到目前为止，我们已经学习了基本的数据类型、集合类型以及控制程序流程的条件语句和循环。随着程序越来越复杂，我们可能会发现自己反复编写相同的代码块来执行特定任务。这不仅低效，还会导致代码难以阅读和维护。

函数就是解决这个问题的重要工具。它们允许我们将一段代码封装起来，赋予一个名字，然后在需要的时候多次调用。本篇博客将深入讲解如何定义自己的函数、如何调用它们，以及如何使用 return 语句从函数中获取结果。

为什么要使用函数？

使用函数的好处多多：

1. 代码重用 (Reusability): 避免重复编写相同的代码块。遵循 DRY (Don’t Repeat Yourself) 原则。
2. 模块化 (Modularity): 将程序分解成更小、更易于管理和理解的部分。每个函数负责一个特定的任务。
3. 提高可读性 (Readability): 通过有意义的函数名，代码变得更容易理解其目的。
4. 易于维护和调试 (Maintainability & Debugging): 当需要修改或修复某个功能的代码时，只需在一个地方（函数定义处）进行修改。如果出现错误，更容易定位问题在哪个函数中。

函数的定义 (def)

在 Python 中，使用 def 关键字来定义一个函数。定义函数的基本结构如下：

def function_name(parameter1, parameter2, ...):"""这里是函数的文档字符串 (Docstring)。解释函数的功能、参数和返回值。"""# 函数体 - 执行任务的代码块# ...# return value # 可选的返回值

• def 关键字: 标记着一个函数的定义开始。
• function_name: 函数的名字。需要遵循 Python 的命名规则（通常使用小写字母和下划线 _ 组合，称为 snake_case）。函数名应该能够清晰地表明函数的功能。
• 圆括号 (): 紧跟在函数名后面。里面可以包含参数 (Parameters)，用于接收外部传递进来的数据。如果没有参数，圆括号也不能省略。
• 冒号 :: 标记着函数头部的结束，函数体即将开始。
• 文档字符串 (Docstring): 使用三引号 """ """ 或 ''' ''' 包围起来的一段文本。它应该在函数头部的下一行，用于详细说明函数的作用。这是 Python 的一个重要特性，可以通过 help(function_name) 或 function_name.__doc__ 查看。编写良好的文档字符串是好习惯。
• 函数体: 缩进的代码块，包含了函数执行的实际操作。
• return 语句: 用于指定函数执行完毕后返回给调用者的值。是可选的。

示例： 定义一个简单的函数，它不接受参数，也不返回值，只打印一条消息。

def greet():"""这是一个简单的打招呼函数。"""print("Hello, welcome to Python functions!")print("This function does not take arguments and does not return a value.")

上面的代码只是定义了一个函数，它还没有被执行。

函数的调用

定义函数后，要让它执行里面的代码，就需要调用它。调用函数非常简单，只需要使用函数名后面加上圆括号 () 即可。如果函数定义时有参数，调用时需要在圆括号中提供相应的实参 (Arguments)。

# 调用上面定义的 greet 函数
greet()
greet() # 函数可以被多次调用

输出：

Hello, welcome to Python functions!
This function does not take arguments and does not return a value.
Hello, welcome to Python functions!
This function does not take arguments and does not return a value.

函数参数 (Parameters vs Arguments)

• 参数 (Parameters): 在函数定义时，圆括号中列出的变量名。它们是函数内部使用的占位符，代表函数期望接收的数据。
• 实参 (Arguments): 在函数调用时，传递给函数参数的实际值。

# 定义一个接受一个参数的函数
def greet_person(name):"""向指定名字的人打招呼。Args:name: 要打招呼的人的名字 (字符串)。"""print(f"Hello, {name}!")# 调用函数，并传递实参
greet_person("Alice") # "Alice" 是传递给 name 参数的实参
greet_person("Bob")   # "Bob" 是传递给 name 参数的实参

输出：

Hello, Alice!
Hello, Bob!

