Python函数和代码复用

知识点

• 函数的定义和使用
• 函数的参数传递: 可选参数传递、参数名称传递、函数的返回值
• 变量的作用域: 局部变量和全局变量

知识导图

1、函数的基本使用

1.1 函数的定义

• 函数是一段具有特定功能的、可重用的语句组，通过函数名来表示和调用。经过定义，一组语句等价于一个函数，在需要使用这组语句的地方，直接调用函数名称即可。
• 因此，函数的使用包括两部分：函数的定义和函数的使用。
• 函数是一种功能抽象。
• Python定义一个函数使用def保留字，语法形式如下：

def <函数名>(<参数列表>):

​ <函数体>

​ return <返回值列表>

• 函数名可以是任何有效的Python标识符
• 参数列表是调用该函数时传递给它的值，可以有零个、一个或多个，当传递多个参数时各参数由逗号分隔，当没有参数时也要保留圆括号。
• 函数体是函数每次被调用时执行的代码，由一行或多行语句组成。

# 定义一个对整数n求阶乘的函数
def fact(n):
    s = 1
    for i in range(1, n+1):
        s *= i
    return s
n = int(input("输入一个整数："))
print(fact(n))

• 如果需要返回值，使用保留字return和返回值列表。函数可以没有return语句，函数体结束后会将控制权返回给调用者。

1.2 函数的使用

• 定义后的函数不能直接运行，需要经过“调用”才能运行。调用函数的基本方法如下：

<函数名>(<实际赋值参数列表>)

#定义一个对整数n求阶乘的函数
def fact(n):
    s = 1
    for i in range(1, n+1):
        s *= i
    return s
# 调用整数阶乘的函数
print(fact(20))

• 具体来说，函数的使用一共分为四个步骤：

  \1. 函数定义

使用def保留字将一段代码定义为函数，需要确定函数的名字、参数的名字、参数的个数，使用参数名称作为形式参数（占位符）编写函数内部的功能代码。

\2. 函数调用

通过函数名调用函数功能，对函数的各个参数赋予实际值，实际值可以是实际数据，也可以是在调用函数前已经定义过的变量。

3.函数执行

函数被调用后，使用实际参数（赋予形式参数的实际值）参与函数内部代码的运行，如果有结果则进行输出。

4.函数返回

函数执行结束后，根据return保留字的指示决定是否返回结果，如果返回结果，则结果将被放置到函数被调用的位置，函数使用完毕，程序继续运行。

2、函数的参数传递

2.1 可选参数传递

• 函数的参数在定义时可以指定默认值，当函数被调用时，如果没有传入对应的参数值，则使用函数定义时的默认值替代，函数定义时的语法形式如下：

def <函数名>(<非可选参数列表>, <可选参数> = <默认值>):

​ <函数体>

​ return <返回值列表>

• 需要注意，可选参数一般都放置在非可选参数的后面，即定义函数时，先给出所有非可选参数，然后再分别列出每个可选参数及对应的默认值。

def multiply(x, y = 10):
    print(x*y)
multiply(99)
# 990
multiply(99, 2)
# 198

2.2 参数名称传递

• Python语言同时支持函数按照参数名称方式传递参数，语法形式如下：

<函数名>(<参数名> = <实际值>)

def multiply(x, y = 10):
    print(x*y)
multiply(x = 99)
# 990
multiply(y = 2, x = 99)
# 198

2.3 函数的返回值

• return语句用来结束函数并将程序返回到函数被调用的位置继续执行。
• return语句可以出现在函数中的任何部分，同时可以将0个、1个或多个函数运算的结果返回给函数被调用处的变量。

def multiply(x, y = 10):
    return x*y
s = multiply(99, 2)
print(s)
# 198

• 函数可以没有return，此时函数并不返回值。当函数使用return返回多个值，可以使用一个变量或多个变量保存结果。

def multiply(x, y = 10):
        return x*y, x+y
s = multiply(99, 2)
print(s)
# (198, 101)
a,b = multiply(99, 2)
print(a)
# 198
print(b)
# 101

3、变量的作用域

• 根据程序中变量所在的位置和作用范围，变量分为局部变量和全局变量。
• 局部变量仅在函数内部，且作用域也在函数内部，全局变量的作用域跨越多个函数。

3.1 局部变量

• 局部变量指在函数内部使用的变量，仅在函数内部有效，当函数退出时变量将不再存在。

def multiply(x, y = 10):
        z = x*y # z是函数内部的局部变量
        return z
s = multiply(99, 2)
print(s)
# 198
print(z)
'''
Traceback (most recent call last):
   File "", line 1, in 
      print(z)
NameError: name 'z' is not defined'''

• 变量z是函数multiple()内部使用的变量，当函数调用后，变量z将不存在。

3.2 全局变量

• 全局变量指在函数之外定义的变量，在程序执行全过程有效。全部变量在函数内部使用时，需要提前使用保留字global声明，语法形式如下：

global <全局变量>

n = 2 #n是全局变量
def multiply(x, y = 10):
        global n
        return x*y*n # 使用全局变量n
s = multiply(99, 2)
print(s)
# 396

• 上例中，变量n是全局变量，在函数multiply()中使用时需要在函数内部使用global声明，定义后即可使用。
• 如果未使用保留字global声明，即使名称相同，也不是全局变量。

n = 2 #n是全局变量
def multiply(x, y = 10):
        n = x*y
        return n # 此处的n不是全局变量
s = multiply(99, 2)
print(s)
# 198
print(n) #不改变外部全局变量的值
# 2

