Python编程—函数

使用def定义函数是Python程序的基础，本文主要记录Python中函数定义与使用，包括函数参数，装饰器，生成器和迭代器等相关内容。

1. 函数定义

Python中定义函数使用关键字def，一般格式如下：

def func_name(args):
    statement_block
    return value

2. 函数参数

Python中函数可使用的参数类型有：

• 普通参数：普通参数必须以正确的顺序传入函数，调用时的数量必须和声明时一样。
• 默认参数：默认参数是指在函数定义时，给该参数指定了一个默认值。调用函数时，如果没有传入该参数的指定值就使用默认值。默认参数必须在非默认参数之后。
• 关键参数：在函数调用时指定了参数名的参数就叫关键参数。正常情况下，给函数传递参数要按顺序，关键参数可以不按顺序，但是关键参数必须放在普通参数之后，即关键参数之后的参数必须以关键参数的形式出现。
• 非固定参数：函数定义时不确定传入的参数个数，就可以使用非固定参数。非固定参数必须放在普通参数之后定义。

  非固定参数：非固定参数通过*操作符来进行表示

  • *args：元组类型的非固定参数，即参数以元组的形式导入
  • **args：字典类型的非固定参数，即参数以字典的形式导入

  NOTE:定义函数时，*可以单独出现，但是单独出现的*之后的参数必须用关键参数传入。

  def student(name, age,*args,**kwargs):
      print(name, age,args,kwargs)
  
  stu = student('lihua',25,'cpp','python',gender='male',country='CN') 
      # 输出：lihua 25 ('cpp', 'python') {'gender': 'male', 'country': 'CN'}

3. 参数传递

Python中数据类型分为可变和不可变，因此函数的参数传递也分为传递可变对象和传递不可变对象：

• 传递不可变对象：类似于C++的值传递
• 传递可变对象：类似于C++的引用传递

4. 匿名函数

匿名函数就是不需要通过def显式的指定函数名的函数，Python中使用lambda来创建匿名函数。
lambda函数的一般格式如下：

lambda [arg1[,arg2,...,argn]]:statement_block

NOTE：

• lambda只是一个表达式，函数体简单，只能封装简单的逻辑语句
• lambda有自己的命名空间，只能访问参数列表中的函数
• lambda只能写一行语句

5. 迭代器与生成器

5.1 迭代器

迭代器是一种可以将可迭代对象(如列表，元组，字典等)循环输出的工具。迭代器从集合的第一个元素开始访问，直到所有元素访问结束。迭代器有两个基本的方法：iter()和next()，iter()函数可以将可迭代对象转为迭代器，迭代器可以被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异常
NOTE:

• 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，可以通过isinstance(obj,Iterable)判断一个对象是否是可迭代对象
• 可作用于next()函数的对象都是迭代器
• StopIteration异常用于标识迭代的完成，防止无限循环的情况

5.2 生成器

在Python中，包含了yield关键字的函数被称为生成器。与普通函数不同的是，生成器是一个返回迭代器的函数，只能用于迭代操作，即生成器就是一个迭代器。
在调用生成器运行的过程中，每次遇到yield时函数会暂停保存当前所有的运行信息，返回yield的值，并在下一次执行next()函数时从当前位置继续运行。
yield可以理解成一个特殊的return。return返回的是一个值，下次调用该函数时重新开始，yield返回的是一个生成器，下次调用函数会继续从上一次yield后的地方继续运行。

6. 函数装饰器

通常情况下，需要对现有的函数增加新的功能，应该遵循开放封闭原则，即已经实现的代码修改封闭，对功能扩展开放。装饰器的作用就是在不修改原函数的情况下添加新的功能。

Note:函数装饰器用到的知识点：

• 在Python中，函数也是一个对象

  def student(name, age):
      print(name, age)
  stu = student # 此时函数没有小括号，并不是在调用函数，而是将函数对象赋值给一个变量
  stu('lihua',25) # 输出：lihua 25

• 可以在函数中定义另外的函数，即进行函数嵌套
• 函数对象可以作为返回输出，也可以作为参数传递给另外一个函数
• @语法糖，放在函数开始定义的地方，可以省略最后一步再次赋值的操作

为了实现在不修改原函数的情况下添加新的功能，装饰器将原函数作为参数传递到装饰器函数中，装饰器函数中定义了一个嵌套函数来对原函数进行功能扩充，并在装饰器函数中将嵌套函数对象作为返回值进行返回。装饰器相当于高阶函数(将函数作为参数)和嵌套函数的结合，其依然是函数。装饰器的一般格式如下：

def 装饰器函数(传入的函数):
    def 执行的嵌套函数(传入函数的参数):
        装饰器语句
        ...
        传入的函数(传入函数的参数)
        ...
        装饰器语句
    
    return 返回的嵌套函数

@装饰器函数
def 原函数(args):
    原函数体
    

6.1 装饰器执行流程

• 执行装饰器函数，并将原函数作为参数传递给装饰器函数
• 装饰器函数执行完毕之后将嵌套函数对象赋值给原函数的函数名，即原函数被更新替换成了嵌套函数

6.2 functools.wraps

装饰器内的函数替代了原函数，但是原函数的元信息没有被赋值装饰器函数内部，可以通过使用@functools.wraps装饰修饰器内的函数，就可以将原函数的属性值赋值给装饰器函数。

def wrapper(func):
    @functools.wraps(func)
    def inner(*args,**kwargs):
        pass
    return inner   

参考文献 & 资源链接

• 装饰器知识
• Python 函数装饰器
• Python3 CookBook中文版