16. Python 中的函数

函数是具有某种特定功能的代码块，可以重复使用。在前面的学习中你已经认识到了很多 Python 的内置函数。这节课我们就来创建我们自己的函数：

1. 重复性的代码

1.1 什么是重复性的代码

在处理功能相似的逻辑时，会出现结构雷同的代码，例如：有两个列表，编写程序分别打印这两个列表，代码如下：

a = [1, 2, 3]
b = [10, 20, 30]

# 打印输出列表 a 的相关信息
print('length of list is %d' % len(a)) 
i = 0
while i < len(a):
    print(a[i]) 
    i = i + 1 

# 打印输出列表 b 的相关信息
print('length of list is %d' % len(b)) 
i = 0
while i < len(b):
    print(b[i]) 
    i = i + 1

• 在第 1 行，列表 a 包含 3 个元素，现在希望打印输出列表 a
• 在第 2 行，列表 b 包含 3 个元素，现在希望打印输出列表 b
• 在第 4 行至第 9 行，使用 while 循环打印输出列表 a
• 在第 11 行至第 16 行，使用 while 循环打印输出列表 b

很显然，打印列表 a 的代码与打印列表 b 的代码非常相似，这两段代码被称为重复性的代码。

1.2 可维护性差

代码的重复性导致程序的可维护性差，当需要修改处理逻辑时，则需要在多处进行修改。

上面的例子程序输出结果为：

length of list is 3
1
2
3
length of list is 3
10
20
30

现在希望调整程序的输出结果，输出列表元素时，同时输出元素的下标，如下所示：

length of list is 3
list[0] = 1
list[1] = 2
list[2] = 3
length of list is 3
list[0] = 10
list[1] = 20
list[2] = 30

为了实现这样的需求变更，需要修改原有的程序，如下所示：

a = [1, 2, 3]
b = [10, 20, 30]

# 打印输出列表 a 的相关信息
print('length of list is %d' % len(a)) 
i = 0
while i < len(a):
    print('list[%d] = %d' % (i, a[i])) # 修改此行
    i = i + 1 

# 打印输出列表 b 的相关信息
print('length of list is %d' % len(b)) 
i = 0
while i < len(b):
    print('list[%d] = %d' % (i, b[i])) # 修改此行
    i = i + 1

• 在第 8 行，修改原有的 print (a [i]) 语句
• 在第 15 行，修改原有的 print (b [i]) 语句

可以看出，当打印输出列表的功能需求变化时，则需要在多处进行修改。

2. 函数的定义

函数是可重复使用的，用来实现单一功能的代码段。 使用函数描述程序中功能相似的代码段，从而消除代码的重复性。函数定义的语法如下：

def 函数名（参数列表）:
    函数体

定义一个函数时使用 def 语句，依次写出函数名、参数列表和冒号，然后，在缩进块中编写函数体。一个打印两个数之间的最大值的例子如下:

def max(a, b):
    if a > b:
        print(a)
    else:
        print(b)        

max(1, 2)
max(20, 10)

运行该程序，输出如下：

2
20

• 在第 1 行，使用 def 关键字定义函数 max，函数 max 有两个参数 a 和 b
• 在第 2 行到第 5 行，定义了函数体，使用 if 语句打印参数 a 和 b 之间的较大者
• 在第 7 行，max (1, 2) 调用函数 max，将参数 a 设定为 1、参数 b 设定为 2，执行第 2 行到第 5 行的函数体，执行输出结果为 2
• 在第 8 行，max (20, 10) 调用函数 max，将参数 a 设定为 20、参数 b 设定为 10，执行第 2 行到第 5 行的函数体，执行输出结果为 20

3. 消除重复性的代码

3.1 消除重复性的代码

在第 1 小节的例子中，编写程序分别打印两个列表，程序使用了两段重复性代码实现打印两个列表。通过使用函数，可以消除程序中重复性的代码，如下所示：

# 打印输出列表 x 的相关信息
def print_list(x):
    print('length of list is %d' % len(x)) 
    i = 0
    while i < len(x):
        print(x[i]) 
        i = i + 1 

a = [1, 2, 3]
b = [10, 20, 30]

print_list(a)
print_list(b)