4、代码复用

• 函数是程序的一种基本抽象方式，它将一系列代码组织起来通过命名供其他程序使用。
• 函数封装的直接好处是代码复用，任何其他代码只要输入参数即可调用函数，从而避免相同功能代码在被调用处重复编写。代码复用产生了另一个好处，当更新函数功能时，所有被调用处的功能都被更新。
• 模块化设计指通过函数的封装功能将程序划分成主程序、子程序和子程序间关系的表达。模块化设计是使用函数设计程序的思考方法，以功能块为基本单位，一般有两个基本要求：

紧耦合：尽可能合理划分功能块，功能块内部耦合紧密；

松耦合：模块间关系尽可能简单，功能块之间耦合度低。

• 耦合性指程序结构中各模块之间相互关联的程度，它取决于各模块间接口的复杂程度和调用方式。
• 紧耦合指模块或系统间关系紧密，存在较多或复杂的相互调用。紧耦合的缺点在于更新一个模块可能导致其它模块变化，复用较困难。
• 松耦合一般基于消息或协议实现，系统间交互简单。
• 使用函数只是模块化设计的必要非充分条件，根据计算需求合理划分函数十分重要。一般来说，完成特定功能或被经常复用的一组语句应该采用函数来封装，并尽可能减少函数间参数和返回值的数量。

5、实例解析：软文的诗词风

• 软文的诗词风将原有文章根据标点符号重新切分成短句并居中排版，对小屏幕阅读十分有利。使用程序将普通文章变成软文的诗词风十分有趣

txt = '''
人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。
天生我材必有用，千金散尽还复来。
'''
linewidth = 30 # 预定的输出宽度

def lineSplit(line):
    plist = [',', '!', '?', '，', '。', '！', '？']
    for p in plist:
        line = line.replace(p, '\n')
    return line.split('\n')

def linePrint(line):
    global linewidth
    print(line.center(linewidth, chr(12288)))

newlines = lineSplit(txt)
for newline in newlines:
    linePrint(newline)

• 原始文本使用变量txt保存，程序运行效果如下。

>>>
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　人生得意须尽欢　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　莫使金樽空对月　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　天生我材必有用　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　千金散尽还复来　

原始文本使用变量txt保存，程序运行效果如下。

txt = '''
三国演义 上卷
罗贯中

滚滚长江东逝水，浪花淘尽英雄。是非成败转头空。青山依旧在，几度夕阳红。
白发渔樵江渚上，惯看秋月春风。一壶浊酒喜相逢。古今多少事，都付笑谈中。
--调寄《临江仙》
第一回 宴桃园豪杰三结义 斩黄巾英雄首立功
话说天下大势，分久必合，合久必分。周末七国分争，并入于秦。及秦灭之后，
楚、汉分争，又并入于汉。汉朝自高祖斩白蛇而起义，一统天下，后来光武中兴，
传至献帝，遂分为三国。
'''
linewidth = 30 # 预定的输出宽度

def lineSplit(line):
    plist = [',', '!', '?', '，', '。', '！', '？']
    for p in plist:
        line = line.replace(p, '\n')
    return line.split('\n')

def linePrint(line):
    global linewidth
    print(line.center(linewidth, chr(12288)))

newlines = lineSplit(txt)
for newline in newlines:
    linePrint(newline)

>>>
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　三国演义 上卷　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　罗贯中　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　滚滚长江东逝水　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　浪花淘尽英雄　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　是非成败转头空　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　青山依旧在　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　几度夕阳红　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　白发渔樵江渚上　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　惯看秋月春风　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　一壶浊酒喜相逢　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　古今多少事　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　都付笑谈中　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　--调寄《临江仙》　

　       第一回 宴桃园豪杰三结义 斩黄巾英雄首立功　　　　
　　　　　　　　　　　　话说天下大势　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　分久必合　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　合久必分　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　周末七国分争　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　并入于秦　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　及秦灭之后　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　楚、汉分争　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　又并入于汉　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　汉朝自高祖斩白蛇而起义　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　一统天下　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　后来光武中兴　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　传至献帝　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　遂分为三国　　　　

• 当每句长度超过变量linewdith后，显示效果并不好。这需要修改函数linePrint()，当一个短句行数超过限制时，分行居中显示。

txt = '''
三国演义 上卷
罗贯中

滚滚长江东逝水，浪花淘尽英雄。是非成败转头空。青山依旧在，几度夕阳红。
白发渔樵江渚上，惯看秋月春风。一壶浊酒喜相逢。古今多少事，都付笑谈中。
--调寄《临江仙》
第一回 宴桃园豪杰三结义 斩黄巾英雄首立功
话说天下大势，分久必合，合久必分。周末七国分争，并入于秦。及秦灭之后，
楚、汉分争，又并入于汉。汉朝自高祖斩白蛇而起义，一统天下，后来光武中兴，
传至献帝，遂分为三国。
'''
def linePrint(line):
    global linewidth
    while len(line) > linewidth:
        print(line[0:linewidth])
        line = line[linewidth:]
    print(line.center(linewidth, chr(12288)))
    
linewidth = 30 # 预定的输出宽度

def lineSplit(line):
    plist = [',', '!', '?', '，', '。', '！', '？']
    for p in plist:
        line = line.replace(p, '\n')
    return line.split('\n')


newlines = lineSplit(txt)
for newline in newlines:
    linePrint(newline)   

小结

讲解了函数的基本使用方法，包括函数的定义和调用。进一步具体讲解了函数的参数传递方法和变量的作用域，包括可选参数传递、参数名称传递和函数的返回值，初步介绍了函数的作用和代码复用。通过软文的诗词风实例帮助读者理解函数的定义和使用。

古代的诗词歌赋是填词怡情，当代的诗词歌赋则是风格怡情，快来造个自己风格吧？！