Python 函数全攻略：函数基础

函数（Functions）基础

1. 什么是函数？

   • 一个命名的代码块，代指一大堆代码。

   • 定义： def function_name(): (使用def关键字，英文括号，冒号，缩进代码块)。

   • 执行/调用： function_name() (写函数名加括号)。

   • 特性： 定义时不执行，调用时才执行。可重复调用。

2. 为什么学习函数？（优势与应用场景）

   • 增强代码重用性： 将重复或公共的代码块提取成函数，需要时调用即可，避免复制粘贴。

   • 提高代码可读性： 将复杂逻辑拆分成多个小函数，每个函数负责一个清晰的功能，使主逻辑更简洁易懂。就像将大任务分解为小任务并命名。

3. 函数参数（Function Parameters）

   • 基本使用：

     • 定义参数： 在函数名后的括号中定义变量名（形参）。

     • 传递参数： 调用函数时传入值（实参）。

     • 位置传参： 按参数在函数定义中的顺序传值。

       • 示例：def func(x1, x2): ... 调用 func(1, 2)。

     • 关键字传参： 调用时指定参数名赋值。顺序不重要。

       • 示例：func(x2=2, x1=1)。

     • 混合传参： 位置参数必须在前，关键字参数在后。

       • 示例：func(1, x2=2) (正确)，func(x1=1, 2) (错误)。

     • 类型： 任意类型（int, str, list, dict等）都可以作为参数传递。

   • 参数默认值：

     • 定义： def func(x1, x2=default_value): ...

     • 行为： 调用时如果不传该参数，则使用默认值；如果传入，则覆盖默认值。

     • 注意： 带默认值的参数必须放在不带默认值的参数之后。

   • 动态参数（*args 和 **kwargs）：

     • *args (星号参数/可变位置参数)：

       • 定义： def func(*args): ...

       • 接收： 接收任意数量的位置参数。这些参数会被打包成一个元组（tuple）。

       • 示例：func(1, 2, 'hello')，args将是(1, 2, 'hello')。

       • 不传参数时，args为空元组()。

       • 易错点： 传入的列表/元组本身会作为一个整体元素放入args元组中，而不是被解包。

     • **kwargs (双星号参数/可变关键字参数)：

       • 定义： def func(**kwargs): ...

       • 接收： 接收任意数量的关键字参数。这些参数会被打包成一个字典（dict）。

       • 示例：func(name='Alice', age=30)，kwargs将是{'name': 'Alice', 'age': 30}。

       • 不传参数时，kwargs为空字典{}。

     • 混合使用（*args 和 **kwargs）：

       • 定义顺序： 必须是 def func(normal_param, *args, **kwargs): ...

       • 传参顺序： func(位置参数, *args打包的参数, **kwargs打包的参数)

       • 惯例： 动态参数名通常写为 *args 和 **kwargs。

       • 应用： 常见于内置函数（如print()）和框架/库中，用于灵活接收用户传入的任意参数。

实践案例：Python发送邮件

• 实现思路： 借助于第三方邮箱服务器（如网易126邮箱）的SMTP服务。

  1. 注册邮箱并开启SMTP服务： 登录邮箱设置，找到POP3/SMTP服务，开启并获取授权码（替代邮箱密码用于代码登录）。记录SMTP服务器地址（如smtp.126.com）。

  2. 导入模块： import smtplib 和 from email.mime.text import MIMEText。

  3. 构建邮件内容： 使用MIMEText创建邮件对象，指定主题、发件人、收件人、正文。

  4. 发送邮件：

     • 创建SMTP连接：smtp_obj = smtplib.SMTP_SSL('smtp.126.com', 465) (SMTP_SSL使用SSL加密，端口通常为465)。

     • 登录邮箱：smtp_obj.login(sender_email, authorization_code)。

     • 发送：smtp_obj.sendmail(sender_email, [receiver_email], msg.as_string())。

     • 退出：smtp_obj.quit()。

• 结合函数： 可将发送邮件逻辑封装成函数，通过参数动态传入收件人、主题、内容，实现更灵活的邮件发送功能。

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函数的返回值（Return Values）

• 作用： 执行完函数后，将结果返回给调用者。

• 语法： return 值。

• return vs. print：

  • print：仅输出到控制台。

  • return：将值返回给调用者，可被变量接收。

• 特性：

  1. 任意类型： 返回值可以是任意Python类型。

  2. 默认 None： 函数若无 return 语句，默认返回 None。

  3. 终止函数： 函数内部一旦遇到 return，立即终止执行后续代码。

• 多值返回： return val1, val2, val3 实际返回一个元组。调用时可利用解包 a, b, c = func()。

函数内调用函数 (嵌套调用)

• 函数内部可以调用其他函数。

• 调用发生时，会先执行被调用的函数，待其执行完毕（及处理返回值）后，再回到原函数继续执行。

函数参数传递：引用 vs. 值

• 结论： Python函数参数传递的是引用，不会重新拷贝数据。

• 证明：

  • 可变类型 (如列表)： 函数内部对参数的修改（如 append, remove）会直接影响到外部传入的原始数据，因为它们指向同一内存地址。

  • 不可变类型 (如字符串、数字、元组)： 虽然传递的是引用，但由于不可变类型本身无法被原地修改，任何"修改"操作（如 str.upper()）都会生成新对象，原引用保持不变。

作用域（Scope）

• 定义： 一块共享的区域，区域内数据可被访问。

• Python中的作用域：

  1. 全局作用域： 最外层代码块，全局变量可在任何地方被访问。

  2. 函数作用域： 每个函数都是一个独立的作用域（局部作用域）。

• 查找规则： 在函数内部查找变量时，优先在自身局部作用域查找；若无，则向上一级（父级，通常是全局作用域）查找。

• 局部变量 vs. 全局变量：

  • 局部变量： 函数内部定义的变量，仅在该函数内有效。

  • 全局变量： 在任何函数之外定义的变量。

  • 规范： 全局变量通常使用大写命名，局部变量使用小写。

• global 关键字：

  • 作用：在函数内部声明变量为全局变量。

  • 效果：使用 global var_name 后，函数内部对 var_name 的任何操作都将直接作用于全局作用域中的同名变量，而不是在局部作用域内创建新变量。

  • 示例：global name; name = 'new_val' 会修改全局 name。

函数名本质是一个变量

• 概念： 函数名像其他变量一样，可以被赋值、作为参数传递、存储在数据结构（列表、字典）中。

• func vs. func()：

  • func：代表函数本身（函数对象），不执行。

  • func()：表示调用并执行函数，获取其返回值。

• 应用场景：

  1. 批量执行： 将多个函数名存储在列表/元组中，通过循环统一调用执行，避免重复代码。

  2. 调度中心 (命令模式)： 使用字典将功能编号/名称映射到对应的函数名。根据用户选择获取并执行相应函数，简化 if/elif/else 结构。

拉姆达式（Lambda Expressions）/ 匿名函数

• 定义： 一种用于创建小型、单行匿名函数的简洁方式。

• 语法： lambda 参数: 表达式

  • lambda：关键字。

  • 参数：函数参数，可省略或多个。

  • 表达式：函数体，执行后隐含 return。

• 特点：

  • 匿名： 没有名称。

  • 单行： 只能包含一个表达式，结果被隐式返回。

  • 简洁： 适用于逻辑简单的函数。

• 应用： 常用于作为参数传递给其他高阶函数（如 map, filter, sorted 的 key 参数），如filter(lambda x:x>5, [1,6,3])，或作为数据结构中的元素。

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