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Python函數(shù)用法和底層分析
函數(shù)是可重用的程序代碼塊。函數(shù)的作用，不僅可以實(shí)現(xiàn)代碼的復(fù)用，更能實(shí)現(xiàn)代碼的一致性。一致性指的是，只要修改函數(shù)的代碼，則所有調(diào)用該函數(shù)的地方都能得到體現(xiàn)。
在編寫函數(shù)時(shí)，函數(shù)體中的代碼寫法和我們前面講述的基本一致，只是對(duì)代碼實(shí)現(xiàn)了封裝，并增加了函數(shù)調(diào)用、傳遞參數(shù)、返回計(jì)算結(jié)果等內(nèi)容。
為了讓大家更容易理解，掌握的更深刻。我們也要深入內(nèi)存底層進(jìn)行分析。絕大多數(shù)語言內(nèi)存底層都是高度相似的，這樣大家掌握了這些內(nèi)容也便于以后學(xué)習(xí)其他語言
函數(shù)的基本概念
- 一個(gè)程序由一個(gè)個(gè)任務(wù)組成；函數(shù)就是代表一個(gè)任務(wù)或者一個(gè)功能。
- 函數(shù)是代碼復(fù)用的通用機(jī)制。
Python 函數(shù)的分類
Python 中函數(shù)分為如下幾類：
- 內(nèi)置函數(shù)
我們前面使用的 str()、list()、len()等這些都是內(nèi)置函數(shù)，我們可以拿來直接使用。
- 標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)
我們可以通過 import 語句導(dǎo)入庫，然后使用其中定義的函數(shù)
- 第三方庫函數(shù)
Python 社區(qū)也提供了很多高質(zhì)量的庫。下載安裝這些庫后，也是通過 import 語句導(dǎo)入，然后可以使用這些第三方庫的函數(shù)
- 用戶自定義函數(shù)
用戶自己定義的函數(shù)，顯然也是開發(fā)中適應(yīng)用戶自身需求定義的函數(shù)。
核心要點(diǎn)
Python 中，定義函數(shù)的語法如下：
def 函數(shù)名 ([參數(shù)列表]) :
'''文檔字符串'''
函數(shù)體/若干語
要點(diǎn)：
- 我們使用 def 來定義函數(shù)，然后就是一個(gè)空格和函數(shù)名稱；
(1) Python 執(zhí)行 def 時(shí)，會(huì)創(chuàng)建一個(gè)函數(shù)對(duì)象，并綁定到函數(shù)名變量上。
- 參數(shù)列表
(1) 圓括號(hào)內(nèi)是形式參數(shù)列表，有多個(gè)參數(shù)則使用逗號(hào)隔開'
(2) 形式參數(shù)不需要聲明類型，也不需要指定函數(shù)返回值類型
(3) 無參數(shù)，也必須保留空的圓括號(hào)
(4) 實(shí)參列表必須與形參列表一一對(duì)應(yīng)
- return 返回值
(1) 如果函數(shù)體中包含 return 語句，則結(jié)束函數(shù)執(zhí)行并返回值；
(2) 如果函數(shù)體中不包含 return 語句，則返回 None 值。
- 調(diào)用函數(shù)之前，必須要先定義函數(shù)，即先調(diào)用 def 創(chuàng)建函數(shù)對(duì)象
(1) 內(nèi)置函數(shù)對(duì)象會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建
(2) 標(biāo)準(zhǔn)庫和第三方庫函數(shù)，通過 import 導(dǎo)入模塊時(shí)，會(huì)執(zhí)行模塊中的 def 語
形參和實(shí)參
【操作】定義一個(gè)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)數(shù)的比較，并返回較大的值
def print_max(a,b):
'''實(shí)現(xiàn)兩個(gè)數(shù)的比較，并返回較大的值'''
if a > b:
print(a,'MAX')
else:
print(b,'MAX')
print_max(10, 20)
print_max(99, -99)
#result
#20 MAX
#99 MAX上面的 printMax 函數(shù)中，在定義時(shí)寫的 print_max(a,b)。a 和 b 稱為“形式參數(shù)”，
簡稱“形參”。也就是說，形式參數(shù)是在定義函數(shù)時(shí)使用的。 形式參數(shù)的命名只要符合“標(biāo)識(shí)符”命名規(guī)則即可。
在調(diào)用函數(shù)時(shí)，傳遞的參數(shù)稱為“實(shí)際參數(shù)”，簡稱“實(shí)參”。上面代碼中，
printMax(10,20)，10 和 20 就是實(shí)際參數(shù)。
文檔字符串(函數(shù)的注釋)
程序的可讀性最重要，一般建議在函數(shù)體開始的部分附上函數(shù)定義說明，這就是“文檔字符串”，也有人成為“函數(shù)的注釋”。我們通過三個(gè)單引號(hào)或者三個(gè)雙引號(hào)來實(shí)現(xiàn)，中間可以加入多行文字進(jìn)行說明
【操作】測試文檔字符串的使用
def print_max(a,b):
'''實(shí)現(xiàn)兩個(gè)數(shù)的比較，并返回較大的值'''
if a > b:
print(a,'MAX')
else:
print(b,'MAX')
print(help(print_max.__doc__))
#result
#No Python documentation found for '實(shí)現(xiàn)兩個(gè)數(shù)的比較，并返回較大的值'.
