Python函数进阶

一、函数
什么是函数？
类似一个封装体，它是组织好的，可重复使用的，实现相关功能的代码段
函数的特性有:减少重复代码；使程序变的可拓展；使程序变的易维护

二、定义函数
语法：

def 函数名(参数1,参数2,参数3,...): #函数名要见名思意

'''注释'''

函数体

return 返回的值

三、函数的调用
1.调用函数
格式：函数名（）

def star():
print("you are beautiful girl")
star()

2.函数返回值
函数在执行过程中只要遇到return语句，就会停止执行并返回结果
如果未在函数中指定return,那这个函数的返回值为None

什么时候函数需要返回值，什么时候函数不需要返回值？
通常有参函数需要有返回值，通常无参函数不需要有返回值

四、函数的参数

形参
1.位置参数必须传值

def func(a, b):
the_max = a if a > b else b #三元运算
return the_max
res = func(3, 5)
print(res)

2.默认参数（不传值就会显示默认的值）

def people(name, sex="男"):
print(name,sex)
people("xfxing")
people("alex", "gay")

实参
1.按位置传值
2.按关键字传参
3.混合传参 关键字参数永远在位置参数之后

def my_sum(x, y):
return x + y
num1 = my_sum(10, 20) # 位置参数
num2 = my_sum(x=20, y=99) # 关键字传参
num3 = my_sum(1, y=88) # 1--位置参数，y=88--关键字参数
print(num1, num2,num3)

动态传参
动态参数也叫非固定参数，需要传的参数个数不定，可用“args”,“kwargs”接收
1.agrs是元组的形式，接收除去键值对以外的所有参数。
2.kwargs接受的只是键值对的参数，并保存在字典中。
如果不确定要传的参数，最好使用非固定参数（万能参数）

def stu_register(name, age, *args, **kwargs):
print(name, age, args, kwargs)


stu_register("alex", 22)
stu_register("Boy", 21, "linux", "python")
stu_register("washington", 22, "linux", "java", "python", sex="男", province="JiangXi")

五、嵌套函数

name = "御姐" #外层定义的变量


def wrapper():
name = "小可爱" #外层函数定义的变量

def inner():
name = "萝莉" #内层函数定义的变量
print(name)

inner()
print(name)


wrapper()
print(name)

六、匿名函数(lambda函数)
就是不需要显示的指定函数名

func=lambda x,y:x*y if x<y else x/y #申明一个匿名函数
print(func(8, 16))

foo = lambda x, y: x**y
print(foo(2, 3))

优点：1. 节省代码量
           2. 看着高级

七、递归
在函数内部，可以调用其他函数。如果一个函数在内部调用自身本身，这个函数就是递归函数。

def calc(n):                #1 程序执行过程
    v = int(n/2)            #3 7 11 15
    print(v)                #4 8 12 16
    if v > 0:               #5 9 13  17
        calc(v)             #6 10 14
    print(n)                #18 19 20 21


calc(10) #2

递归特性：
1.必须有一个明确的结束条件
2.每次进入更深一层递归时，问题规模相比上次递归都应有所减少
3.递归效率不高，递归层次过多会导致栈溢出（在计算机中，函数调用是通过栈（stack）这种数据结构实现的，每当进入一个函数调用，栈就会加一层栈帧，每当函数返回，栈就会减一层栈帧。由于栈的大小不是无限的，所以，递归调用的次数过多，会导致栈溢出）

二分查找

八、内置函数
如何查看Python中全部内置变量和内置函数？
1.>>>dir(__builtins__)
2.>>>import builtins
>>>dir(builtins)

 

九、名称空间
1.什么是名称空间
名称到对象的映射。命名空间是一个字典的实现，键为变量名，值是变量对应的值。各个命名空间是独立的，一个命名空间中不能有重名，不同的命名空间可以重名。
2.名称空间分类
全局命名空间:global
局部命名空间:local
外部嵌套的命名空间:enclosing
内置命名空间：built-in
3.名称空间的加载顺序
内置命名空间(程序运行前加载)-->全局命名空间(程序运行中：从上到下加载)-->局部命名空间(程序运行中：调用时才加载)
4.名称空间的取值顺序:
在局部调用：局部命名空间-->全局命名空间-->内置命名空间 L->E->G->B
LEGB（local->enclosing function->global->built-in）
在全局调用：全局命名空间-->内置命名空间 G->B

