# 3.5 函数

## 本节重点：

* 使学生掌握函数的作用、语法
* 掌握作用域、全局变量与局部变量知识

> **本节时长需控制在 分钟内**

## 引子

现在老板让你写一个监控程序，24小时全年无休的监控你们公司网站服务器的系统状况，当cpu＼memory＼disk等指标的使用量超过阀值时即发邮件报警，你掏空了所有的知识量，写出了以下代码

```python
while True：
    if cpu利用率 > 90%:
        #发送邮件提醒
        连接邮箱服务器
        发送邮件
        关闭连接

    if 硬盘使用空间 > 90%:
        #发送邮件提醒
        连接邮箱服务器
        发送邮件
        关闭连接

    if 内存占用 > 80%:
        #发送邮件提醒
        连接邮箱服务器
        发送邮件
        关闭连接
```

上面的代码实现了功能，但即使是邻居老王也看出了端倪，老王亲切的摸了下你家儿子的脸蛋，说，你这个重复代码太多了，每次报警都要重写一段发邮件的代码，太low了，这样干存在2个问题：

1. 代码重复过多，一个劲的copy and paste不符合高端程序员的气质
2. 如果日后需要修改发邮件的这段代码，比如加入群发功能，那你就需要在所有用到这段代码的地方都修改一遍

你觉得老王说的对，你也不想写重复代码，但又不知道怎么搞，老王好像看出了你的心思，此时他抱起你儿子，笑着说，其实很简单，**只需要把重复的代码提取出来，放在一个公共的地方，起个名字，以后谁想用这段代码，就通过这个名字调用就行了**，如下

```python
def 发送邮件(内容)
    #发送邮件提醒
    连接邮箱服务器
    发送邮件
    关闭连接

while True：

    if cpu利用率 > 90%:
        发送邮件('CPU报警')

    if 硬盘使用空间 > 90%:
        发送邮件('硬盘报警')

    if 内存占用 > 80%:
        发送邮件('内存报警')
```

你看着老王写的代码，气势恢宏、磅礴大气，代码里透露着一股内敛的傲气，心想，老王这个人真是不一般，突然对他的背景更感兴趣了，问老王，这些花式玩法你都是怎么知道的？ 老王亲了一口你儿子，捋了捋不存在的胡子，淡淡的讲，“老夫，年少时，师从京西沙河淫魔银角大王 ”， 你一听“银角大王”这几个字，不由的娇躯一震，心想，真nb,怪不得代码写的这么6, 这“银角大王”当年在江湖上可是数得着的响当当的名字，只可惜后期纵欲过度，卒于公元2017年， 真是可惜了，只留下其哥哥孤守当年兄弟俩一起打下来的江山。 此时你看着的老王离开的身影，感觉你儿子跟他越来越像了。。。

## 基本定义

### 函数是什么?

函数一词来源于数学，但编程中的「函数」概念，与数学中的函数是有很大不同的，具体区别，我们后面会讲，编程中的函数在英文中也有很多不同的叫法。在BASIC中叫做subroutine(子过程或子程序)，在Pascal中叫做procedure(过程)和function，在C中只有function，在Java里面叫做method。

**定义: 函数是指将一组语句的集合通过一个名字(函数名)封装起来，要想执行这个函数，只需调用其函数名即可**

**特性:**

1. 减少重复代码
2. 使程序变的可扩展
3. 使程序变得易维护

### 语法定义

```python
def sayhi():#函数名
    print("Hello, I'm nobody!")

sayhi() #调用函数
```

可以带参数

```python
#下面这段代码
a,b = 5,8
c = a**b
print(c)


#改成用函数写
def calc(x,y):
    res = x**y
    return res #返回函数执行结果

c = calc(a,b) ＃结果赋值给c变量
print(c)
```

参数可以让你的函数更灵活，不只能做死的动作，还可以根据调用时传参的不同来决定函数内部的执行流程

## 函数参数

**形参变量**

只有在被调用时才分配内存单元，在调用结束时，即刻释放所分配的内存单元。因此，形参只在函数内部有效。函数调用结束返回主调用函数后则不能再使用该形参变量

**实参**

可以是常量、变量、表达式、函数等，无论实参是何种类型的量，在进行函数调用时，它们都必须有确定的值，以便把这些值传送给形参。因此应预先用赋值，输入等办法使参数获得确定值

![](/files/-LhJBqeQ-LvYlHPLkT1S)