#Use help() to get the interactive help utility.
#Use help(str) for help on the str class.
#None返回值
return 返回值要點(diǎn)：
- 如果函數(shù)體中包含 return 語句，則結(jié)束函數(shù)執(zhí)行并返回值；
- 如果函數(shù)體中不包含 return 語句，則返回 None 值。
- 要返回多個(gè)返回值，使用列表、元組、字典、集合將多個(gè)值“存起來”即可
【操作】計(jì)算a + b 不設(shè)置返回值
def print_star(a,b):
a + b
c = print_star(4,10)
print(c)
#result
#None【操作】計(jì)算a + b 設(shè)置返回值
def print_star(a,b):
c = a + b
return c
c = print_star(4,10)
print(c)
#result
#14函數(shù)也是對(duì)象，內(nèi)存底層分析
Python 中，“一切都是對(duì)象”。實(shí)際上，執(zhí)行 def 定義函數(shù)后，系統(tǒng)就創(chuàng)建了相應(yīng)的函數(shù)對(duì)象。我們執(zhí)行如下程序，然后進(jìn)行解釋：
def print_star(n):
print("*"*n)
print(print_star)
print(id(print_star))
c = print_star
c(3)
#result
#<function print_star at 0x0000000002BB8620>
#45844000
#***上面代碼執(zhí)行 def 時(shí)，系統(tǒng)中會(huì)創(chuàng)建函數(shù)對(duì)象，并通過 print_star 這個(gè)變量進(jìn)行引用：
我們執(zhí)行“c=print_star”后，顯然將 print_star 變量的值賦給了變量 c，內(nèi)存圖變成了：
顯然，我們可以看出變量 c 和 print_star 都是指向了同一個(gè)函數(shù)對(duì)象。因此，執(zhí)行 c(3)和執(zhí)行 print_star(3)的效果是完全一致的。 Python 中，圓括號(hào)意味著調(diào)用函數(shù)。在沒有圓括號(hào)的情況下，Python 會(huì)把函數(shù)當(dāng)做普通對(duì)象。
變量的作用域(全局變量和局部變量)
變量起作用的范圍稱為變量的作用域，不同作用域內(nèi)同名變量之間互不影響。變量分為：全局變量、局部變量。
全局變量：
- 在函數(shù)和類定義之外聲明的變量。作用域?yàn)槎x的模塊，從定義位置開始直到模塊結(jié)束。
- 全局變量降低了函數(shù)的通用性和可讀性。應(yīng)盡量避免全局變量的使用。
- 全局變量一般做常量使用。
- 函數(shù)內(nèi)要改變?nèi)肿兞康闹担褂?global 聲明一下
局部變量：
- 在函數(shù)體中（包含形式參數(shù)）聲明的變量。
- 局部變量的引用比全局變量快，優(yōu)先考慮使用。
- 如果局部變量和全局變量同名，則在函數(shù)內(nèi)隱藏全局變量，只使用同名的局部變量
【操作】全局變量的作用域測試
def f1():
global a #如果要在函數(shù)內(nèi)改變?nèi)肿兞康闹担黾?global 關(guān)鍵字聲明
print(a) #打印全局變量 a 的值
a = 300
f1()
print(a)
#result
#100
#300【操作】全局變量和局部變量同名測試
a=100
def f1():
a = 3 #同名的局部變量
print(a)
f1()
print(a) #a 仍然是 100，沒有變
#result
#3
#100【操作】 輸出局部變量和全局變
a = 100
def f1(a, b, c):
print(a, b, c)
print(locals())
print('*' * 20)
print(globals())
f1(1, 2, 3)
#result
#1 2 3
#{'a': 1, 'b': 2, 'c': 3} 返回一個(gè)字典
#********************
#{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x0000023F0086CA10>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__file__': 'c:\\Users\\chenh\\OneDrive\\Data Learn\\Python 基礎(chǔ)\\課堂筆記\\05\\Book_code.py', '__cached__': None, 'a': 100, 'f1': <function f1 at 0x0000023F00810680>}
