python基础重点讲解——函数基础(十三)

# 函数基础

## 目标

* 函数的快速体验
* 函数的基本使用
* 函数的参数
* 函数的返回值
* 函数的嵌套调用
* 在模块中定义函数

## 01. 函数的快速体验

### 1.1 快速体验

* 所谓**函数**，就是把 **具有独立功能的代码块** 组织为一个小模块，在需要的时候 **调用**
* 函数的使用包含两个步骤：
    1. 定义函数 —— **封装** 独立的功能
    2. 调用函数 —— 享受 **封装** 的成果
* **函数的作用**，在开发程序时，使用函数可以提高编写的效率以及代码的 **重用**

**演练步骤**

1. 新建 `04_函数` 项目
2. 复制之前完成的 **乘法表** 文件
3. 修改文件，增加函数定义 `multiple_table():`
4. 新建另外一个文件，使用 `import` 导入并且调用函数

## 02. 函数基本使用

### 2.1 函数的定义

定义函数的格式如下：

```python
def 函数名():

    函数封装的代码
    ……
```

1. `def` 是英文 `define` 的缩写
2. **函数名称** 应该能够表达 **函数封装代码** 的功能，方便后续的调用
3. **函数名称** 的命名应该 **符合** **标识符的命名规则**
    * 可以由 **字母**、**下划线** 和 **数字** 组成
    * **不能以数字开头**
    * **不能与关键字重名**

### 2.2 函数调用

调用函数很简单的，通过 `函数名()` 即可完成对函数的调用

### 2.3 第一个函数演练

**需求**

* 1. 编写一个打招呼 `say_hello` 的函数，封装三行打招呼的代码
* 2. 在函数下方调用打招呼的代码

```python
name = "小明"


# 解释器知道这里定义了一个函数
def say_hello():
    print("hello 1")
    print("hello 2")
    print("hello 3")

print(name)
# 只有在调用函数时，之前定义的函数才会被执行
# 函数执行完成之后，会重新回到之前的程序中，继续执行后续的代码
say_hello()

print(name)

```

> 用 **单步执行 F8 和 F7** 观察以下代码的执行过程

* 定义好函数之后，只表示这个函数封装了一段代码而已
* 如果不主动调用函数，函数是不会主动执行的

#### 思考

* 能否将 **函数调用** 放在 **函数定义** 的上方？

    * 不能！
    * 因为在 **使用函数名** 调用函数之前，必须要保证 `Python` 已经知道函数的存在
    * 否则控制台会提示 `NameError: name 'say_hello' is not defined` (**名称错误：say_hello 这个名字没有被定义**)

### 2.4 PyCharm 的调试工具

* **F8 Step Over** 可以单步执行代码，会把函数调用看作是一行代码直接执行
* **F7 Step Into** 可以单步执行代码，如果是函数，会进入函数内部 

### 2.5 函数的文档注释

* 在开发中，如果希望给函数添加注释，应该在 **定义函数** 的下方，使用 **连续的三对引号**
* 在 **连续的三对引号** 之间编写对函数的说明文字
* 在 **函数调用** 位置，使用快捷键 `CTRL + Q` 可以查看函数的说明信息

> 注意：因为 **函数体相对比较独立**，**函数定义的上方**，应该和其他代码（包括注释）保留 **两个空行**

## 03. 函数的参数

**演练需求**

1. 开发一个 `sum_2_num` 的函数
2. 函数能够实现 **两个数字的求和** 功能

演练代码如下：

```python
def sum_2_num():

    num1 = 10
    num2 = 20
    result = num1 + num2

    print("%d + %d = %d" % (num1, num2, result))

sum_2_num()

```

**思考一下存在什么问题**

> 函数只能处理 **固定数值** 的相加

**如何解决？**

* 如果能够把需要计算的数字，在调用函数时，传递到函数内部就好了！

### 3.1 函数参数的使用

* 在函数名的后面的小括号内部填写 **参数**
* 多个参数之间使用 `,` 分隔

```python
def sum_2_num(num1, num2):

    result = num1 + num2
    
    print("%d + %d = %d" % (num1, num2, result))

sum_2_num(50, 20)

```

### 3.2 参数的作用

* **函数**，把 **具有独立功能的代码块** 组织为一个小模块，在需要的时候 **调用**
* **函数的参数**，增加函数的 **通用性**，针对 **相同的数据处理逻辑**，能够 **适应更多的数据**
    1. 在函数 **内部**，把参数当做 **变量** 使用，进行需要的数据处理
    2. 函数调用时，按照函数定义的**参数顺序**，把 **希望在函数内部处理的数据**，**通过参数** 传递

### 3.3 形参和实参

* **形参**：**定义** 函数时，小括号中的参数，是用来接收参数用的，在函数内部 **作为变量使用**
* **实参**：**调用** 函数时，小括号中的参数，是用来把数据传递到 **函数内部** 用的

