函数专题1
知识点回顾：
- 函数的定义
- 变量作用域：局部变量和全局变量
- 函数的参数类型：位置参数、默认参数、不定参数
- 传递参数的手段：关键词参数
- 传递参数的顺序：同时出现三种参数类型时
1. 函数的定义：餐厅的菜单
想象你走进一家餐厅，菜单上列出了各种菜品。这些菜品就像是函数，是餐厅为你准备好的“功能”。你可以通过点菜（调用函数）来享受美食（执行功能）。
函数定义：菜单上的每一道菜都有一个名字（函数名），比如“宫保鸡丁”或“红烧肉”。这些名字让你知道你可以点什么菜。
函数的基本写法如下所示： ```python def function_name(parameter1, parameter2, ...): """ Docstring: 描述函数的功能、参数和返回值 (可选但强烈推荐) """ # 函数体: 实现功能的代码 # ... return value # 可选，用于返回结果 ``` - def: 关键字，表示开始定义一个函数。 - function_name: 函数的名称，应遵循Python的命名约定（通常是小写字母和下划线，例如 calculate_area,用英文单词含义和下划线来作为函数名）。 - parameter1, parameter2, ...: 函数的参数（也叫形参），是函数在被调用时接收的输入值。参数是可选的。 - (): 参数列表必须放在圆括号中，即使没有参数，括号也不能省略。 - : 冒号表示函数定义的头部结束，接下来是缩进的函数体。 - Docstring (文档字符串): 位于函数定义第一行的多行字符串（通常用三引号 """Docstring goes here"""）。用于解释函数的作用、参数、返回值等。可以通过 help(function_name) 或 function_name.__doc__ 查看。这个写法可选，为了后续维护和查看，建议加上这一段更加规范 - 函数体 (Function Body): 缩进的代码块，包含实现函数功能的语句。 - return value: return 语句用于从函数中返回一个值。如果函数没有 return 语句，或者 return 后面没有值，它会自动返回 None。一个函数可以有多个 return 语句（例如在不同的条件分支中）。调用函数：你告诉服务员你想要的菜品，比如“我要一份宫保鸡丁”，这就像是在代码中调用一个函数。
1. 不带参数的函数：固定套餐
假设餐厅提供一种“固定套餐”，你不需要告诉服务员任何额外信息，直接点这个套餐就行。
def fixed_meal(): print("这是固定套餐：宫保鸡丁 + 米饭 + 汤")比喻：你走进餐厅，直接对服务员说：“我要固定套餐。”
执行：服务员知道固定套餐的内容，直接给你准备宫保鸡丁、米饭和汤。
代码调用
fixed_meal() # 输出：这是固定套餐：宫保鸡丁 + 米饭 + 汤-
2. 带位置参数的函数：点具体菜品
假设你需要点具体的菜品，比如宫保鸡丁和红烧肉，你需要按顺序告诉服务员你想要的菜品。
def order_dishes(dish1, dish2): print(f"您点了：{dish1} 和 {dish2}") 比喻：你对服务员说：“我要宫保鸡丁和红烧肉。”
执行：服务员按照你点的顺序记录下来，准备这两道菜。
代码调用
order_dishes("宫保鸡丁", "红烧肉") # 输出：您点了：宫保鸡丁 和 红烧肉-
3. 带默认参数的函数：点菜时有默认选项
假设菜单上写明“宫保鸡丁默认不辣”，但你可以选择修改这个默认选项。
def order_dish(dish, spiciness="不辣"): print(f"您点了：{dish}，辣度为：{spiciness}") 比喻：你对服务员说：“我要宫保鸡丁。”（默认不辣）
如果你有特殊要求，可以说：“我要宫保鸡丁，辣度中辣。”
执行：服务员按照默认选项准备菜品，除非你有特殊要求。
代码调用
order_dish("宫保鸡丁") # 输出：您点了：宫保鸡丁，辣度为：不辣 order_dish("宫保鸡丁", "中辣") # 输出：您点了：宫保鸡丁，辣度为：中辣-
4. 带不定参数的函数：点菜时有额外要求
假设你可以有一些额外的要求，比如“多放点花生”或“少放点油”。
def order_dish_with_extra(dish, *extras): print(f"您点了：{dish}") if extras: print("额外要求：", ", ".join(extras)) else: print("没有额外要求") 比喻：你对服务员说：“我要宫保鸡丁，多放点花生，少放点油。”
执行：服务员记录下你的额外要求，并告诉厨师。
代码调用
order_dish_with_extra("宫保鸡丁", "多放点花生", "少放点油") # 输出： # 您点了：宫保鸡丁 # 额外要求： 多放点花生, 少放点油-
5. 带关键词参数的函数：点菜时明确说明需求
假设你可以通过关键词来明确你的需求，比如“辣度=中辣”或“花生=多放”。