部變量和全局變量效率測試
局部變量的查詢和訪問速度比全局變量快，優(yōu)先考慮使用，尤其是在循環(huán)的時(shí)候。在特別強(qiáng)調(diào)效率的地方或者循環(huán)次數(shù)較多的地方，可以通過將全局變量轉(zhuǎn)為局部變量提高運(yùn)行速度
【操作】測試局部變量和全局變量效率
#測試局部變量、全局變量的效率
import time
import math
def test01():
start = time.time()
for i in range(100000000):
math.sqrt(30)
end = time.time()
print('耗時(shí){0}'.format(end - start))
def test02():
b = math.sqrt
start = time.time()
for i in range(100000000):
b(30)
end = time.time()
print('耗時(shí){0}'.format(end - start))
test01()
test02()
#result
#耗時(shí)7.24362325668335
#耗時(shí)6.6801464557647705
參數(shù)的傳遞
函數(shù)的參數(shù)傳遞本質(zhì)上就是：從實(shí)參到形參的賦值操作。 Python 中“一切皆對(duì)象”，所有的賦值操作都是“引用的賦值”。所以，Python 中參數(shù)的傳遞都是“引用傳遞”，不是“值傳遞”。具體操作時(shí)分為兩類：
- 對(duì)“可變對(duì)象”進(jìn)行“寫操作”，直接作用于原對(duì)象本身。
- 對(duì)“不可變對(duì)象”進(jìn)行“寫操作”，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的“對(duì)象空間”，并用新的值填充這塊空間。（起到其他語言的“值傳遞”效果，但不是“值傳遞”）
可變對(duì)象有：
字典、列表、集合、自定義的對(duì)象等
不可變對(duì)象有：
數(shù)字、字符串、元組、function
【操作】參數(shù)傳遞：傳遞可變對(duì)象的引用
b = [10,20]
def f2(m):
print("m:",id(m)) #b 和 m 是同一個(gè)對(duì)象
m.append(30) #由于 m 是可變對(duì)象，不創(chuàng)建對(duì)象拷貝，直接修改這個(gè)對(duì)象
f2(b)
print("b:",id(b))
print(b)
#result
#m: 1619876826368
#b: 1619876826368
#[10, 20, 30]
傳遞不可變對(duì)象的引用
傳遞參數(shù)是不可變對(duì)象（例如：int、float、字符串、元組、布爾值），實(shí)際傳遞的還是對(duì)象的引用。在”賦值操作”時(shí)，由于不可變對(duì)象無法修改，系統(tǒng)會(huì)新創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象。
【操作】參數(shù)傳遞：傳遞不可變對(duì)象的引用
a = 100
def f1(n):
print("n:",id(n)) #傳遞進(jìn)來的是 a 對(duì)象的地址
n = n + 200 #由于 a 是不可變對(duì)象，因此創(chuàng)建新的對(duì)象 n
print("n:",id(n)) #n 已經(jīng)變成了新的對(duì)象
print(n)
f1(a)
print("a:",id(a)) #a的內(nèi)存地址并沒有發(fā)生改變
#result
#n: 140717568683912
#n: 2640908885520
#300
#a: 140717568683912
顯然，通過 id 值我們可以看到 n 和 a 一開始是同一個(gè)對(duì)象。給 n 賦值后，n 是新的對(duì)象。
淺拷貝和深拷貝
為了更深入的了解參數(shù)傳遞的底層原理，我們需要講解一下“淺拷貝和深拷貝”。我們可以使用內(nèi)置函數(shù)：copy(淺拷貝)、deepcopy(深拷貝)。
淺拷貝：不拷貝子對(duì)象的內(nèi)容，只是拷貝子對(duì)象的引用。
深拷貝：會(huì)連子對(duì)象的內(nèi)存也全部拷貝一份，對(duì)子對(duì)象的修改不會(huì)影響源對(duì)象
【操作】測試淺拷貝和深拷貝
#測試淺拷貝和深拷貝
import copy
def testCopy():
'''測試淺拷貝'''
a = [10, 20, [5, 6]]
b = copy.copy(a)
print("a", a)
print("b", b)
b.append(30)
b[2].append(7)
print("淺拷貝......")
