python入门笔记12——函数用法和底层分析（1）
函数用法和底层分析
函数是可重用的程序代码块。函数的作用，不仅可以实现代码的复用，更能实现代码的一致性。一致性指的是，只要修改函数的代码，则所有调用该函数的地方都能得到体现。
在编写函数时，只是对代码实现了封装，并增加了函数调用、传递参数、返回计算结果等内容。
函数简介
函数的基本概念
- 一个程序由一个个任务组成；函数就是代表一个任务或者一个功能。
- 函数是代码复用的通用机制。
Python 函数的分类
Python 中函数分为如下几类：
- 内置函数 我们前面使用的 str()、list()、len()等这些都是内置函数，我们可以拿来直接使用。
- 标准库函数 我们可以通过 import 语句导入库，然后使用其中定义的函数
- 第三方库函数 Python 社区也提供了很多高质量的库。下载安装这些库后，也是通过 import 语句导入，然后可以使用这些第三方库的函数
- 用户自定义函数 用户自己定义的函数，显然也是开发中适应用户自身需求定义的函数。
函数的定义和调用
核心要点
Python 中，定义函数的语法如下：
def 函数名 ([参数列表]) :
&’’‘文档字符串’’’
函数体/若干语句
要点：
- 我们使用 def 来定义函数，然后就是一个空格和函数名称。
(1) Python 执行 def 时，会创建一个函数对象，并绑定到函数名变量上。 - 参数列表。
(1) 圆括号内是形式参数列表，有多个参数则使用逗号隔开。
(2) 形式参数不需要声明类型，也不需要指定函数返回值类型。
(3) 无参数，也必须保留空的圆括号。
(4) 实参列表必须与形参列表一一对应。 - return 返回值。
(1) 如果函数体中包含 return 语句，则结束函数执行并返回值。
(2) 如果函数体中不包含 return 语句，则返回 None 值。 - 调用函数之前，必须要先定义函数，即先调用 def。
(1) 内置函数对象会自动创建。
(2) 标准库和第三方库函数，通过 import 导入模块时，会执行模块中的 def 语句。
形参和实参
首先来看一个例子：定义一个最大值函数，打印三个数中的最大值。
def printMax(a,b,c):
print("最大值为：",max([a,b,c]))
if __name__ == '__main__':
printMax(10,5,8)
执行结果：
最大值为： 10
上面的 printMax 函数中，在定义时写的 printMax(a,b,c)。a 、 b和c 称为“形式参数”，简称“形参”。也就是说，形式参数是在定义函数时使用的。 形式参数的命名只要符合“标识符”命名规则即可。
在调用函数时，传递的参数称为“实际参数”，简称“实参”。上面代码中，printMax(10,5,8)，10 、5和 8就是实际参数。
文档字符串(函数的注释)
程序的可读性最重要，一般建议在函数体开始的部分附上函数定义说明，这就是“文档字符 串”，也有人成为“函数的注释”。我们通过三个单引号或者三个双引号来实现，中间可以加入多行文字进行说明。
代码示例：测试文档字符串的使用
def print_star(n):
'''
根据传入的 n，打印多个星号
'''
print("*"*n)
help(print_star)
执行结果：
Help on function print_star in module __main__:
print_star(n)
根据传入的 n，打印多个星号
返回值
return 返回值要点：
- 如果函数体中包含 return 语句，则结束函数执行并返回值。
- 如果函数体中不包含 return 语句，则返回 None 值。
- 要返回多个返回值，使用列表、元组、字典、集合将多个值“存起来”即可。
代码示例：定义一个打印 n 个星号的无返回值的函数
def print_star(n):
'''
根据传入的 n，打印多个星号
'''
print("*"*n)
print_star(5)
代码示例：定义一个返回两个数平均值的函数
def return_avg(a, b):
return (a+b)/2
#如下是函数的调用
c = return_avg(100,90)
print(c)
函数也是对象，内存底层分析
Python 中，“一切都是对象”。实际上，执行 def 定义函数后，系统就创建了相应的函数对象。
代码示例：
def print_star(n):
print("*"*n)
print(print_star)
print(id(print_star))
c = print_star
c(3)
执行结果：
<function print_star at 0x000002254BEC51F0>
2359210824176
***
上面代码执行 def 时，系统中会创建函数对象，并通过 print_star 这个变量进行引用：
执行“c=print_star”后，显然将 print_star 变量的值赋给了变量 c，内存图变成了：
显然，我们可以看出变量 c 和 print_star 都是指向了同一个函数对象。因此，执行 c(3)和执行 print_star(3)的效果是完全一致的。Python 中，圆括号意味着调用函数。在没有圆括号的情况下，Python 会把函数当做普通对象。
与此核心原理类似，我们也可以做如下操作：
代码示例：
zhengshu = int
print(type(zhengshu("234")))
执行结果
<class 'int'>
显然，我们将内置函数对象 int()赋值给了变量 zhengshu，这样 zhengshu 和 int 都是指向了同一个内置函数对象。当然，此处仅限于原理性讲解，实际开发中没必要这么做。
变量的作用域(全局变量和局部变量)
变量起作用的范围称为变量的作用域，不同作用域内同名变量之间互不影响。变量分为：全局变量、局部变量。
全局变量：
- 在函数和类定义之外声明的变量。作用域为定义的模块，从定义位置开始直到模块结束。
- 全局变量降低了函数的通用性和可读性。应尽量避免全局变量的使用。
- 全局变量一般做常量使用。
- 函数内要改变全局变量的值，使用 global 声明一下
局部变量：
- 在函数体中（包含形式参数）声明的变量。
- 局部变量的引用比全局变量快，优先考虑使用。
- 如果局部变量和全局变量同名，则在函数内隐藏全局变量，只使用同名的局部变量
代码示例：全局变量的作用域测试
a = 100
def f1():
global a
print("打印全局变量：",a)
if __name__ == '__main__':
f1()
执行结果：
打印全局变量： 100
代码示例：全局变量和局部变量同名测试
执行结果
a = 100
def f1():
a = 3 #定义同名局部变量
print(a)
f1()
print(a) #全局变量a依然是100没有变化
代码示例：输出局部变量和全局变量
a = 100
def f1(a):
print(a)
print(locals())
print("#"*100)
print(globals())
if __name__ == '__main__':
f1(5)
执行结果
5
{
'a': 5}
####################################################################################################
{
'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x00000206BF9A1970>, '__spec__': None, '__annotations__': {
}, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__file__': 'D:/python/fzbaishijiaoyu/python_coding/打印局部变量和全局变量.py', '__cached__': None, 'a': 100, 'f1': <function f1 at 0x00000206BF9861F0>}
局部变量和全局变量效率测试
局部变量的查询和访问速度比全局变量快，优先考虑使用，尤其是在循环的时候。
在特别强调效率的地方或者循环次数较多的地方，可以通过将全局变量转为局部变量提高运行速度.
测试代码示例：
import math
from timeit import Timer
def t1():
for i in range(10000):
math.sqrt(30)
def t2():
b = math.sqrt
for i in range(10000):
b(30)
timer1 = Timer("t1()","from __main__ import t1")
print("全局变量消耗时间：",timer1.timeit(5000))
timer2 = Timer("t2()","from __main__ import t2")
print("局部变量消耗时间：",timer2.timeit(5000))
执行结果
全局变量消耗时间： 9.5024587
局部变量消耗时间： 7.018546599999999