### **默认参数**

看如下代码

```python
def stu_register(name,age,country,course):
    print("----注册学生信息------")
    print("姓名:",name)
    print("age:",age)
    print("国籍:",country)
    print("课程:",course)

stu_register("王山炮",22,"CN","python_devops")
stu_register("张叫春",21,"CN","linux")
stu_register("刘老根",25,"CN","linux")
```

发现 country 这个参数 基本都 是"CN", 就像我们在网站上注册用户，像国籍这种信息，你不填写，默认就会是 中国， 这就是通过默认参数实现的，把country变成默认参数非常简单

```python
def stu_register(name,age,course,country="CN"):
```

这样，这个参数在调用时不指定，那默认就是CN，指定了的话，就用你指定的值。

> **另外，你可能注意到了，在把country变成默认参数后，我同时把它的位置移到了最后面，为什么呢？** 

### 关键参数

正常情况下，给函数传参数要按顺序，不想按顺序就可以用关键参数，只需指定参数名即可(指定了参数名的参数就叫关键参数)，***但记住一个要求就是，关键参数必须放在位置参数(以位置顺序确定对应关系的参数)之后***

```python
def stu_register(name, age, course='PY' ,country='CN'):
    print("----注册学生信息------")
    print("姓名:", name)
    print("age:", age)
    print("国籍:", country)
    print("课程:", course)
```

调用可以这样

```python
stu_register("王山炮",course='PY', age=22,country='JP' )
```

但绝不可以这样

```python
stu_register("王山炮",course='PY',22,country='JP' )
```

当然这样也不行

```python
stu_register("王山炮",22,age=25,country='JP' )
```

这样相当于给age赋值2次，会报错！

### **非固定参数**

若你的函数在定义时不确定用户想传入多少个参数，就可以使用非固定参数

```python
def stu_register(name,age,*args): # *args 会把多传入的参数变成一个元组形式
    print(name,age,args)

stu_register("Alex",22)
#输出
#Alex 22 () #后面这个()就是args,只是因为没传值,所以为空

stu_register("Jack",32,"CN","Python")
#输出
# Jack 32 ('CN', 'Python')
```

还可以有一个\*\*kwargs

```python
def stu_register(name,age,*args,**kwargs): # *kwargs 会把多传入的参数变成一个dict形式
    print(name,age,args,kwargs)

stu_register("Alex",22)
#输出
#Alex 22 () {}#后面这个{}就是kwargs,只是因为没传值,所以为空

stu_register("Jack",32,"CN","Python",sex="Male",province="ShanDong")
#输出
# Jack 32 ('CN', 'Python') {'province': 'ShanDong', 'sex': 'Male'}
```

## 返回值

函数外部的代码要想获取函数的执行结果，就可以在函数里用return语句把结果返回

```python
def stu_register(name, age, course='PY' ,country='CN'):
    print("----注册学生信息------")
    print("姓名:", name)
    print("age:", age)
    print("国籍:", country)
    print("课程:", course)
    if age > 22:
        return False
    else:
        return True

registriation_status = stu_register("王山炮",22,course="PY全栈开发",country='JP')

if registriation_status:
    print("注册成功")

else:
    print("too old to be a student.")
```

**注意**

* 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，so 也可以理解为 return 语句代表着函数的结束
* 如果未在函数中指定return,那这个函数的返回值为None 

## 全局与局部变量

```python
name = "Alex Li"

def change_name(name):
    print("before change:",name)
    name = "金角大王,一个有Tesla的男人"
    print("after change", name)


change_name(name)

print("在外面看看name改了么?",name)
```

输出

```python
before change: Alex Li
after change 金角大王,一个有Tesla的男人
在外面看看name改了么? Alex Li
```

不用传name 值到函数里，也可以在函数里调用外面的变量

```python
name = "Alex Li"


def change_name():
    name = "金角大王,一个有Tesla的男人"
    print("after change", name)


change_name()

print("在外面看看name改了么?", name)
```

**但就是不能改！**

* 在函数中定义的变量称为局部变量，在程序的一开始定义的变量称为全局变量。
* 全局变量作用域是整个程序，局部变量作用域是定义该变量的函数。
* 当全局变量与局部变量同名时，在定义局部变量的函数内，局部变量起作用；在其它地方全局变量起作用。

### 作用域

作用域（scope），程序设计概念，通常来说，一段程序代码中所用到的名字并不总是有效/可用的，而限定这个名字的可用性的代码范围就是这个名字的作用域。

> 这里不适合深入，以后再讲LEGB rule

### 如何在函数里修改全局变量？

```python
name = "Alex Li"

def change_name():
    global name
    name = "Alex 又名 金角大王,路飞学城讲师"
    print("after change", name)


change_name()

print("在外面看看name改了么?", name)
```