print("a", a)
print("b", b)
def testDeepCopy():
'''測試深拷貝'''
a = [10, 20, [5, 6]]
b = copy.deepcopy(a)
print("a", a)
print("b", b)
b.append(30)
b[2].append(7)
print("深拷貝......")
print("a", a)
print("b", b)
testCopy()
print("*************")
testDeepCopy()
#result
'''
a [10, 20, [5, 6]]
b [10, 20, [5, 6]]
淺拷貝......
a [10, 20, [5, 6, 7]]
b [10, 20, [5, 6, 7], 30]
*************
a [10, 20, [5, 6]]
b [10, 20, [5, 6]]
深拷貝......
a [10, 20, [5, 6]]
b [10, 20, [5, 6, 7], 30]
'''
傳遞不可變對(duì)象包含的子對(duì)象是可變的情況
傳遞不可變對(duì)象時(shí)。不可變對(duì)象里面包含的子對(duì)象是可變的。則方法內(nèi)修改了這個(gè)可變對(duì)象，源對(duì)象也發(fā)生了變化
a = (10,20,[5,6])
print("a:",id(a))
def test01(m):
print("m:",id(m))
m[2][0] = 888
print(m)
print("m:",id(m))
test01(a)
print(a)
#result
'''
a: 3006159512640
m: 3006159512640
(10, 20, [888, 6])
m: 3006159512640
(10, 20, [888, 6])
'''參數(shù)的幾種類型
位置參數(shù)
函數(shù)調(diào)用時(shí)，實(shí)參默認(rèn)按位置順序傳遞，需要個(gè)數(shù)和形參匹配。按位置傳遞的參數(shù)，稱為：“位置參數(shù)”。
【操作】測試位置參數(shù)
def f1(a,b,c):
print(a,b,c)
f1(2,3,4)
f1(2,3) #報(bào)錯(cuò)，位置參數(shù)不匹配
#result
'''
2 3 4
Traceback (most recent call last):
File "c:\Users\chenh\OneDrive\Data Learn\Python 基礎(chǔ)\課堂筆記\05\Book_code.py", line 4, in <module>
f1(2,3) #報(bào)錯(cuò)，位置參數(shù)不匹配
^^^^^^^
TypeError: f1() missing 1 required positional argument: 'c'
'''默認(rèn)值參數(shù)
我們可以為某些參數(shù)設(shè)置默認(rèn)值，這樣這些參數(shù)在傳遞時(shí)就是可選的。稱為“默認(rèn)值參數(shù)”。默認(rèn)值參數(shù)放到位置參數(shù)后面。
【操作】測試默認(rèn)值參數(shù)
def f1(a, b, c=10, d=20): #默認(rèn)值參數(shù)必須位于普通位置參數(shù)后面
print(a, b, c, d)
f1(9, 8)
f1(8, 9, 19)
f1(8, 9, 19, 29)
#result
'''
9 8 10 20
8 9 19 20
8 9 19 29
'''命名參數(shù)
我們也可以按照形參的名稱傳遞參數(shù)，稱為“命名參數(shù)”，也稱“關(guān)鍵字參數(shù)”。
【操作】測試命名參數(shù)
def f1(a,b,c):
print(a,b,c)
f1(8, 9, 19) #位置參數(shù)
f1(c=10, a=20, b=30) #命名參數(shù)、
#result
'''
8 9 19
20 30 10
'''可變參數(shù)
可變參數(shù)指的是“可變數(shù)量的參數(shù)”。分兩種情況：
- *param（一個(gè)星號(hào)），將多個(gè)參數(shù)收集到一個(gè)“元組”對(duì)象中。
- **param（兩個(gè)星號(hào)），將多個(gè)參數(shù)收集到一個(gè)“字典”對(duì)象中。
【操作】測試可變參數(shù)處理（元組、字典兩種方式
def f1(a,b,*c):
print(a,b,c)
f1(8, 9, 19, 20)
def f2(a,b,**c):
print(a,b,c)
f2(8, 9, name = 'gaoqi', age = 18)
def f3(a,b,*c,**d):
print(a,b,c,d)
f3(8, 9, 20, 30, name = 'gaoqi',age = 18)\
#result
'''
8 9 (19, 20) #將*c參數(shù)放在元組中
8 9 {'name': 'gaoqi', 'age': 18} #將**c參數(shù)放在字典中
8 9 (20, 30) {'name': 'gaoqi', 'age': 18}
