Python基础之函数详解
一、函数的定义
到现在为止，我们已经掌握了Python的基本语法和数据类型等相关基础知识了，以进行一个项目的编写了，这个时候，就会发现，很多代码需要我们进行复制粘贴，这简直就是损害我们小文艺的脸面啊，这个时候，我们就需要向函数求助了。
函数的三大优点：
- 代码不冗余
- 可阅读性高
- 可维护性，可拓展性得到提升。
函数定义会发生什么呢？
- 先向内存申请一块空间将函数体的内容存放进去
- 将函数体的内容和函数名绑定一起
- 程序在执行到定义函数的阶段，只识别语法，不会执行函数体的内容
那么函数的语法是什么呢？
def 函数名（有无参数都可以）:
"""描述性信息"""
代码块
return 值。
- def:这是定义函数的关键字
- 函数名：遵循变量名的定义，最好对函数有一个功能性介绍（动词为主）
- 括号：内部可以选填参数
- “”“描述性信息”“”：可有可无，但是推荐使用，对函数体的功能进行描述
- return:可有可无。给出返回值
二、函数的调用
使用函数要遵循一个原则：这个原则就表明了它的内部的一些现象：大家一定要记牢：先定义后使用。是不是很熟悉，没毛病，这就是变量的使用原则。
函数名实际上跟“变量名”有些相似，都是储存一个内存地址，当我们调用函数的时候，最最基本的方式就是函数名加括号的方式。
def func():
pass
# 最最基本的调用方式。
func()
def func（a,b）:
pass
# 函数体有参数的方式
func(1,2)
三、函数返回值
这时候就不得不讲一下return的作用了，如果我们把函数当做一个工厂，那么参数就是我们送到工厂的原材料，而工厂生产出来的东西就是我们return的值了。他可以是任意数据类型，当函数运行结束的时候，我们可以对其进行赋值，就可以得到我们的产品了。
# 当函数没有return 值的时候，默认返回值为None
def func():
pass
v= func()
print(v) # None
# 当只有一个return，但是并没有写返回值的时候，默认返回值也是None
def func():
return
v= func()
print(v) # None
# 当函数有返回值的时候，对其调用进行赋值会得到返回值。
# 返回值可以是单个，也可以是多个
def num_sum(a,b):
return a+b
sums = num_sum(1,2)
print(sums) # 3
return 的作用不止如此，他也是函数终结者。当函数体中运行到return的时候，就会终止函数的运行，不会执行return之下的代码。
当然，我们还可以将函数的返回值当做参数传给另外一个函数，因为返回值的本质就是一个变量值。
四、函数的参数
当我们在定义有参函数的时候，括号内部的参数相当于变量名，而在函数调用的时候，传进的值将内存地址绑定给定义阶段的参数。
在定义阶段，函数括号内的参数称为形参。
在调用阶段，函数括号内的参数称为实参。
参数可以有好几种形式表现，比如单个数据类型、key=value、函数等，但是其核心概念就是传入的是个值。
4.1 位置参数
位置形参函数在定义的时候是按照从左到右依次定义的参数。特点是必须被传值，不能多也不能少。
位置实参：函数在调用的时候是按照从左到右依次定义的参数。特点是按顺序与形参一一对应。
# 特点：必须被传值，多少给参数都不行。
def func(x,y): # 括号内就是位置形参
print(x,y)
func(1,2,3) # 过多的位置实参被传
func(1,) # 太少的位置实参
func(1,2) # 完美
4.2 关键字参数
我们还可以利用key=value的形式进行传参，调用阶段的参数是关键字参数。关键字可以指定形参进行传值，可以不参照顺序。
# 关键字参数：按照key=value的形式传入当做参数。
def func(x,y=2): # 默认参数
print(x,y)
# func(y=2,x=1) # 关键字实参
# func(1,2)
默认参数在定义阶段已经被赋值了，所以在调用阶段可以不必为该参数传值，当然，如果要是进行传值的话，会以传的值为准。
实参：位置实参和关键字参数的混合使用
混合使用的话，一定要注意一下两点：
- 位置实参必须放在关键字实参之前。
- 不能为同一个形参重复传参。
形参：位置形参和默认参数的混合使用
形参中的混合使用需要注意：
- 位置形参必须在默认参数之前。
- 默认参数是在定义阶段就被传入的值的内存地址
- 建议默认值不推荐使用可变数据类型
4.3 可变长度参数