`global name`**的作用就是要在函数里声明全局变量name ，意味着最上面的**`name = "Alex Li"`**即使不写，程序最后面的print也可以打印name** 

## 嵌套函数

```python
name = "Alex"

def change_name():
    name = "Alex2"

    def change_name2():
        name = "Alex3"
        print("第3层打印", name)

    change_name2()  # 调用内层函数
    print("第2层打印", name)


change_name()
print("最外层打印", name)
```

输出

```
第3层打印 Alex3
第2层打印 Alex2
最外层打印 Alex
```

此时，在最外层调用change\_name2()会出现什么效果？

没错， 出错了， 为什么呢？

> 嵌套函数的用法会了，但它有什么用呢？下节课揭晓。。。

## 匿名函数

匿名函数就是不需要显式的指定函数名

```python
#这段代码
def calc(x,y):
    return x**y

print(calc(2,5))

#换成匿名函数
calc = lambda x,y:x**y
print(calc(2,5))
```

你也许会说，用上这个东西没感觉有毛方便呀， 。。。。呵呵，如果是这么用，确实没毛线改进，不过匿名函数主要是和其它函数搭配使用的呢，如下

```python
res = map(lambda x:x**2,[1,5,7,4,8])
for i in res:
    print(i)
```

输出

```
1
25
49
16
64
```

## 高阶函数

变量可以指向函数，函数的参数能接收变量，那么一个函数就可以接收另一个函数作为参数，这种函数就称之为高阶函数。

```python
def add(x,y,f):
    return f(x) + f(y)


res = add(3,-6,abs)
print(res)
```

只需满足以下任意一个条件，即是高阶函数

* 接受一个或多个函数作为输入
* return 返回另外一个函数

## 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。

```python
def calc(n):
    print(n)
    if int(n/2) ==0:
        return n
    return calc(int(n/2))

calc(10)
```

输出

```python
10
5
2
1
```

来看实现过程，我改了下代码

```python
def calc(n):
    v = int(n/2)
    print(v)
    if v > 0:
        calc(v)
    print(n)

calc(10)
```

输出

```
5
2
1
0
1
2
5
10
```

为什么输出结果是这样？

![](/files/-LhJBqegseYSCCZE2utt)**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）

> *堆栈扫盲*<http://www.cnblogs.com/lln7777/archive/2012/03/14/2396164.html>&#x20;

**递归有什么用呢？有很多用途，今天我们就讲一个**

递归函数实际应用案例，二分查找

```python
data = [1, 3, 6, 7, 9, 12, 14, 16, 17, 18, 20, 21, 22, 23, 30, 32, 33, 35]


def binary_search(dataset,find_num):
    print(dataset)

    if len(dataset) >1:
        mid = int(len(dataset)/2)
        if dataset[mid] == find_num:  #find it
            print("找到数字",dataset[mid])
        elif dataset[mid] > find_num :# 找的数在mid左面
            print("\033[31;1m找的数在mid[%s]左面\033[0m" % dataset[mid])
            return binary_search(dataset[0:mid], find_num)
        else:# 找的数在mid右面
            print("\033[32;1m找的数在mid[%s]右面\033[0m" % dataset[mid])
            return binary_search(dataset[mid+1:],find_num)
    else:
        if dataset[0] == find_num:  #find it
            print("找到数字啦",dataset[0])
        else:
            print("没的分了,要找的数字[%s]不在列表里" % find_num)


binary_search(data,66)
```

## 内置函数

Python的len为什么你可以直接用？肯定是解释器启动时就定义好了![](/files/-LhJBqejpXPApPJ64Vld)

> 内置参数详解 <https://docs.python.org/3/library/functions.html?highlight=built#ascii>

几个刁钻古怪的内置方法用法提醒

```python
#compile
f = open("函数递归.py")
data =compile(f.read(),'','exec')
exec(data)


#print
msg = "又回到最初的起点"
f = open("tofile","w")
print(msg,"记忆中你青涩的脸",sep="|",end="",file=f)


# #slice
# a = range(20)
# pattern = slice(3,8,2)
# for i in a[pattern]: #等于a[3:8:2]
#     print(i)
#
#


#memoryview
#usage:
#>>> memoryview(b'abcd')
#<memory at 0x104069648>
#在进行切片并赋值数据时，不需要重新copy原列表数据，可以直接映射原数据内存，
import time
for n in (100000, 200000, 300000, 400000):
    data = b'x'*n
    start = time.time()
    b = data
    while b:
        b = b[1:]
    print('bytes', n, time.time()-start)

for n in (100000, 200000, 300000, 400000):
    data = b'x'*n
    start = time.time()
    b = memoryview(data)
    while b:
        b = b[1:]
    print('memoryview', n, time.time()-start)

几个内置方法用法提醒
```