• 在第 2 行，使用 def 关键字定义函数 print_list，函数 print_list 有一个参数 x
• 在第 3 行到第 7 行，定义了函数体，参数 x 表示一个列表，函数功能是打印参数 x 对应的列表
• 在第 9 行，列表 a 包含 3 个元素，现在希望打印输出列表 a
• 在第 10 行，列表 b 包含 3 个元素，现在希望打印输出列表 b
• 在第 12 行，print_list (a) 调用函数 print_list，将参数 x 设定为 a，打印列表 a
• 在第 13 行，print_list (b) 调用函数 print_list，将参数 x 设定为 b，打印列表 b

3.2 提高可维护性

上面的例子程序输出结果为：

length of list is 3
1
2
3
length of list is 3
10
20
30

现在希望调整程序的输出结果，输出列表元素时，同时输出元素的下标，如下所示：

length of list is 3
list[0] = 1
list[1] = 2
list[2] = 3
length of list is 3
list[0] = 10
list[1] = 20
list[2] = 30

为了实现这样的需求变更，需要修改原有的程序，如下所示：

# 打印输出列表 x 的相关信息
def print_list(x):
    print('length of list is %d' % len(x))
    i = 0
    while i < len(x):
        print('list[%d] = %d' % (i, x[i])) # 修改此行
        i = i + 1

a = [1, 2, 3]
b = [10, 20, 30]

print_list(a)
print_list(b)

• 在第 3 行，修改原有的 print (x [i]) 语句。

函数 print_list 定义了打印列表的功能逻辑，因此当打印列表的功能需求变化时，只需要在函数的定义处进行修改即可，不需要在多处进行修改，从而提高了程序的可维护性。

4. 函数的返回

4.1 return 语句

Python 提供了 return 语句用于从函数中返回，当程序执行到 return 语句时，程序从函数中返回到调用函数的地方，举例如下：

def test():
    print('Before return')
    return
    print('After return') # 这条语句不会被执行

print('Before test')
test()    
print('After test')

程序运行时，输出如下：

Before test
Before return
After test

从程序的输出可以看出，程序中的第 4 行代码 print (‘After return’) 没有被执行，当程序执行第 3 行的 return 语句时，会终止函数的执行，返回调用函数的地方。

return 语句有两个常见的用途：

• 提前退出函数
• 向函数的调用者返回值

4.2 提前退出函数

通常情况下，函数执行到最后一条语句时退出函数的执行，但某些情况下，可以通过 return 语句提前退出函数。例如，编写一个函数 check，根据性别和年龄进行处理，该函数仅处理 age > 50 的男性，忽略女性和年轻人，处理的代码如下：

def check(gender, age):
    if gender == 'female':
       return
    if age < 50:
       return

    print('We only process old man')
    print(gender)
    print(age)

• 在第 1 行，定义了函数 check，具有两个参数 gender 和 age
• 在第 2 行，检查 gender 是否等于 ‘female’
• 在第 3 行，如果是的，则忽略，通过 return 语句提前返回
• 在第 2 行，检查 age 是否小于 50
• 在第 3 行，如果是的，则忽略，通过 return 语句提前返回
• 在第 7 行到第 9 行，对 age > 50 的男性进行处理

4.3 函数的返回值

return 语句可以携带参数，该参数作为函数的计算结果返回给调用者，语法如下：

return 返回值

下面编写一个程序计算从 1 到 N 的累加和，代码如下：

def compute(N):
    sum = 0
    i = 1
    while i <= N:
        sum = sum + i
        i = i + 1
    return sum

sum = compute(100)    
print(sum)

• 在第 1 行，定义函数 compute (n)，函数计算从 1 到 N 的累加和
• 在第 2 行到第 6 行，函数计算从 1 到 N 的累加和，将累加和保存到变量 sum 中
• 在第 7 行，通过 return 语句将计算结果返回给调用者
• 在第 9 行，调用函数 compute (100) 计算从 1 累加到 100，将 compute 函数的返回结果保存到变量 sum 中
• 在第 10 行，打印计算结果，计算结果为 5050

5. 小结

本节我们主要学习了什么是函数，以及在 Python 中函数如何定义，和函数的返回值等一些函数的基本内容，大家要多多练习本节课中的代码。函数在 Python 编程中是非常重要的一个知识点，学好了函数的使用会让你在工作中事半功倍。