样的名字.

变量只能在所在的函数内部生效.

在函数 get_point() 内部定义的 x, y 只是在函数内部生效. 一旦出了函数的范围, 这两个变量就不再生效了.

def get_point():
    x = 10
    y = 20
    return x, y

get_point()
print(x, y)

在不同的作用域中, 允许存在同名的变量。
虽然名字相同, 实际上是不同的变量。

x = 20
def test():
    x = 10
    print(f'函数内部 x = {x}')
test()
print(f'函数外部 x = {x}')

注意:

• 在函数内部的变量, 也称为 “局部变量”
• 不在任何函数内部的变量, 也称为 “全局变量”

如果函数内部尝试访问的变量在局部不存在, 就会尝试去全局作用域中查找。

如果是想在函数内部, 修改全局变量的值, 需要使用 global 关键字声明

x = 60
def Test1():
    global x
    x = 10
    print(f'函数内部 x = {x}')
Test1()
print(f'函数外部 x = {x}')

如果此处没有 global , 则函数内部的 x = 10 就会被视为是创建一个局部变量 x, 这样就和全局变量 x 不相关了.

if / while / for 等语句块不会影响到变量作用域
换而言之, 在 if / while / for 中定义的变量, 在语句外面也可以正常使用.

for i in range(1, 10):
    print(f'函数内部 i = {i}')
print(f'函数外部 i = {i}')

输出

函数内部 i = 1
函数内部 i = 2
函数内部 i = 3
函数内部 i = 4
函数内部 i = 5
函数内部 i = 6
函数内部 i = 7
函数内部 i = 8
函数内部 i = 9
函数外部 i = 9

函数执行过程

• 调用函数才会执行函数体代码. 不调用则不会执行.
• 函数体执行结束(或者遇到 return 语句), 则回到函数调用位置, 继续往下执行.

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5、函数的链式调用和递归调用

链式调用

把一个函数的返回值, 作为另一个函数的参数, 这种操作称为 链式调用。

# 判定是否是偶数
def fun(num):
    if num % 2 ！= 0:
        return False
    else:
        return True
  
ans = isOdd(2000)
print(ans)

实际上也可以简化写作

print(fun(2000))

嵌套调用

函数内部还可以调用其他的函数, 这个动作称为 “嵌套调用”

def test():
    print("执行函数内部代码")
    print("执行函数内部代码")
    print("执行函数内部代码")

test 函数内部调用了 print 函数, 这里就属于嵌套调用.

注意：一个函数里面可以嵌套调用任意多个函数。

函数嵌套的过程是非常灵活的.
代码示例：

def k1():
    print("函数 k1")
def k2():
    print("函数 k2")
    a()
def k3():
    print("函数 k3")
    b()
def k4():
    print("函数 k4")
    c()
d()

程序输出：

函数 k4
函数 k3
函数 k2
函数 k1

在Python中，使用特定的数据结构来表示函数之间的调用关系，称为函数调用堆栈每个函数调用，
将在调用堆栈中添加一个元素，称为堆栈帧

您可以通过PyCharm调试器查看函数调用堆栈和堆栈框架
在调试状态下，函数调用堆栈通常显示在PyCharm的左下角.

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函数递归

在我之前的文章中，不止一次提到过递归的问题，比如dfs算法，经典的斐波那契问题等等，所以递归即是嵌套调用 中的一种特殊情况, 即一个函数嵌套调用自己。

代码示例: 递归计算 10！

def fun(n):
    if n == 1:
        return 1
    return n * fun(n - 1)
asn_n = fun(10)
print(asn_n)

程序输出：

3628800

如上代码就是典型的递归操作. 在 fun函数内部, 又调用了 fun自身.

注意:

• 存在递归结束条件. 比如 if n == 1 就是结束条件. 当 n 为 1 的时候, 递归就结束了.
• 每次递归的时候, 要保证函数的实参是逐渐逼近结束条件的

如果不能满足上述条件，将发生“无限递归”这是一个典型的代码错误。

递归的优点

• 递归类似于 “数学归纳法” , 明确初始条件, 和递推公式, 就可以解决一系列的问题.。
• 递归代码往往代码通常来说比较短。

递归的缺点

• 递归代码往往难以理解, 很容易超出掌控范围
• 递归代码容易出现栈溢出的情况，递归是在栈上递归的，而且栈上的空间会比较小。
• 递归代码往往可以转换成等价的循环代码. 并且通常来说循环版本的代码执行效率要略高于递归版
  本

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总结

    文介绍了Python的函数、变量作用域、函数的链式调用和递归调用。函数是可重用的代码块，可以在程序中多次调用。变量作用域定义了变量的可见性和访问范围。链式调用使代码更简洁、易读。递归调用是一种函数调用自身的技术，可以解决某些问题，希望大家读后能够有所收获！