## 04. 函数的返回值

* 在程序开发中，有时候，会希望 **一个函数执行结束后，告诉调用者一个结果**，以便调用者针对具体的结果做后续的处理
* **返回值** 是函数 **完成工作**后，**最后** 给调用者的 **一个结果**
* 在函数中使用 `return` 关键字可以返回结果
* 调用函数一方，可以 **使用变量** 来 **接收** 函数的返回结果

> 注意：`return` 表示返回，后续的代码都不会被执行

```python
def sum_2_num(num1, num2):
    """对两个数字的求和"""

    return num1 + num2

# 调用函数，并使用 result 变量接收计算结果
result = sum_2_num(10, 20)

print("计算结果是 %d" % result)

```

## 05. 函数的嵌套调用

* 一个函数里面 **又调用** 了 **另外一个函数**，这就是 **函数嵌套调用**
* 如果函数 `test2` 中，调用了另外一个函数 `test1`
    * 那么执行到调用 `test1` 函数时，会先把函数 `test1` 中的任务都执行完
    * 才会回到 `test2` 中调用函数 `test1` 的位置，继续执行后续的代码

```python
def test1():

    print("*" * 50)
    print("test 1")
    print("*" * 50)


def test2():

    print("-" * 50)
    print("test 2")
    
    test1()
    
    print("-" * 50)

test2()

```

### 函数嵌套的演练 —— 打印分隔线

> 体会一下工作中 **需求是多变** 的

**需求 1**

* 定义一个 `print_line` 函数能够打印 `*` 组成的 **一条分隔线**

```python
def print_line(char):

    print("*" * 50)

```

**需求 2**

* 定义一个函数能够打印 **由任意字符组成** 的分隔线

```python
def print_line(char):

    print(char * 50)
    
```

**需求 3**

* 定义一个函数能够打印 **任意重复次数** 的分隔线

```python
def print_line(char, times):

    print(char * times)

```

**需求 4**

* 定义一个函数能够打印 **5 行** 的分隔线，分隔线要求符合**需求 3**

> 提示：工作中针对需求的变化，应该冷静思考，**不要轻易修改之前已经完成的，能够正常执行的函数**！

```python
def print_line(char, times):

    print(char * times)


def print_lines(char, times):

    row = 0
    
    while row < 5:
        print_line(char, times)

        row += 1

```

## 06. 使用模块中的函数

> **模块是 Python 程序架构的一个核心概念**

* **模块** 就好比是 **工具包**，要想使用这个工具包中的工具，就需要 **导入 import** 这个模块
* 每一个以扩展名 `py` 结尾的 `Python` 源代码文件都是一个 **模块**
* 在模块中定义的 **全局变量** 、 **函数** 都是模块能够提供给外界直接使用的工具

### 6.1 第一个模块体验

**步骤**

* 新建 `hm_10_分隔线模块.py`
    * 复制 `hm_09_打印多条分隔线.py` 中的内容，**最后一行 `print` 代码除外**
    * 增加一个字符串变量

```python
name = "黑马程序员"
```

* 新建 `hm_10_体验模块.py` 文件，并且编写以下代码：

```python
import hm_10_分隔线模块

hm_10_分隔线模块.print_line("-", 80)
print(hm_10_分隔线模块.name)
```

#### 体验小结

* 可以 **在一个 Python 文件** 中 **定义 变量 或者 函数**
* 然后在 **另外一个文件中** 使用 `import` 导入这个模块
* 导入之后，就可以使用 `模块名.变量` / `模块名.函数` 的方式，使用这个模块中定义的变量或者函数

> **模块**可以让 **曾经编写过的代码** 方便的被 **复用**！

### 6.2 模块名也是一个标识符

* 标示符可以由 **字母**、**下划线** 和 **数字** 组成
* **不能以数字开头**
* **不能与关键字重名**

> 注意：如果在给 Python 文件起名时，**以数字开头** 是无法在 `PyCharm` 中通过导入这个模块的

### 6.3 Pyc 文件（了解）

> `C` 是 `compiled` **编译过** 的意思

**操作步骤**

1. 浏览程序目录会发现一个 `__pycache__` 的目录
2. 目录下会有一个 `hm_10_分隔线模块.cpython-35.pyc` 文件，`cpython-35` 表示 `Python` 解释器的版本
3. 这个 `pyc` 文件是由 Python 解释器将 **模块的源码** 转换为 **字节码**
    * `Python` 这样保存 **字节码** 是作为一种启动 **速度的优化**

**字节码**

* `Python` 在解释源程序时是分成两个步骤的
    1. 首先处理源代码，**编译** 生成一个二进制 **字节码**
    2. 再对 **字节码** 进行处理，才会生成 CPU 能够识别的 **机器码**

* 有了模块的字节码文件之后，下一次运行程序时，如果在 **上次保存字节码之后** 没有修改过源代码，Python 将会加载 .pyc 文件并跳过编译这个步骤
* 当 `Python` 重编译时，它会自动检查源文件和字节码文件的时间戳
* 如果你又修改了源代码，下次程序运行时，字节码将自动重新创建

> 提示：有关模块以及模块的其他导入方式，后续课程还会逐渐展开！
>
> **模块是 Python 程序架构的一个核心概念**