十、作用域
1.什么是作用域
作用域是针对变量而言，指申明的变量在程序里的可应用范围。或者称为变量的可见性。
2.作用域分类
全局作用域：范围最大，在整个文件的任意位置都能被引用，全局有效
局部作用域：局部名称空间，只能在局部范围内生效

3.查看作用域的值
locals()和globals(),提供了基于字典的访问局部和全局变量的方式:
locals():函数会以字典类型返回当前位置的全部局部变量。
globals():函数会以字典类型返回当前位置的全部全局变量。
4.关键字（global与nonlocal）

global关键字作用：
声明一个全局变量
在局部作用域想要对全局作用域的全局变量进行调用，可用global（仅适用于字符串、数字）
对可变数据类型（list，dict，set）可以直接引用，不用通过global

a = 1


def func():
global a #声明为全局变量
a = 5
print(a)


func()
print(a) #结果:5 5

nonlocal作用：
不能修改一个全局变量
在局部作用域中，对外层（非全局作用域）的变量进行引用和修改，引用到了哪一层，那层以下这个变量全部发生改变

def wrapper():
    foo = 19
    def outer():
        foo = 23
        print(foo)
        def inner():
            nonlocal foo
            foo = foo + 29
            print(foo)
        inner()
        print(foo)
    outer()
    print(foo)
wrapper() #输出结果： 23 52 52 19

十一、函数的本质
1.函数可以被当成值或变量引用

def func():
    return


print(func)
f = func     #将其传给变量f
print(f)

2.函数可以被当成容器类型的元素存储

def func1():
    print('func1')


def func2():
    print('func2')


def func3():
    print('func3')


lists = [func1, func2, func3]
lists[0]()
lists[1]()
lists[2]()

3.可以当做函数的参数和返回值

def func(): # 1 程序执行过程
    print("func") # 5 8


def func1(args1): # 2
    args1() # 4
    return args1 # 6 func作为返回值


f = func1(func) # 3 func作为参数
f() # 7

十二、闭包
在一个外函数中定义了一个内函数，内函数里运用了外函数的临时变量，并且外函数的返回值是内函数的引用。这样就构成了一个闭包（即：内层函数，对外层函数(非全局)的变量的引用）。

def func():
    name = 'alice'

    def inner():
        print(name)
    return inner


f = func()
f()

1.检测闭包函数的公共属性：closure
如果里层的函数调用__closure__方法输出是一个cell对象，则证明是闭包。

def wrapper():
    name = 'alice'

    def inner():
        print(name) #调用外层函数的变量
    inner()
    print(inner.__closure__)


wrapper()
#输出结果是：
#alice
#(<cell at 0x0000024057E65618: str object at 0x0000024DD8AD70A0>,)

2.带有参数的闭包函数

def wrapper(a): #a是外部传入的参数
    b = 10

    def inner(a):
        print(a + b)
        return a + b
    inner(a)


wrapper(10)

十三、装饰器
本质上就是一个python函数，它可以让其他函数在不需要做任何代码变动的前提下，增加额外的功能，装饰器的返回值也是一个函数对象。
无参的装饰器

import time #1 程序执行流程


def timmer(func): #2
def wrapper(*args, **kwargs): #4
start_time = time.time() #7
res = func(*args, **kwargs) #my_max(1,2) #8
stop_time = time.time() #12
print('run time is %s' % (stop_time-start_time)) #13
return res #14
return wrapper #5


@timmer #3
def my_max(x, y):
print('my_max function') #9
res = x if x > y else y #10
return res #11


res = my_max(1, 2) #res=wrapper(1,2) #6
print('=====>', res) #15

带参数的装饰器

十四、迭代器
1.可迭代对象
可以直接作用于for循环的对象统称为可迭代对象，即Iterable。
常见迭代对象：
集合数据类型（str list tuple dict set range）
generator，包括生成器和带yield的generator function。
2.判断可迭代对象的方法
1）dir(对象)

str1 = 'hello' #字符串为可迭代对象
print('__iter__' in dir(str1))
#输出结果：
True

2）isinstance()方法
使用isinstance()判断一个对象是否是Iterable对象

>>> from collections import Iterable
>>> isinstance([], Iterable)
True
>>> isinstance({}, Iterable)
True
>>> isinstance('abc', Iterable)
True
>>> isinstance((x for x in range(10)), Iterable)
True
>>> isinstance(100, Iterable)
False