4.3.1 可变长度形参
如果我们在调用函数的时候，如果传入的实参过多，就回出现错误，但是我们可以使用（*+形参名）或者（**形参名）来接受过多的实参。
原则上形参名可以是任意名，但是约定俗成通常为（*args）和（**kwargs）。
- *args。用来接受位置实参。多出来的实参会被保存成元祖。
- **kwargs。用来接受关键字参数。多出来的实参会被保存成字典。
当然，在函数内部使用的时候，是不带星号的。
在定义的时候请务必放到默认参数之后。*args在**kwargs之前。
# *args的使用
def foo(x,y,*args):
print(x,y,args)
foo(1,2,3,4,5,6) # 1 2 (3,4,5,6)
# **kwargs的使用
def foo(x,y,**kwargs):
print(x,y,kwargs)
foo(1,2,a=3,c=4) # 1 2 {"a":3,"c":4}
4.3.2 星号在实参上的应用
多出来的实参有*args和**kwargs接受，那么如果在调用的时候就给实参加上星号会有什么结果呢？
如果我们给实参前加上星号，本质是将该实参进行循环，然后得出的值当做实参传入形参。当然*args后可以跟多个可循环的数据类型，如果是字典只传入key。**kwargs只能使用字典，代表的是将key=value的格式传入。
# 在字典上的应用。
def func(x,y,z):
print(x,y,z)
func(*{'x':1,'y':2,'z':3}) # func('x','y','z')
func(**{'x':1,'y':2,'z':3}) # func(x=1,y=2,z=3)
当然，传入的实参数量要和形参数量相同，不然会出现错误。
4.3.3 星号的综合应用
def index(x,y,z):
print(x,y,z)
def foo(*args,**kwargs): # （1,2）传给args，{"z":3}传给kwargs
# *args将(1,2)转成1,2。**kwargs将{"z":3}转成z=3，然后传入index函数做参数
index(*args,**kwargs)
foo(1,2,z=3)
当函数定义的参数为*args,**kwargs时，代表函数可以接受任意符合格式的实参，上述的函数调用foo的本质是调用index函数。
4.4 命名关键字参数
这个参数使用的比较少，在定义形参的阶段，如果某些参数出现在星号之后，那么这些参数就被称为命名关键字参数。
# 命名关键字参数
def func(x,y,*,a,b): # a,b就是命名关键字参数
print(x,y,a,b)
def foo(x,y,*,b=1,a): # 命名关键字参数是不用按key=value在单个值之后的顺序
print(x,y,a)
注意，由于命名关键字参数位于星号之后，所以如果不用关键字实参的话，其值是传不进去的，因此必须的用指名道姓的方法传参数，而且调用的时候还必须被传值。
4.5形参和实参的顺序
形参的顺序：位置形参、默认参数、*args、命名关键字参数、**Kwargs。
实参的顺序：位置实参、*args、关键字参数、**kwargs。
五、函数闭包函数
在了解闭包函数之前，我们是需要一些储备知识的。然后，你不知不觉就一边蒙逼一边明白什么是闭包函数了。
5.1 函数的应用。
# 1、函数可以赋值，因为函数名本身引用着函数体的内存地址。
def foo():
pass
f = foo
# 2、可以把函数当做参数传递给另外一个函数。
def func():
print()
def foo(x):
print(x)
foo(func)
# 3、可以当作另一个函数的返回值。
def f1():
return foo
# 4、可以当作容器类型的一个元素。
def foo():
pass
l = [foo,1,a]
其实看着有这么多应用，但是大家发现没有，函数名其实就是一个变量名，凡是变量名能做到的它都能做到。这点很重要哦。
5.2 函数的嵌套
函数的嵌套共有两种。
# 1、函数的嵌套调用。即在调用一个函数的时候，在其内部又调用另外一个函数。
def foo():
pass
def func():
foo()
# 2、函数的嵌套定义。即在定义一个函数的时候，在其内部又定义另外一个函数。
def func():
def foo():
print(1)
5.3 闭包函数
首先上面都是闭包函数的铺垫。
明确一个概念：闭包函数= 名称空间与作用域+函数嵌套+函数对象。
