Python中函数的一些知识

一、函数参数

1.1 位置参数

下面的fun()函数有两个参数：x和y，这两个参数都是位置参数，调用函数时，传入的两个值 按照位置顺序依次赋给参数x和y。

# 设计函数计算x与y的积
def fun(x,y):
    return x*y

print(fun(3,4))

12

1.2 默认参数

1.2.1 默认参数用法

当我们需要设计fun()函数来计算，x 与 2的乘积时，这里就用到默认参数了。当我们传入的参数与默认参数不一样时，传入参数会覆盖默认参数。

使用默认参数时：

# 设计函数计算x与y的积
def fun(x,y=2):
    return x*y

print(fun(3))

6

不使用默认参数时：

# 设计函数计算x与y的积
def fun(x,y=2):
    return x*y

print(fun(3,4))
12

1.2.2 使用默认参数的注意事项

1、必选参数在前，默认参数在后，否则Python的解释器会报错

2、定义默认参数要牢记一点：默认参数必须指向 不变对象，例如 str、None等类型

先定义一个函数，传入一个list，添加一个"100"再返回列表：

def add_end(list1=[]):
    list1.append('100')
    return list1

当你正常调用时，结果时正确的：

print(add_end([1,2,3]))

[1, 2, 3, '100']

当你使用默认参数调用时，一开始结果也是对的：

print(add_end())

['100']

但是再次调用时，结果却不对了，默认参数是[ ]，但是函数似乎每次都“记住了”上次添加了’100’后的list：

print(add_end())
print(add_end())

['100']
['100', '100']

原因为：Python函数在定义的时候，默认参数L的值就被计算出来了，即[]，因为默认参数L也是一个变量，它指向对象[]，每次调用该函数，如果改变了L的内容，则下次调用时，默认参数的内容就变了，不再是函数定义时的[]了。

1.3 可变参数

在我们有时候设计函数的时候，可能会不确定传入参数的个数，这里我们就需要用到可变参数。

我们设计函数，计算a+b+c+d+… = ？

1、我们可以传入一个列表或者元组来求解

def fun(numbers):
    sum_numbers = 0
    for i in numbers:
        sum_numbers += i
    print(sum_numbers)
    
fun([1,2,3,4])

10

2、利用函数的可变参数

定义可变参数和定义一个list或tuple参数相比，仅仅在参数前面加了一个*号。在函数内部，参数numbers接收到的是一个tuple，因此，函数代码完全不变。但是，调用该函数时，可以传入任意个参数，包括0个参数：

def fun(*numbers):
    sum_numbers = 0
    for i in numbers:
        sum_numbers += i
    print(sum_numbers)
    
fun(1,2,3,4)
fun()

10
0

3、如果已经有一个list或者tuple，要调用一个可变参数怎么办？可以这样做：

下面这种写法可行，但是太繁琐。

def fun(*numbers):
    sum_numbers = 0
    for i in numbers:
        sum_numbers += i
    print(sum_numbers)

a = [1,2,3,4]
fun(a[0],a[1],a[2],a[3])

Python允许你在list或tuple前面加一个*号，把list或tuple的元素变成可变参数传进去

def fun(*numbers):
    sum_numbers = 0
    for i in numbers:
        sum_numbers += i
    print(sum_numbers)

a = [1,2,3,4]
fun(*a)

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1.4 关键字参数

关键字参数允许你传入0个或任意个含参数名的参数，这些关键字参数在函数内部自动组装为一个dict。请看示例：

def fun(name,age,**kw):
     print('name:', name, 'age:', age, 'other:', kw)
        
fun("胡","22",city="Shanxi",height=180)

name: 胡 age: 22 other: {'city': 'Shanxi', 'height': 180}

可以类比可变参数，这里的关键字参数也可以传入一个字典

def fun(name,age,**kw):
     print('name:', name, 'age:', age, 'other:', kw)

extra = {'city': 'Beijing', 'height': 180}
fun("胡","22",**extra)

name: 胡 age: 22 other: {'city': 'Beijing', 'height': 180}

1.5 命名关键字参数

1、如果要限制关键字参数的名字，就可以用命名关键字参数，例如，只接收city和height作为关键字参数。和关键字参数**kw不同，命名关键字参数需要一个特殊分隔符*，* 后面的参数被视为命名关键字参数。这种方式定义的函数如下：

def fun(name,age,*,city,height):
     print('name:', name, 'age:', age, 'city:',city, 'height:',height)

fun("胡","22",city="Shanxi",height=180)

name: 胡 age: 22 city: Shanxi height: 180

2、 如果函数定义中已经有了一个可变参数，后面跟着的命名关键字参数就不再需要一个特殊分隔符*了：

def fun(name, age, *args, city, height):
    print(name, age, args, city, job)