def order_dish_with_keywords(dish, **kwargs): print(f"您点了：{dish}") if kwargs: print("具体要求：") for key, value in kwargs.items(): print(f" {key}: {value}") else: print("没有具体要求") 比喻：你对服务员说：“我要宫保鸡丁，辣度=中辣，花生=多放。”
执行：服务员清楚地记录下你的具体要求，并告诉厨师。
代码调用
order_dish_with_keywords("宫保鸡丁", spiciness="中辣", peanuts="多放") # 输出： # 您点了：宫保鸡丁 # 具体要求： # spiciness: 中辣 # peanuts: 多放6. 混合参数类型的函数：综合点菜
假设你可以同时使用位置参数、默认参数、不定参数和关键词参数。
def order_complete_meal(dish1, dish2="红烧肉", *extras, **kwargs): print(f"您点了：{dish1} 和 {dish2}") if extras: print("额外要求：", ", ".join(extras)) if kwargs: print("具体要求：") for key, value in kwargs.items(): print(f" {key}: {value}")比喻：你对服务员说：“我要宫保鸡丁，红烧肉，多放点花生，少放点油，辣度=中辣。”
执行：服务员按照顺序记录你的需求，包括默认选项、额外要求和具体要求。
代码调用
order_complete_meal("宫保鸡丁", "红烧肉", "多放点花生", "少放点油", spiciness="中辣") # 输出： # 您点了：宫保鸡丁 和 红烧肉 # 额外要求： 多放点花生, 少放点油 # 具体要求： # spiciness: 中辣
2. 变量作用域：厨房和餐厅的食材
假设餐厅有两个区域：厨房和餐厅。
局部变量（厨房的食材）：厨房里的食材（比如新鲜的鸡肉、蔬菜）只在厨房里使用，厨师用它们来准备菜品。这些食材不会出现在餐厅里，顾客也看不到它们。一旦菜品做好，这些食材就被用完了（变量被销毁）。
全局变量（餐厅的食材）：餐厅里有一些食材（比如调料、餐具）是所有人都可以使用的。这些食材不仅厨师可以用，服务员也可以用，甚至顾客也可以看到它们。这些食材在整个餐厅（整个程序）中都是可用的。
print("\n--- 变量作用域示例 ---") global_var = "我是一个全局变量" def scope_test(): local_var = "我是一个局部变量" print(f"在函数内部，可以看到局部变量: '{local_var}'") print(f"在函数内部，也可以看到全局变量: '{global_var}'") # global_var = "尝试在函数内修改全局变量" # 如果没有 global 声明，这会创建一个新的局部变量 global_var # print(f"在函数内部，修改后的 '全局' 变量: '{global_var}'") scope_test() print(f"\n在函数外部，可以看到全局变量: '{global_var}'") # print(f"在函数外部，不能看到局部变量: {local_var}") # 这会产生 NameError，因为 local_var 只在函数内存在
3. 函数的参数类型：点菜的方式
当你点菜时，你可以用不同的方式告诉服务员你的需求。
位置参数（按顺序点菜）：你告诉服务员：“我要一份宫保鸡丁，一份红烧肉”。这里，“宫保鸡丁”和“红烧肉”是按顺序告诉服务员的，就像位置参数一样，顺序很重要。
# 带位置参数的函数 def order_dishes(dish1, dish2): # 根据传入的位置参数执行操作 print(f"您点了：{dish1} 和 {dish2}") # 调用函数时，按顺序传入参数 order_dishes("宫保鸡丁", "红烧肉") # 输出：您点了：宫保鸡丁 和 红烧肉默认参数（默认的菜品选项）：假设菜单上写明“宫保鸡丁默认不辣”，如果你没有特别说明，厨师就会按照默认的方式（不辣）来做这道菜。如果你说“我要一份辣的宫保鸡丁”，这就像是传递了一个非默认值。
# 带默认参数的函数 def order_dish(dish, spiciness="不辣"): # 默认参数 spiciness 默认值为 "不辣" print(f"您点了：{dish}，辣度为：{spiciness}") # 调用函数时，可以不传默认参数 order_dish("宫保鸡丁") # 输出：您点了：宫保鸡丁，辣度为：不辣 # 也可以传入非默认值 order_dish("宫保鸡丁", "中辣") # 输出：您点了：宫保鸡丁，辣度为：中辣不定参数（额外的要求）：你还可以有一些额外的要求，比如“我要一份宫保鸡丁，多放点花生”或“我要一份红烧肉，少放点油”。这些额外的要求就像是不定参数，可以有也可以没有，数量也不固定。
# 带不定参数的函数 def order_dish_with_extra(dish, *extras): # *extras 是一个元组，包含所有额外的要求 print(f"您点了：{dish}") if extras: print("额外要求：", ", ".join(extras)) else: print("没有额外要求") # 调用函数时，可以传入任意数量的额外要求 order_dish_with_extra("宫保鸡丁", "多放点花生", "少放点油") # 输出： # 您点了：宫保鸡丁 # 额外要求： 多放点花生, 少放点油 # 不传额外要求 order_dish_with_extra("宫保鸡丁") # 输出： # 您点了：宫保鸡丁 # 没有额外要求
4. 传递参数的手段：关键词参数（点菜时说明需求）