闭：该函数是内嵌函数。这字说明了该函数所处的位置，肯定是嵌套函数中的定义函数。
包：指该函数包含对外层函数作用域名字的引用。注意，自己本身不含有，只有外部函数有。
是不是看不懂，接下来看个例子、
# 闭函数：名称空间与作用域+函数嵌套
def outer():
x = 1111
def inter():
print(x)
inter()
x = 22222
outer()
当我们在外界去调用inter函数的时候，由于名称空间与作用域的查找关系（按照定义的时候的查找顺序）的原因，不管我们在外界定义的是否含有x ，他都会使用outer内定义的变量。
# 闭包函数：名称空间与作用域+函数嵌套+函数对象
def outer():
x = 1111
def inter():
print(x)
return inter
f1 = outer()
f1()
注意，是把函数名当做变量来用，return后返回的inter是一个函数的内存地址，如果加上括号就是执行函数功能的意思。所以一定不能加括号。在运行Outer的时候，返回一个内部函数名，然后复制给一个全局变量，然后该全局变量就被绑定了inter函数的内存地址，当该函数名后加括号的话，就相当于执行了inter()。
这样我们就可以在任意地方调用函数的局部名称空间。
当然，你也可以把x当做参数进行传递。但是原理一定要搞清楚，因为这是接下来的重点内容的铺垫。
六、装饰器
当我们的软件已经在线上运行的时候，需要拓展新的功能，那么我们 应该怎么办呢？首先我们要提到开放封闭原则。
- 开放原则：对拓展功能是开放的。
- 封闭原则：对修改源代码则是封闭的。
也就是说我们既不能更改函数的源代码，也不能更改调用方式，这个时候，我们就要用到装饰器了。
装饰器：为函数增加额外的功能且不更改调用方式的函数。
6.1 无参装饰器
下面我们进行循序渐进的讲解，究竟是怎么用到装饰器的，他又是怎么做到的符合开放封闭原则的。我们以为一个函数增加一个计算运行时间的功能为例来进行推导。
import time
def foo(x):
print("其实我这里有很多代码，但是你看不到")
time.sleep(3)
return x
# 1、我们直接在函数内部进行更改。
def foo(x):
start_time = time.time()
print("其实我这里有很多代码，但是你看不到")
time.sleep(3)
stop_time = time.time()
process_time = stop_time - start_time
print(process_time)
return x
这时候虽然我们增加了功能，但是我们已经违反了开放封闭原则，所以失败。
# 2、利用函数的嵌套定义来直接增加新功能
def outer(x):
start_time = time.time()
foo(x)
stop_time = time.time()
process_time = stop_time - start_time
print(process_time)
return x
我们同样实现了功能，调用方式改变，源代码没变。
# 3、利用闭包函数来修改
def outer(foo):
def inter(x):
start_time = time.time()
res = foo(x)
stop_time = time.time()
process_time = stop_time - start_time
print(process_time)
return res
return inter
foo = outer(foo)
foo（x）
上述已经实现了不更改函数源码，不更改调用方式了，但是函数被写死了，如果用来修饰多个函数呢？这些函数又有不同个数的参数呢？
# 终极版装饰器的诞生。
def outer(func):
def inter(*args,**kwargs):
start_time = time.time()
res = func(*args,**kwargs)
stop_time = time.time()
process_time = stop_time - start_time
print(process_time)
return res
return inter
foo = outer(foo)
这是利用星号在形参和实参不同的作用来实现的。
自此，装饰器就写好了，遵守开放封闭原则，让用户在不知情的情况下，完成了函数的更新。要想掌握装饰器，必须弄懂闭包函数这些前置只是，如果还是不太懂，就继续看看闭包函数板块和参数的知识。
# 装饰器的模板。
def outer(func):