## 练习题

修改个人信息程序

在一个文件里存多个人的个人信息，如以下

```
username password  age position department 
alex     abc123    24   Engineer   IT
rain     df2@432    25   Teacher   Teching
....
```

1.输入用户名密码，正确后登录系统 ，打印

```
1. 修改个人信息
2. 打印个人信息
3. 修改密码
```

2.每个选项写一个方法

3.登录时输错3次退出程序

练习题答案

```python
def print_personal_info(account_dic,username):
    """
    print user info 
    :param account_dic: all account's data 
    :param username: username 
    :return: None
    """
    person_data = account_dic[username]
    info = '''
    ------------------
    Name:   %s
    Age :   %s
    Job :   %s
    Dept:   %s
    Phone:  %s
    ------------------
    ''' %(person_data[1],
          person_data[2],
          person_data[3],
          person_data[4],
          person_data[5],
          )

    print(info)


def save_back_to_file(account_dic):
    """
    把account dic 转成字符串格式 ，写回文件 
    :param account_dic: 
    :return: 
    """
    f.seek(0) #回到文件头
    f.truncate() #清空原文件
    for k in account_dic:
        row = ",".join(account_dic[k])
        f.write("%s\n"%row)

    f.flush()


def change_personal_info(account_dic,username):
    """
    change user info ,思路如下
    1. 把这个人的每个信息打印出来， 让其选择改哪个字段，用户选择了的数字，正好是字段的索引，这样直接 把字段找出来改掉就可以了
    2. 改完后，还要把这个新数据重新写回到account.txt，由于改完后的新数据 是dict类型，还需把dict转成字符串后，再写回硬盘 

    :param account_dic: all account's data 
    :param username: username 
    :return: None
    """
    person_data = account_dic[username]
    print("person data:",person_data)
    column_names = ['Username','Password','Name','Age','Job','Dept','Phone']
    for index,k in enumerate(person_data):
        if index >1: #0 is username and 1 is password
            print("%s.  %s: %s" %( index, column_names[index],k)  )

    choice = input("[select column id to change]:").strip()
    if choice.isdigit():
        choice = int(choice)
        if choice > 0 and choice < len(person_data): #index不能超出列表长度边界
            column_data = person_data[choice] #拿到要修改的数据
            print("current value>:",column_data)
            new_val = input("new value>:").strip()
            if new_val:#不为空
                person_data[choice] = new_val
                print(person_data)

                save_back_to_file(account_dic) #改完写回文件
            else:
                print("不能为空。。。")



account_file = "account.txt"
f = open(account_file,"r+")
raw_data = f.readlines()
accounts = {}
#把账户数据从文件里读书来，变成dict,这样后面就好查询了
for line in raw_data:
    line = line.strip()
    if not  line.startswith("#"):
        items = line.split(",")
        accounts[items[0]] = items


menu = '''
1. 打印个人信息
2. 修改个人信息
3. 修改密码
'''

count = 0
while count <3:
    username = input("Username:").strip()
    password = input("Password:").strip()
    if username in accounts:
        if password == accounts[username][1]: #
            print("welcome %s ".center(50,'-') % username )
            while True: #使用户可以一直停留在这一层
                print(menu)
                user_choice = input(">>>").strip()
                if user_choice.isdigit():
                    user_choice = int(user_choice)
                    if user_choice == 1:
                        print_personal_info(accounts,username)
                    elif user_choice == 2:
                        change_personal_info(accounts,username)

                elif user_choice == 'q':
                    exit("bye.")

        else:
            print("Wrong username or password!")
    else:
        print("Username does not exist.")

    count += 1

else:
    print("Too many attempts.")
```


---

# Agent Instructions: Querying This Documentation

If you need additional information that is not directly available in this page, you can query the documentation dynamically by asking a question.

Perform an HTTP GET request on the current page URL with the `ask` query parameter:

```
GET https://triaquae.gitbook.io/python-book/di-3-zhang-python-ji-chu-2014-wen-jian-cao-4f5c26-han-shu/35-han-shu.md?ask=<question>
```

The question should be specific, self-contained, and written in natural language.
The response will contain a direct answer to the question and relevant excerpts and sources from the documentation.

Use this mechanism when the answer is not explicitly present in the current page, you need clarification or additional context, or you want to retrieve related documentation sections.