当你点菜时，你可以明确告诉服务员你的需求，比如“我要一份宫保鸡丁，辣度是微辣，多放点花生”。这里，“辣度是微辣”和“多放点花生”就像是关键词参数，你通过参数名（辣度、花生）来明确你的需求。
# 带关键词参数的函数
def order_dish_with_keywords(dish, **kwargs):
# **kwargs 是一个字典，包含所有关键词参数
print(f"您点了：{dish}")
if kwargs:
print("具体要求：")
for key, value in kwargs.items():
print(f" {key}: {value}")
else:
print("没有具体要求")
# 调用函数时，通过关键词参数明确说明需求
order_dish_with_keywords("宫保鸡丁", spiciness="中辣", peanuts="多放")
# 输出：
# 您点了：宫保鸡丁
# 具体要求：
# spiciness: 中辣
# peanuts: 多放
# 不传关键词参数
order_dish_with_keywords("宫保鸡丁")
# 输出：
# 您点了：宫保鸡丁
# 没有具体要求5. 传递参数的顺序：点菜的顺序
假设你点菜时可以有以下几种需求：
基本的菜品（位置参数）。
特殊的辣度要求（默认参数）。
额外的要求（不定参数）。
你必须按照这个顺序来点菜：
先告诉服务员你想要的基本菜品（位置参数）。
然后说明特殊的辣度要求（默认参数）。
最后提出额外的要求（不定参数）。
# 混合参数类型的函数 def order_complete_meal(dish1, dish2="红烧肉", *extras, **kwargs): # dish1 是位置参数，dish2 是默认参数，*extras 是不定参数，**kwargs 是关键词参数 print(f"您点了：{dish1} 和 {dish2}") if extras: print("额外要求：", ", ".join(extras)) if kwargs: print("具体要求：") for key, value in kwargs.items(): print(f" {key}: {value}") # 调用函数时，同时使用位置参数、默认参数、不定参数和关键词参数 order_complete_meal("宫保鸡丁", "红烧肉", "多放点花生", "少放点油", spiciness="中辣") # 输出： # 您点了：宫保鸡丁 和 红烧肉 # 额外要求： 多放点花生, 少放点油 # 具体要求： # spiciness: 中辣
比如：
正确的方式：“我要一份宫保鸡丁（位置参数），辣度是中辣（默认参数），多放点花生（不定参数）”。
错误的方式：“我要一份宫保鸡丁，多放点花生，辣度是中辣”（顺序混乱）。
总结
通过这个“餐厅点菜”的比喻，可以更形象地理解这些编程概念：
函数定义就像是菜单上的菜品，你可以通过点菜来享受服务。
局部变量就像是厨房里的食材，只在厨房里使用。
全局变量就像是餐厅里的调料和餐具，所有人都可以使用。
位置参数就像是按顺序点菜，顺序很重要。
作业：
题目1：计算圆的面积
- 任务： 编写一个名为 calculate_circle_area 的函数，该函数接收圆的半径 radius 作为参数，并返回圆的面积。圆的面积 = π * radius² (可以使用 math.pi 作为 π 的值)
- 要求：函数接收一个位置参数 radius。计算半径为5、0、-1时候的面积
- 注意点：可以采取try-except 使函数变得更加稳健，如果传入的半径为负数，函数应该返回 0 (或者可以考虑引发一个ValueError，但为了简单起见，先返回0)。
import math
def calculate_circle_area(radius):
try:
if radius < 0:
return 0
return math.pi * radius ** 2
except TypeError:
return 0
# 测试
print(calculate_circle_area(5)) # 正常情况
print(calculate_circle_area(0)) # 边界情况
print(calculate_circle_area(-1)) # 负数情况
print(calculate_circle_area("5")) # 非数字情况