def inter(*args,**kwargs):
res = func(*args,**kwargs)
return res
return inter
添加装饰器的时候，可以根据模板然后在inter函数里面添加相关功能。
当然，还有一点就是语法糖的使用，我们可以将装饰器的赋值转成在被修饰函数上一行添加@装饰器名。
# 语法糖：在被修饰函数上一行添加@装饰器名。
@outer
def foo(x):
print(x)
6.2 有参装饰器
当用户进行身份验证时，有的函数要从info文件里得到信息，有的则是从数据库等等，那么如何让让一个装饰器实现那么多功能呢？我们都能想到，那就再给装饰器一个状态参数呗，要知道，之前为了伪装成被装饰参数，内部函数的参数已经固定，外部参数虽然也可以进行参数赋值，但是由于语法糖的存在，导致我们如果在外部函数增加参数之后，语法糖就不能使用了。
综上，我们还可以再次利用给函数传参的两种方式中的第二种，在函数外在套一层，此时的炸U那个时期已经是三个函数定义了。
# 语法糖的实际效果相当于执行了这一步：与被修饰函数名相同的全局变量 = 装饰器（被装饰函数名）
@outer # foo = outer(foo)
def foo():
print("1")
# 有参装饰器的模板
def auth(参数):
def outer(func):
def wrapper(*args,**kwargs):
res = func(*args,**kwargs)
return res
return wrapper
return outer
@auth("参数")
def foo():
print(123)
当程序运行到语法糖时，由于函数名加括号，开始执行函数返回outer的内存地址，所以实际上语法糖依然是@outer。不过是多执行了一步函数将参数传到内部函数的名称空间而已。
6.3多个装饰器的运行原理
def outer1(func):
def wrapper1(*args,**kwargs):
res = func(*args,**kwargs)
return res
return wrapper
def outer2(func):
def wrapper2(*args,**kwargs):
res = func(*args,**kwargs)
return res
return wrapper2
def outer3(func):
def wrapper3(*args,**kwargs):
res = func(*args,**kwargs)
return res
return wrapper3
@outer1 # foo = outer1(foo）= wrapper1的内存地址
@outer2 # foo = outer2(foo）= wrapper2的内存地址
@outer3 # foo = outer3(foo) = wrapper3的内存地址
def foo():
print("123")
加载顺序：outer3>outer2>outer1
执行顺序：outer1==>outer2>outer3
七、递归函数
递归函数的本质就是循环，在运行函数体期间一直在不停地调用自己。在Python解释器中，递归有一个最大限制，超过这个限制就会报错。
# 递归的直接调用
def foo():
print("一直循环我会报错")
foo()
# 递归的间接调用
def foo1():
print("我是正常的函数，调用了foo我就不正常了")
foo()
递归函数在调用自己的时候又两个过程
- 回溯：在函数中不停地调用自己的过程
- 递推：在函数满足条件退出函数之后，不停地将已打开的函数结束的过程。
# while循环
count = 0
while count <5:
print(count)
count += 1
# 改成递归函数之后
def cou(count):
if count > 4:
return
print(count)
count += 1
cou(count)
cou(0)
据我观察，递归函数应该是主要应用在需要参数且多次循环的场景之上。
八、函数的类型提示
这是一个可用可不用的一个提示。
def foo(x:str,y:"这里面应该写整数",z:list=[1,2,3]):
pass
形参后面加个冒号然后可以写一些提示性信息，声明一下数据类型等，但是如果你不按照规定传参，函数也不会报错，因为这个规定本来就是自己定的 ，但是你打破了这个自己提示的类型，那你声明干嘛呢，，就像调皮的用户，哈哈哈