'''強(qiáng)制命名參數(shù)
在帶星號(hào)的“可變參數(shù)”后面增加新的參數(shù)，必須在調(diào)用的時(shí)候“強(qiáng)制命名參數(shù)”。
【操作】強(qiáng)制命名參數(shù)的使用
def f1(*a,b,c):
print(a,b,c)
#f1(2,3,4) #會(huì)報(bào)錯(cuò)。由于 a 是可變參數(shù)，將 2,3,4 全部收集。造成 b 和 c 沒有賦值。
f1(2,b=3,c=4)
f1(2, 3, 4, b=10, c=100)
'''
result:
(2,) 3 4
(2, 3, 4) 10 100
'''lambda 表達(dá)式和匿名函數(shù)
lambda 表達(dá)式可以用來聲明匿名函數(shù)。lambda 函數(shù)是一種簡單的、在同一行中定義函數(shù)的方法。lambda 函數(shù)實(shí)際生成了一個(gè)函數(shù)對(duì)象。
lambda 表達(dá)式只允許包含一個(gè)表達(dá)式，不能包含復(fù)雜語句，該表達(dá)式的計(jì)算結(jié)果就是函數(shù)的返回值。
ambda 表達(dá)式的基本語法如下：
lambda arg1,arg2,arg3... : <表達(dá)式>arg1/arg2/arg3 為函數(shù)的參數(shù)。<表達(dá)式>相當(dāng)于函數(shù)體。運(yùn)算結(jié)果是：表達(dá)式的運(yùn)算結(jié)果。
【操作】lambda 表達(dá)式使
f = lambda a, b, c : a + b + c
print(f)
print(f(2, 3, 4))
'''
result:
<function <lambda> at 0x0000024E1DBA0680>
9
'''
g = [lambda a : a*2, lambda b : b*3, lambda c : c*4]
print(g)
print(g[0](6),g[1](7),g[2](8))
'''
result:
[<function <lambda> at 0x0000019D11368E00>, <function <lambda> at 0x0000019D11368F40>, <function <lambda> at 0x0000019D11368FE0>]
12 21 32
'''eval()函數(shù)
功能：將字符串 str 當(dāng)成有效的表達(dá)式來求值并返回計(jì)算結(jié)果。
語法參數(shù)：
eval(source[, globals[, locals]]) -> value
source：一個(gè) Python 表達(dá)式或函數(shù) compile()返回的代碼對(duì)象
globals：可選。必須是 dictionary
locals：可選。任意映射對(duì)象s = "print('abcde')"
eval(s)
a = 10
b = 20
c = eval("a + b")
print(c)
dict1 = dict(a = 100, b = 200)
d = eval("a+b",dict1)
print(d)
'''
result:
abcde
30
300
'''eval 函數(shù)會(huì)將字符串當(dāng)做語句來執(zhí)行，因此會(huì)被注入安全隱患。比如：字符串中含有刪除文件的語句。那就麻煩大了。因此，使用時(shí)候，要慎重！！！
遞歸函數(shù)
遞歸函數(shù)指的是：自己調(diào)用自己的函數(shù)，在函數(shù)體內(nèi)部直接或間接的自己調(diào)用自己。遞歸類似于大家中學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)過的“數(shù)學(xué)歸納法”。 每個(gè)遞歸函數(shù)必須包含兩個(gè)部分：
- 終止條件
表示遞歸什么時(shí)候結(jié)束。一般用于返回值，不再調(diào)用自己。
- 遞歸步驟
把第 n 步的值和第 n-1 步相關(guān)聯(lián)。
遞歸函數(shù)由于會(huì)創(chuàng)建大量的函數(shù)對(duì)象、過量的消耗內(nèi)存和運(yùn)算能力。在處理大量數(shù)據(jù)時(shí)，謹(jǐn)慎使用。
【操作】 使用遞歸函數(shù)計(jì)算階乘(factorial
def factorial(n):
if n == 1:
return 1
else:
return n * factorial(n-1)
for i in range(1,11):
print(i,'!=',factorial(i))
'''
result:
1 != 1
2 != 2
3 != 6
4 != 24
5 != 120
6 != 720
7 != 5040
8 != 40320
9 != 362880
10 != 3628800
'''
原文鏈接：https://www.cnblogs.com/thankcat/p/17004804.html
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