3、命名关键字参数必须传入参数名，这和位置参数不同。如果没有传入参数名，调用将报错：
4、由于命名关键字参数city具有默认值，调用时，可不传入city参数：

def fun(name,age,*,city='Shanxi',height):
     print('name:', name, 'age:', age, 'city:',city, 'height:',height)

fun("胡","22",height=180)

name: 胡 age: 22 city: Shanxi height: 180

1.6 参数组合

在Python中定义函数，可以用必选参数、默认参数、可变参数、关键字参数和命名关键字参数，这5种参数都可以组合使用。但是请注意，参数定义的顺序必须是：必选参数、默认参数、可变参数、命名关键字参数和关键字参数。

比如定义一个函数，包含上述若干种参数：

def fun1(a, b, c=0, *args, **kw):
    print('a =', a, 'b =', b, 'c =', c, 'args =', args, 'kw =', kw)

def fun2(a, b, c=0, *, d, **kw):
    print('a =', a, 'b =', b, 'c =', c, 'd =', d, 'kw =', kw)
    
fun1(1,2,3,4,d=5)
fun2(1,2,3,d=4,e=5)

a = 1 b = 2 c = 3 args = (4,) kw = {'d': 5}
a = 1 b = 2 c = 3 d = 4 kw = {'e': 5}

最神奇的是通过一个tuple和dict，你也可以调用上述函数，所以，对于任意函数，都可以通过类似func(*args, **kw)的形式调用它，无论它的参数是如何定义的。

def fun1(a, b, c=0, *args, **kw):
    print('a =', a, 'b =', b, 'c =', c, 'args =', args, 'kw =', kw)
    
args = (1, 2, 3, 4)
kw = {'d': 99, 'x': '#'}
fun1(*args, **kw)

a = 1 b = 2 c = 3 args = (4,) kw = {'d': 99, 'x': '#'}

二、函数作为返回值

2.1 闭包的基本用法

高阶函数除了可以接受函数作为参数外，还可以把函数作为结果值返回。
我们先来看一个例子：

def fun(*args):
    def sum1():
    	digit = 1
        for i in args:
            digit *= i
        return digit
    return sum1
    
f = fun(1,4,8,10)
print(f)

<function __main__.fun.<locals>.sum1()>

当我们调用fun()时，返回的并不是求和结果，而是求和函数。调用函数f时，才真正计算求和的结果：

print(f())

320

在这个例子中，我们在函数fun中又定义了函数sum1，并且，内部函数sum1可以引用外部函数fun的参数和局部变量，当fun返回函数sum1时，相关参数和变量都保存在返回的函数中，这种称为“闭包（Closure）”。

f1 = fun(1,2,3,4)
f2 = fun(1,2,3,4)
print(f1==f2)

False

当我们调用fun()时，每次调用都会返回一个新的函数，即使传入相同的参数，f1()和f2()的调用结果互不影响。

2.2 使用闭包的注意事项

2.2.1 返回闭包的引用

返回闭包时牢记一点：返回函数不要引用任何循环变量，或者后续会发生变化的变量。 返回的函数并没有立刻执行，而是直到调用了f()才执行。 我们来看一个例子：

def fun():
    list1 = []
    for i in range(4):
        def count():
             return i*i
        list1.append(count)
    return list1

a,b,c,d = fun()
print(a())
print(b())
print(c())
print(d())

9
9
9
9

在上面的例子中，每次循环，都创建了一个新的函数，然后，把创建的4个函数都返回了。你可能认为调用a()，b()，c()，d()结果应该是0，1，4，9，但实际结果是：全部都是9。原因就在于 返回的函数引用了变量i，但它并非立刻执行。等到4个函数都返回时，它们所引用的变量i已经变成了3，因此最终结果为9。

2.2.2 使用创建新函数的方法引用

如果一定要引用循环变量怎么办？方法是 再创建一个函数，用该函数的参数绑定循环变量当前的值，无论该循环变量后续如何更改，已绑定到函数参数的值不变：

def fun1():
    def fun2(j):
        def count():
            return j*j
        return count
    list1 = []
    for i in range(4):
        list1.append(fun2(i)) # f(i)立刻被执行，因此i的当前值被传入f()
    return list1

a,b,c,d = fun1()
print(a())
print(b())
print(c())
print(d())

0
1
4
9

三、函数装饰器

3.1 函数是一个对象

要理解装饰器，首先，你必须明白，在python中，函数是对象. 这很重要.
简单例子来理解为什么:

