Python程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第六章 函數(shù)

匯報(bào)人：WPSPython程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第六章函數(shù)目錄01函數(shù)的定義和調(diào)用02函數(shù)的參數(shù)與返回值03函數(shù)的嵌套調(diào)用與變量的作用域04遞歸目錄05Python生態(tài)系統(tǒng)之time庫06小試牛刀07拓展實(shí)踐：利用遞歸繪制分形圖案08本章小結(jié)

理解函數(shù)的概念與意義。

掌握函數(shù)的定義與調(diào)用過程。

理解函數(shù)的參數(shù)與返回值。

理解變量的作用域。

理解遞歸思想。

了解

time庫的使用。在前面的學(xué)習(xí)中已經(jīng)接觸了很多

Python

內(nèi)置的函數(shù)，如print()、input()、len()等。這些函數(shù)在需

要時(shí)即可隨時(shí)調(diào)用，為程序的編寫帶來很大的便利。但內(nèi)置的函數(shù)畢竟數(shù)量有限，而且主要面向通

用問題。在解決具體的實(shí)際問題時(shí)，程序員能不能編制自己的函數(shù)，從而進(jìn)一步利用函數(shù)的優(yōu)勢提

升程序的質(zhì)量呢？答案當(dāng)然是肯定的，本章就來介紹如何定義及使用函數(shù)。學(xué)習(xí)目標(biāo)PART16.1函數(shù)的定義與調(diào)用在第

1章介紹

turtle庫時(shí)，代碼

1.8繪制了一個(gè)彩色的螺旋?，F(xiàn)將代碼

1.8

附在下方。當(dāng)時(shí)這段

代碼中的一些細(xì)節(jié)沒有正式介紹，現(xiàn)在回過頭來重讀這段代碼，對(duì)其中的所有細(xì)節(jié)，尤其是列表與

模運(yùn)算的運(yùn)用，應(yīng)該都會(huì)比較清楚了。代碼

1.8

繪制彩色螺旋在第

1

章時(shí)就提到，左轉(zhuǎn)不同的度數(shù)代碼會(huì)得到不同的圖案。既然如此，可以將繪制圖案的一般邏輯提取出來，編寫為一段代碼，但不限定左轉(zhuǎn)度數(shù)，而是等到后期具體繪制時(shí)再指定度數(shù)，根據(jù)指定的度數(shù)不同，同一段代碼可以繪制出不同的圖案。6.1.1函數(shù)定義importturtlet=turtle.Turtle()t.speed(0)

#速度設(shè)為最快colors=

["red","yellow","green"]

#這是一個(gè)顏色盒forxin

range(20,100):#循環(huán)t.pencolor(colors[x%3])

#在

3個(gè)顏色中挑一個(gè)t.circle(x)

#以

x

為半徑畫個(gè)圓t.left(10)

#左轉(zhuǎn)

10°t.getscreen().exitonclick()這段代表繪制邏輯的代碼就是一個(gè)函數(shù)，

如代碼

6.1所示。代碼

6.1

函數(shù)的定義。上述代碼中使用

def關(guān)鍵字定義了一個(gè)函數(shù)，名稱為

draw_circles(t,degree)，括號(hào)內(nèi)的兩個(gè)變量

是函數(shù)的參數(shù)。參數(shù)為函數(shù)工作提供了必要的數(shù)據(jù)，如這里的函數(shù)draw_circles()要想工作的話，就必須提供一個(gè)繪圖的小海龜，以及繪制過程中左轉(zhuǎn)的度數(shù)兩個(gè)信息。有了這兩個(gè)信息，函數(shù)內(nèi)部的代碼就可以完成繪制工作了。6.1.1函數(shù)定義importturtle#定義函數(shù)defdraw_circles(t,degree):

#括號(hào)內(nèi)為參數(shù)：t

為小海龜,degree

為左轉(zhuǎn)度數(shù)colors=

["red","yellow","green"]forxin

range(20,100):t.pencolor(colors[x%3])

#在

3個(gè)顏色中挑一個(gè)t.circle(x)t.left(degree)

#左轉(zhuǎn)相應(yīng)的度數(shù)artist=turtle.Turtle()artist.speed(0)#通過函數(shù)名調(diào)用函數(shù)draw_circles(t=artist,degree=120)#draw_circles(artist,130)

#簡略寫法artist.getscreen().exitonclick()那么什么時(shí)候?yàn)楹瘮?shù)提供這些參數(shù)的值呢？答案是調(diào)用的時(shí)候。代碼