一个函数可以有多个参数，调用时需要按照参数定义的顺序传递实参。

# 定义一个接受两个参数的函数
def add_numbers(a, b):"""计算两个数字的和。Args:a: 第一个数字。b: 第二个数字。"""sum_result = a + bprint(f"{a} + {b} = {sum_result}")# 调用函数，传递两个实参
add_numbers(5, 3)     # a=5, b=3
add_numbers(10, 20)   # a=10, b=20

输出：

5 + 3 = 8
10 + 20 = 30

调用带有参数的函数时，必须提供正确数量的实参（对于目前我们学习的必需参数）。

返回值 (return)

函数的一个重要作用是执行计算并将结果返回给调用者。使用 return 语句来实现。

• return value: 函数执行到 return 语句时，会立即停止执行，并将 value 返回给调用者。
• 如果函数没有 return 语句，或者只有不带值的 return，它会隐式地返回特殊的值 None。
• None 是 Python 中表示“无”或“空”的一个特殊对象。

# 定义一个函数，使用 return 返回计算结果
def multiply(x, y):"""计算两个数字的乘积并返回结果。Args:x: 第一个数字。y: 第二个数字。Returns:两个数字的乘积。"""product = x * yreturn product # 返回计算得到的乘积# 调用函数，并用变量接收返回值
result = multiply(4, 6)
print(f"乘积是: {result}") # 输出: 乘积是: 24another_result = multiply(2.5, 4)
print(f"另一个乘积是: {another_result}") # 输出: 另一个乘积是: 10.0

注意： return 语句一旦执行，函数就会结束。return 后面的代码将不会被执行。

def example_return(num):if num > 10:return "大于 10" # 如果 num > 10，函数在这里结束print("数字不大于 10") # 如果 num <= 10，这行会执行return "小于或等于 10" # 然后返回这个值print(example_return(15)) # 输出: 大于 10
print(example_return(8))  # 输出: 数字不大于 10\n小于或等于 10

隐式返回 None:

def print_message(msg):"""只打印消息，没有 return 语句。"""print(msg)# 隐式地返回 Nonereturn_value = print_message("Hello")
print(f"函数返回的值是: {return_value}") # 输出: Hello\n函数返回的值是: None

返回多个值:

Python 函数可以看似返回多个值，实际上，它是将多个值封装在一个元组 (tuple) 中返回。

def get_name_and_age():"""返回名字和年龄。"""name = "Charlie"age = 25return name, age # 实际上返回 ('Charlie', 25)info = get_name_and_age()
print(f"获取到的信息是: {info}")      # 输出: 获取到的信息是: ('Charlie', 25)
print(f"类型是: {type(info)}")       # 输出: 类型是: <class 'tuple'># 可以使用元组解包来分别获取返回值
person_name, person_age = get_name_and_age()
print(f"名字: {person_name}, 年龄: {person_age}") # 输出: 名字: Charlie, 年龄: 25

变量作用域 (简要了解)

在函数内部定义的变量（包括参数）通常是局部变量 (Local Variables)。它们只存在于函数执行期间，函数结束后就会被销毁，在函数外部无法访问。

def my_function():x = 10 # x 是局部变量print(f"函数内部的 x: {x}")my_function()
# print(x) # 这会引发 NameError，因为 x 在函数外部不存在

全局变量（在函数外部定义的变量）可以在函数内部访问，但不建议在函数内部直接修改全局变量，除非使用 global 关键字（但这通常是初学者应尽量避免的高级用法）。将数据通过参数传递进函数，通过返回值传出，是更好的实践。

总结

函数是 Python 中组织代码、实现重用和模块化的核心工具。本篇我们学习了：

• 使用 def 关键字定义函数。
• 理解参数 (Parameters) 和实参 (Arguments) 的区别。
• 如何调用函数来执行其代码。
• 使用 return 语句从函数中返回一个或多个值。
• 函数没有显式返回值时默认返回 None。
• 函数内部变量的局部作用域概念。
• 编写文档字符串说明函数功能。

练习题

尝试独立完成以下练习题，并通过答案进行对照：

1. 简单函数定义与调用:

   • 定义一个函数 print_hello()，它不接受参数，只打印 “Hello, Python!”。调用这个函数。

2. 带参数的函数:

   • 定义一个函数 say_greeting(name)，它接受一个字符串参数 name，并打印 “Hello, [name]!”。调用这个函数，传入你的名字。

3. 带返回值的函数:

   • 定义一个函数 calculate_square(number)，它接受一个数字参数 number，计算并返回这个数字的平方。调用这个函数，并打印返回值。
   • 定义一个函数 is_even(number)，它接受一个整数参数 number，如果数字是偶数返回 True，否则返回 False。调用这个函数测试几个数字。