可以被next()函数调用并不断返回下一个值的对象称为迭代器：Iterator。
使用isinstance()判断一个对象是否是Iterator对象：

>>> from collections import Iterator
>>> isinstance((x for x in range(10)), Iterator)
True
>>> isinstance([], Iterator)
False
>>> isinstance({}, Iterator)
False
>>> isinstance('abc', Iterator)
False

3.可迭代对象转换迭代器
可迭代对象执行obj.iter()得到的结果就是迭代器对象。
而迭代器对象指的是即内置有__iter__又内置有__next__方法的对象。
生成器都是Iterator对象，但list、dict、str虽然是Iterable，却不是Iterator。
把list、dict、str等Iterable变成Iterator可以使用iter()函数：

>>> isinstance(iter([]), Iterator)
True
>>> isinstance(iter('abc'), Iterator)
True

为什么list、dict、str等数据类型不是Iterator？
这是因为Python的Iterator对象表示的是一个数据流，Iterator对象可以被next()函数调用并不断返回下一个数据，直到没有数据时抛出StopIteration错误。可以把这个数据流看做是一个有序序列，但我们却不能提前知道序列的长度，只能不断通过next()函数实现按需计算下一个数据，所以Iterator的计算是惰性的，只有在需要返回下一个数据时它才会计算。

Iterator甚至可以表示一个无限大的数据流，例如全体自然数。而使用list是永远不可能存储全体自然数的。

4.迭代器的优缺点
优点：提供一种统一的、不依赖于索引的迭代方式；惰性计算、节省内存
缺点：无法获取长度（只有在next完毕才知道有几个值）；一次性的，只能往后走，不能往前退

十五、生成器
把列表解析的[]换成()得到的就是生成器表达式

>>> L = [x*x for x in range(10)]
>>> L
[0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]
>>> g =(x*x for x in range(10))
>>> g
<generator object <genexpr> at 0x0000028604E21048>
>>> next(g)
0
>>> next(g)
1
>>> next(g)
4
>>> next(g)
9
>>> next(g)
16
>>> next(g)
25
>>> next(g)
36
>>> next(g)
49
>>> next(g)
64
>>> next(g)
81
>>> next(g)
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
StopIteration

每次调用next()函数获得generator的下一个返回值，直到计算到最后一个元素，没有更多的元素时，抛出StopIteration的错误。

可用for循环迭代，不需要每次调用next(),同时也不会出现StopIteration的错误。

g = (x * x for x in range(10))
for n in g:
    print(n)

比如，著名的斐波拉契数列（Fibonacci），除第一个和第二个数外，任意一个数都可由前两个数相加得到：1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, ...

def fib(max):
    n, a, b = 0, 0, 1
    while n < max:
        print(b)
    a, b = b, a + b
    n = n + 1
    return 'done'

#a, b = b, a + b相当于 t = (b, a + b) # t是一个tuple
#a = t[0]
#b = t[1]

输出结果：

>>> fib(6)
1
1
2
3
5
8
'done'

如果一个函数定义中包含yield关键字，那么这个函数就不再是一个普通函数，而是一个generator：

def fib(max1):
    n, a, b = 0, 0, 1
    while n < max1:
        yield b
        a,b = b, a + b
        n = n + 1
    return 'done'


for n in fib(6):
    print(n)

generator和函数的执行流程不一样！函数是顺序执行，遇到return语句或者最后一行函数语句就返回。而变成generator的函数，在每次调用next()的时候执行，遇到yield语句返回，再次执行时从上次返回的yield语句处继续执行。
函数改成generator后，我们基本上从来不会用next()来获取下一个返回值，而是直接使用for循环来迭代。
用for循环调用generator时，发现拿不到generator的return语句的返回值。如果想要拿到返回值，必须捕获StopIteration错误，返回值包含在StopIteration的value中：

g = fib(6)
while True:
    try:
        x = next(g)
        print('g:', x)
    except StopIteration as e:
        print('Generator return value:', e.value)
        break

输出结果：

g: 1
g: 1
g: 2
g: 3
g: 5
g: 8
Generator return value: done

　　

列表解析与生成器表达式都是一种便利的编程方式，只不过生成器表达式更节省内存。