6.1在創(chuàng)建了一個(gè)具體的小海龜后，通過函數(shù)名調(diào)用

draw_circles()函數(shù)，并為兩個(gè)參數(shù)提供了值。在

參數(shù)傳值時(shí)可以明確指明參數(shù)與值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，也可以如代碼中注釋所示的簡略寫法一樣，通過位

置來表明參數(shù)與值的對(duì)應(yīng)關(guān)系。下面總結(jié)一下函數(shù)的使用流程。在Python

中，函數(shù)要先定義后調(diào)用。函數(shù)的定義使用

def

關(guān)鍵字

來完成，def

之后是函數(shù)名，后續(xù)調(diào)用函數(shù)時(shí)就通過這個(gè)名稱來完成。函數(shù)名之后是括號(hào)，其內(nèi)可以有

參數(shù)，但參數(shù)不是必需的，不是所有的函數(shù)都需要參數(shù)，如random()函數(shù)。def

所在行的行尾要有冒號(hào)，

之后是縮進(jìn)的函數(shù)體，也就是實(shí)現(xiàn)函數(shù)功能的具體代碼。因此一個(gè)函數(shù)在定義時(shí)必須要寫明函數(shù)名、括號(hào)（即使沒有參數(shù)，括號(hào)也要書寫）、函數(shù)體。如果需要參數(shù)，要在括號(hào)內(nèi)指明，有的函數(shù)還會(huì)有

返回值。調(diào)用函數(shù)比較簡單，通過函數(shù)名即可，如果函數(shù)有參數(shù)，則按要求傳遞參數(shù)的值。6.1.1函數(shù)調(diào)用有的讀者會(huì)覺得，直接修改代碼1.8中的左轉(zhuǎn)度數(shù)同樣可以達(dá)到繪制不同圖案的目標(biāo)，為什么

要定義一個(gè)函數(shù)，再在調(diào)用時(shí)傳遞不同的度數(shù)呢？所以學(xué)習(xí)函數(shù)的另外一個(gè)重要問題是要理解編程

中為什么要引入函數(shù)，函數(shù)有什么意義、價(jià)值。一言以蔽之，函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)代碼復(fù)用，讓程序結(jié)構(gòu)

更清晰，實(shí)現(xiàn)模塊化。為了更好地理解函數(shù)的價(jià)值，可以回顧一下第

3

章小試牛刀中的《少年中國說》案例。該案例

中有繪制長城的代碼，仔細(xì)觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)，無論是烽火臺(tái)，還是城墻，都有一系列的垛口要繪制。而

繪制垛口的代碼邏輯是完全一致的，只是為了表現(xiàn)近大遠(yuǎn)小的透視效果，垛口的尺寸有所區(qū)別。既

然如此，可以將繪制垛口的代碼提取出來，定義為一個(gè)函數(shù)，然后在需要繪制垛口的地方多次調(diào)用即可，如代碼

6.2所示。6.1.2函數(shù)的意義對(duì)于嵌套的列表，可以使用單層循環(huán)遍歷，也可以使用雙重循環(huán)遍歷，下面代碼5.5

演示了使

用雙重循環(huán)遍歷

mountains列表。代碼

6.2

函數(shù)的意義6.1.2函數(shù)的意義

（1）

（2）

代碼

6.2

的運(yùn)行結(jié)果與第

3

章中的并沒有區(qū)別，但程序會(huì)簡短一些。程序?qū)⒗L制一個(gè)小垛口需

要的小海龜前進(jìn)、轉(zhuǎn)向等一系列動(dòng)作定義為一個(gè)函數(shù)

draw_walls(size)，其中的參數(shù)

size表示垛口的

寬度。這樣無論是繪制兩個(gè)烽火臺(tái)，還是中間的一段城墻，都需要繪制一系列的垛口，只需根據(jù)尺寸大小調(diào)用這個(gè)函數(shù)即可。像繪制垛口這樣的相對(duì)獨(dú)立的任務(wù)，而且有多次重復(fù)使用的需求，特別適合將其定義為一個(gè)函

數(shù)，然后重復(fù)調(diào)用即可。因?yàn)橥瓿蛇@個(gè)工作的代碼只在函數(shù)內(nèi)寫了一遍，其他地方都是調(diào)用這個(gè)函