4. 返回多个值的函数:

   • 定义一个函数 divide_and_remainder(a, b)，它接受两个数字 a 和 b，计算 a 除以 b 的商和余数，并同时返回这两个结果（作为一个元组）。调用这个函数，并使用元组解包分别获取商和余数，然后打印。

5. 结合循环和条件的函数:

   • 定义一个函数 count_vowels(text)，它接受一个字符串参数 text，遍历字符串，统计其中元音字母（a, e, i, o, u，不区分大小写）的数量，并返回数量。调用这个函数测试一些字符串。

6. 带文档字符串的函数:

   • 为你前面定义的任何一个函数添加一个清晰的文档字符串，说明其功能、参数和返回值。然后使用 help() 函数查看你写的文档。

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练习题答案

1. 简单函数定义与调用:

# 1. 简单函数定义与调用
def print_hello():"""打印一条简单的问候信息。"""print("Hello, Python!")# 调用函数
print_hello()

2. 带参数的函数:

# 2. 带参数的函数
def say_greeting(name):"""向指定名字的人打招呼。Args:name: 要打招呼的人的名字 (字符串)。"""print(f"Hello, {name}!")# 调用函数
say_greeting("Alice")
say_greeting("Bob")

3. 带返回值的函数:

# 3.1 计算平方并返回
def calculate_square(number):"""计算并返回一个数字的平方。Args:number: 需要计算平方的数字。Returns:number 的平方。"""return number ** 2# 调用并打印返回值
result1 = calculate_square(5)
print(f"5 的平方是: {result1}")result2 = calculate_square(3.5)
print(f"3.5 的平方是: {result2}")# 3.2 判断奇偶数并返回布尔值
def is_even(number):"""判断一个整数是否是偶数。Args:number: 需要判断的整数。Returns:如果数字是偶数返回 True，否则返回 False。"""return number % 2 == 0# 调用并测试
print(f"4 是偶数吗? {is_even(4)}")
print(f"7 是偶数吗? {is_even(7)}")
print(f"0 是偶数吗? {is_even(0)}")

4. 返回多个值的函数:

# 4. 返回多个值的函数
def divide_and_remainder(a, b):"""计算两个数字的商和余数。Args:a: 被除数。b: 除数 (不能为 0)。Returns:一个包含商和余数的元组 (quotient, remainder)。如果 b 为 0，返回 None。"""if b == 0:print("错误: 除数不能为零。")return None # 或者根据需要处理错误quotient = a // b  # 整数除法获取商remainder = a % b   # 获取余数return quotient, remainder # 返回一个元组# 调用并解包返回值
result_tuple = divide_and_remainder(10, 3)if result_tuple is not None: # 检查返回值是否为 Nonequotient, remainder = result_tuple # 元组解包print(f"10 除以 3 的商是: {quotient}, 余数是: {remainder}")divide_and_remainder(5, 0) # 测试除数为零的情况

5. 结合循环和条件的函数:

# 5. 结合循环和条件的函数
def count_vowels(text):"""统计字符串中元音字母的数量。Args:text: 输入的字符串。Returns:字符串中元音字母 (a, e, i, o, u, 不区分大小写) 的数量。"""vowels = "aeiouAEIOU" # 元音字母集合vowel_count = 0for char in text: # 遍历字符串中的每个字符if char in vowels: # 检查字符是否在元音字母集合中vowel_count += 1return vowel_count# 调用并测试
sentence1 = "Hello World"
count1 = count_vowels(sentence1)
print(f"'{sentence1}' 中的元音字母数量: {count1}")sentence2 = "Python Programming"
count2 = count_vowels(sentence2)
print(f"'{sentence2}' 中的元音字母数量: {count2}")

6. 带文档字符串的函数:

选择上面任意一个函数，确保你已经添加了文档字符串，然后运行以下代码：

# 假设你已经为 calculate_square 函数添加了文档字符串
# 运行以下代码查看文档
help(calculate_square)# 或者直接访问 __doc__ 属性
print("\n--- 通过 __doc__ 属性访问文档字符串 ---")
print(calculate_square.__doc__)

运行 help(calculate_square) 应该会输出你为 calculate_square 函数编写的文档字符串内容（通常会格式化得更漂亮）。

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