1、先创建一个函数

def fun1():
    x = 3
    return x

# 引用函数fun1
print(fun1())

3

2、将函数赋值给另一个对象

# 作为一个对象，你可以将函数赋值给另一个对象
fun2 = fun1
# 注意到这里我们不是调用函数，而是将函数'fun1'赋给变量'fun2'
print(fun2())

3

3、删除fun1

# 不仅如此，你可以删除老的名称'fun1'，但是通过'fun2'依旧可以访问原有函数
del fun1
# 引用函数fun2
print(fun2())

3

3.2 实现一个手工的装饰器

# 装饰器是一个以另一个函数为参数的函数
def fun1(fun3):

    # 在这里，装饰器定义一个函数： 包装器
    # 这个函数将原始函数进行包装，以达到在原始函数之前、之后执行代码的目的
    def fun2():

        # 将你要在原始函数之前执行的代码放到这里
        print("Before the function runs")

        # 调用原始函数(需要带括号)
        fun3()

        # 将你要在原始函数之后执行的代码放到这里
        print("After the function runs")

    # 代码到这里，函数"fun3"还没有被执行
    # 我们将返回刚才创建的这个包装函数
    # 这个函数包含原始函数及要执行的附加代码，并且可以被使用
    return fun2

# 创建一个函数
def fun3():
    print("Hello World")


# 好了，在这里你可以装饰这个函数，扩展其行为
# 将函数传递给装饰器，装饰器将动态地将其包装在任何你想执行的代码中，然后返回一个新的函数
f = fun1(fun3)

# 调用新函数，可以看到装饰器的效果
f()

Before the function runs
Hello World
After the function runs

3.3 使用装饰器语法

# 装饰器是一个以另一个函数为参数的函数
def fun1(fun3):

    # 在这里，装饰器定义一个函数： 包装器
    # 这个函数将原始函数进行包装，以达到在原始函数之前、之后执行代码的目的
    def fun2():

        # 将你要在原始函数之前执行的代码放到这里
        print("Before the function runs")

        # 调用原始函数(需要带括号)
        fun3()

        # 将你要在原始函数之后执行的代码放到这里
        print("After the function runs")

    # 代码到这里，函数"fun3"还没有被执行
    # 我们将返回刚才创建的这个包装函数
    # 这个函数包含原始函数及要执行的附加代码，并且可以被使用
    return fun2

# 创建一个函数
@fun1
def fun3():
    print("Hello World")

fun3()

Before the function runs
Hello World
After the function runs

改写为装饰器就是这么简单，@fun1是下面代码的简写：

 fun3 = fun1(fun3)

3.4 使用functools.wraps修改装饰器

因为我们讲了函数也是对象，它有__name__等属性，但你去看经过decorator装饰之后的函数，它们的__name__已经从原来的’fun3’变成了’fun3’：

print(fun3.__name__)

fun2

因为返回的那个fun2函数名字就是’fun2’，所以，需要把原始函数的__name__等属性复制到fun2()函数中，否则，有些代码就会出错。不需要编写fun2.name = fun3.__name__这样的代码，Python内置的 functools.wraps 就是干这个事的，所以，一个完整的decorator的写法如下：

import functools

# 装饰器是一个以另一个函数为参数的函数
def fun1(fun3):

     # 在这里，装饰器定义一个函数： 包装器
    # 这个函数将原始函数进行包装，以达到在原始函数之前、之后执行代码的目的   
    @functools.wraps(fun3) # 使用functools.wraps方法绑定原始函数的熟悉
    def fun2():

        # 将你要在原始函数之前执行的代码放到这里
        print("Before the function runs")

        # 调用原始函数(需要带括号)
        fun3()

        # 将你要在原始函数之后执行的代码放到这里
        print("After the function runs")

    # 代码到这里，函数"fun3"还没有被执行
    # 我们将返回刚才创建的这个包装函数
    # 这个函数包含原始函数及要执行的附加代码，并且可以被使用
    return fun2

# 创建一个函数
@fun1
def fun3():
    print("Hello World")

# 调用函数
fun3()

# 打印函数名
print(fun3.__name__)

Before the function runs
Hello World
After the function runs
fun3

四、偏函数

4.1 偏函数介绍及用法

在学习函数参数的时候，我们学过，通过设定参数的默认值，可以降低函数调用的难度。而偏函数也可以做到这一点。通过Python的 functools模块 就可以实现偏函数，下面看一个例子：

大家都用过int()函数，它可以把字符串转换为整数，当仅传入字符串时，int()函数默认按十进制转换：

print(int("123456789"))

123456789

int()函数还提供额外的base参数，默认值为10。如果传入base参数，就可以做N进制的转换，如果我们要做大量的八进制转化，每次传入base=8就会很麻烦，我们可以设计一个函数，给定它的默认参数，就可以实现：

def fun(x,base = 8):
    return (int(x,base))

print(fun("151515"))

54093

functools.partial就是帮助我们创建一个偏函数的，不需要我们自己定义函数，例子如下：

import functools
fun = functools.partial(int, base=8)
print(fun("151515"))

54093

设置偏函数，会让我们的代码可读性更高，也更为简单。

4.2 偏函数注意事项

创建偏函数时，实际上可以接收 函数对象、*args和**kw 这3个参数
下面看一下例子：
1、这里传入了函数对象和关键字参数

import functools
fun = functools.partial(int, base=8)
print(fun("151515"))

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实际上固定了int()函数的关键字参数base，也就是：

kw = {'base': 8}
print(int('151515', **kw))

54093

2、这里传入了函数对象和可变参数

import functools
fun = functools.partial(min,9)
print(fun(1,2,3))

1

实际上会把9作为*args的一部分自动加到左边，相当于：

args = (9,1,2,3)
print(min(*args))

1