數(shù)，將來代碼需要升級(jí)修改時(shí)也會(huì)比較方便。對(duì)于更加復(fù)雜的程序，如果將程序拆解為若干個(gè)功能，每個(gè)功能由一個(gè)或多個(gè)函數(shù)來完成，這

樣整個(gè)程序就變得模塊化了。將來某個(gè)功能的業(yè)務(wù)邏輯發(fā)生了變化，只需修改對(duì)應(yīng)的函數(shù)即可。而

且只要函數(shù)名和參數(shù)沒有變化，修改函數(shù)內(nèi)部代碼是不影響函數(shù)的調(diào)用的。這就像銀行自動(dòng)柜員機(jī)

外部界面沒有變化，只是更新了內(nèi)部點(diǎn)鈔模塊，這對(duì)自動(dòng)柜員機(jī)的使用沒有影響，無須通知使用柜員機(jī)的人。6.1.2函數(shù)的意義Python

中的函數(shù)一定是先定義后調(diào)用，不能調(diào)用一個(gè)不存在的函數(shù)。因此在代碼執(zhí)行的時(shí)間線

上，定義函數(shù)的代碼要發(fā)生在調(diào)用該函數(shù)的代碼之前。下面的代碼6.3

就弄反了函數(shù)定義與調(diào)用的

時(shí)間線先后關(guān)系，因此會(huì)報(bào)錯(cuò)。代碼

6.3

函數(shù)要先定義后調(diào)用6.1.3函數(shù)的調(diào)用importturtleimportmathturtle.setworldcoordinates(-1,-1,1,1)t=turtle.Turtle()t.speed(0)print("代碼根據(jù)輸入的自然數(shù)

n繪制花瓣")print("如果

n

為奇數(shù)則繪制

n個(gè)花瓣，如果

n

為偶數(shù)則繪制2n個(gè)花瓣")n_petal=int(input("請(qǐng)輸入自然數(shù)n："))#對(duì)函數(shù)的調(diào)用發(fā)生在函數(shù)定義之前,會(huì)報(bào)錯(cuò)draw_flower(n_petal)

#NameError:name

'draw_flower'isnotdefineddefdraw_flower(n):delta=

2

*math.pi

/

500fori

in

range(501):theta=

i

*

deltar=math.sin(n

*theta)x=r

*math.cos(theta)y=r

*math.sin(theta)t.penup()t.goto(x,y)t.pendown()t.dot()上述代碼在調(diào)用

draw_flower()函數(shù)時(shí)報(bào)錯(cuò)，提示錯(cuò)誤原因是

draw_flower()沒有定義。之所以發(fā)

生這種錯(cuò)誤，是因?yàn)?/p>

Python是解釋型語言，因此在調(diào)用

draw_flower()函數(shù)的代碼時(shí)，Python解釋器完全不知曉定義該函數(shù)代碼的存在。只要調(diào)整函數(shù)定義與調(diào)用的順序，變?yōu)榇a6.4

所示的形式就沒有問題了。代碼6.4

繪制一定數(shù)量的花瓣6.1.3函數(shù)的調(diào)用defdraw_flower(n):#定義函數(shù)在前delta=

2

*math.pi

/

500#[0,2π]分成

500份fori

in

range(501):theta=

i

*

delta#theta從

0遞增到

2

πr=math.sin(n

*theta)#用來繪制花瓣的函數(shù)x=r

*math.cos(theta)#將極坐標(biāo)換算為直角坐標(biāo)y=r

*math.sin(theta)t.penup()t.goto(x,y)#定位到直角坐標(biāo)位置t.pendown()t.dot()#畫一個(gè)點(diǎn)print("代碼根據(jù)輸入的自然數(shù)

n繪制花瓣")print("如果

n

為奇數(shù)則繪制

n個(gè)花瓣，如果

n

為偶數(shù)則繪制2n個(gè)花瓣")

#調(diào)用

1：參數(shù)值保存在變量中n_petal=int(input("請(qǐng)輸入自然數(shù)n："))draw_flower(n_petal)

#調(diào)用函數(shù)在后#調(diào)用

2：參數(shù)值直接用常數(shù)給出#draw_flower(5)importturtleimportmathturtle.setworldcoordinates(-1,-1,1,1)

t=turtle.Turtle()t.speed(0)輸入自然數(shù)