题目2：计算矩形的面积
- 任务： 编写一个名为 calculate_rectangle_area 的函数，该函数接收矩形的长度 length 和宽度 width 作为参数，并返回矩形的面积。
- 公式： 矩形面积 = length * width
- 要求：函数接收两个位置参数 length 和 width。
- 函数返回计算得到的面积。
- 如果长度或宽度为负数，函数应该返回 0。
def calculate_rectangle_area(length, width):
try:
if length < 0 or width < 0:
return 0
return length * width
except TypeError:
return 0
# 测试
print(calculate_rectangle_area(10, 5)) # 正常情况
print(calculate_rectangle_area(-10, 5)) # 负数长度
print(calculate_rectangle_area(10, -5)) # 负数宽度
print(calculate_rectangle_area(-10, -5)) # 两个负数
print(calculate_rectangle_area(10, "5")) # 非数字宽度
题目3：计算任意数量数字的平均值
- 任务： 编写一个名为 calculate_average 的函数，该函数可以接收任意数量的数字作为参数（引入可变位置参数 (*args)），并返回它们的平均值。
- 要求：使用 *args 来接收所有传入的数字。
- 如果没有任何数字传入，函数应该返回 0。
- 函数返回计算得到的平均值。
def calculate_average(*args):
if not args:
return 0
return sum(args) / len(args)
# 测试
print(calculate_average(1, 2, 3, 4, 5)) # 正常情况
print(calculate_average()) # 无参数
print(calculate_average(10)) # 单个参数
题目4：打印用户信息
- 任务： 编写一个名为 print_user_info 的函数，该函数接收一个必需的参数 user_id，以及任意数量的额外用户信息（作为关键字参数）。
- 要求：
- user_id 是一个必需的位置参数。
- 使用 **kwargs 来接收额外的用户信息。
- 函数打印出用户ID，然后逐行打印所有提供的额外信息（键和值）。
- 函数不需要返回值
def print_user_info(user_id, **kwargs):
print(f"User ID: {user_id}")
for key, value in kwargs.items():
print(f"{key}: {value}")
# 测试
print_user_info(123, name="Alice", age=30, email="alice@example.com")
题目5：格式化几何图形描述
- 任务： 编写一个名为 describe_shape 的函数，该函数接收图形的名称 shape_name (必需)，一个可选的 color (默认 “black”)，以及任意数量的描述该图形尺寸的关键字参数 (例如 radius=5 对于圆，length=10, width=4 对于矩形)。
- 要求：shape_name 是必需的位置参数。
- color 是一个可选参数，默认值为 “black”。
- 使用 **kwargs 收集描述尺寸的参数。
- 函数返回一个描述字符串，格式如下：
- “A [color] [shape_name] with dimensions: [dim1_name]=[dim1_value], [dim2_name]=[dim2_value], …”如果 **kwargs 为空，则尺寸部分为 “with no specific dimensions.”
def describe_shape(shape_name, color="black", **kwargs): dimensions = ", ".join([f"{key}={value}" for key, value in kwargs.items()]) if dimensions: return f"A {color} {shape_name} with dimensions: {dimensions}" else: return f"A {color} {shape_name} with no specific dimensions." # 测试 print(describe_shape("circle", radius=5)) print(describe_shape("rectangle", color="red", length=10, width=5)) print(describe_shape("triangle", color="blue"))