6后，代碼繪制的花瓣效果如圖

6.1所示。對(duì)于有參數(shù)的函數(shù)，調(diào)用時(shí)要注意參數(shù)與傳遞的值的對(duì)應(yīng)。如果沒有明確指明哪個(gè)值是為哪個(gè)參數(shù)預(yù)備的，那么順序是很重要的，參數(shù)值會(huì)按照順序傳遞給對(duì)應(yīng)的參數(shù)。另外，傳遞給參數(shù)的值

可以是另外一個(gè)變量，如代碼6.4中的第一種調(diào)用形式；也可以是一個(gè)直接寫出的常數(shù)值，如代碼

6.4

中的第二種調(diào)用形式。如果是將變量的值傳遞給函數(shù)的參數(shù)，二者的名稱是否相同并不重要，如

上述代碼將變量

n_petal

的值傳遞給函數(shù)參數(shù)

n，二者的名稱就不相同。6.1.3函數(shù)的調(diào)用圖

6.1n=6

時(shí)的花瓣效果圖Python

內(nèi)置的help()函數(shù)可以查看其他函數(shù)的幫助信息，如想了解print()函數(shù)的詳細(xì)信息，則可

以使用help(print)來查看其幫助信息。help()函數(shù)之所以能將print()函數(shù)的幫助信息顯示出來，前提當(dāng)

然是print()函數(shù)確實(shí)有幫助信息。那如何給出函數(shù)的幫助信息呢？很簡單，只需在函數(shù)體的開始位置給出描述函數(shù)功能的字符串即可，如代碼

6.5所示。代碼

6.5自定義函數(shù)的幫助信息一般函數(shù)的幫助信息字符串使用三引號(hào)給出，因?yàn)槿?hào)允許字符串換行，可以保留字符串中

的空白，這樣會(huì)比較美觀。有了這個(gè)幫助信息，即可使用內(nèi)置的help()函數(shù)來查看自定義的函數(shù)幫助了。6.1.4函數(shù)的幫助信息deftri_area(long,height):"""函數(shù)功能：已知底和高，計(jì)算三角形的面積。long:

三角形的底height：三角形的高"""area=

0.5

*

long

*heightprint("所求三角形的面積：",area)help(tri_area)

#使用

help查看函數(shù)說明tri_area(2,3)

#調(diào)用函數(shù)求三角形的面積代碼

6.5

的運(yùn)行結(jié)果如下。Helponfunctiontri_area

inmodule

main

:tri_area(long,height)函數(shù)功能：已知底和高，計(jì)算三角形的面積。long:

三角形的底height：

三角形的高所求三角形的面積：3.0PART26.2函數(shù)的參數(shù)與返回值1．參數(shù)的意義函數(shù)的本質(zhì)其實(shí)就是完成相對(duì)獨(dú)立功能的一段代碼，很多時(shí)候調(diào)用者在使用這段代碼時(shí)需要提

供一些必要的信息。例如，調(diào)用一個(gè)求長方形面積的函數(shù)，需要將長方形的長和寬傳遞給該面積函

數(shù)，否則該面積函數(shù)是無法工作的。也就是說，這些信息是函數(shù)正常工作的前提，在執(zhí)行函數(shù)體內(nèi)

的代碼時(shí)，這些前提信息必須是已知的。可是在書寫函數(shù)定義時(shí)，對(duì)函數(shù)的調(diào)用還沒有發(fā)生，自然

也沒有調(diào)用者傳遞這些前提信息給函數(shù)。那怎么辦呢？這就是函數(shù)參數(shù)的存在價(jià)值。參數(shù)是函數(shù)預(yù)備的變量容器，將來調(diào)用函數(shù)時(shí)，參數(shù)用來接收調(diào)用者傳遞進(jìn)來的必要信息。而在書寫函數(shù)定義階段，雖然調(diào)用還沒有發(fā)生，這些參數(shù)變量還沒有具體的值，但可當(dāng)作參數(shù)的值都已具備，在這種情形下函數(shù)該如何工作，函數(shù)體內(nèi)的代碼就如何書寫即可。為了便于理解，可以把函數(shù)想象成一個(gè)封好了的盒子，如銀行的自動(dòng)柜員機(jī)。參數(shù)是函數(shù)的輸

入，相當(dāng)于柜員機(jī)的插卡口、觸摸屏等。調(diào)用函數(shù)時(shí)傳遞的必要信息好比使用柜員機(jī)時(shí)提供的銀行

卡、密碼等。有了這些必要信息后柜員機(jī)內(nèi)部就可以開始工作了，但這個(gè)工作細(xì)節(jié)對(duì)于柜員機(jī)外的

使用者來說是不可見的。同樣的，函數(shù)通過參數(shù)拿到必要的信息后，函數(shù)體就可以工作了。外部調(diào)

用者對(duì)函數(shù)體的細(xì)節(jié)也可以完全不知情，尤其對(duì)于較大型的程序，不同模塊的函數(shù)由不同的程序員

完成，函數(shù)的調(diào)用者只知函數(shù)名與參數(shù)，不知函數(shù)體細(xì)節(jié)的情形是很正常的。6.2.1深入理解參數(shù)2．有默認(rèn)值的參數(shù)如果函數(shù)的某些參數(shù)在大多數(shù)情形下都會(huì)取某個(gè)值，不妨在定義函數(shù)時(shí)將其指定為參數(shù)的默認(rèn)

值。例如，Python

內(nèi)置的函數(shù)

print()有一個(gè)

end

參數(shù)用來控制輸出信息完成后使用什么字符結(jié)尾，

這個(gè)參數(shù)就將換行符設(shè)為默認(rèn)值。如果輸出信息后希望換行，那么在調(diào)用print()函數(shù)時(shí)就不必每次

都給

end參數(shù)傳值，這樣會(huì)方便很多。程序中自定義的函數(shù)也可以給參數(shù)設(shè)置默認(rèn)值，方法如代碼6.6

所示，在定義函數(shù)時(shí)直接為參

數(shù)指定的值就是其默認(rèn)值。這段代碼重構(gòu)了第

3章中背單詞的案例（參見代碼

3.15）。代碼將計(jì)算

每天單詞數(shù)的工作定義成一個(gè)函數(shù)，完成計(jì)算所需的先決信息成為函數(shù)的參數(shù)，如起始詞匯量、目標(biāo)詞匯量、實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的期限等，其中期限的默認(rèn)值為

3

年。這意味著調(diào)用這個(gè)函數(shù)時(shí)，必須為前兩個(gè)參數(shù)傳遞值，而第三個(gè)參數(shù)期限傳值與否均可。如果傳入了值則函數(shù)體內(nèi)的代碼會(huì)使用傳入的值，否則使用默認(rèn)值。注意觀察代碼最后對(duì)函數(shù)的兩次不同的調(diào)用及其運(yùn)行結(jié)果。6.2.1深入理解參數(shù)代碼

6.6

設(shè)置參數(shù)的默認(rèn)值6.2.1深入理解參數(shù)fortodayinrange(1,period+1):#內(nèi)層循環(huán)將嘗試每一天iftoday%

7

!=

0

and

today

%

30

!=

0:#不是復(fù)習(xí)日,背新詞

current+=words_each_dayifcurrent>=

target:

#目標(biāo)達(dá)成done=

Trueelse:#目標(biāo)未達(dá)成words_each_day+=1#每日新單詞的個(gè)數(shù)增加

1個(gè)msg=str(years)+

"年內(nèi)單詞量由"+

str(start)

+

"提到"

\+str(target)+"，每天需背"

+

str(words_each_day)

+

"個(gè)新單詞"

print(msg)#使用不同的參數(shù)值調(diào)用函數(shù)how_many_words_per_day(3000,10000)how_many_words_per_day(5000,20000,2)defhow_many_words_per_day(start,target,years=3):#start:

起點(diǎn)#target:

目標(biāo)#years:

期限，默認(rèn)值為

3年period=years

*

365words_each_day=2#每天背新單詞的個(gè)數(shù)done=

False#成功標(biāo)記whilenotdone:#done

為

True時(shí)循環(huán)結(jié)束current=

start#將

current還原為

start值調(diào)用函數(shù)后的運(yùn)行結(jié)果如下。3

年內(nèi)單詞量由3000

提到

10000，每天需背

8個(gè)新單詞2

年內(nèi)單詞量由5000

提到

20000，每天需背

25個(gè)新單詞特別強(qiáng)調(diào)，如果參數(shù)沒有默認(rèn)值，則調(diào)用函數(shù)時(shí)一定要為該參數(shù)傳遞值，否則會(huì)報(bào)錯(cuò)。另外要

注意，Python不允許無默認(rèn)值的參數(shù)出現(xiàn)在有默認(rèn)值參數(shù)之后，如若在代碼

6.6

中為參數(shù)

start設(shè)置

了默認(rèn)值，則后面所有的參數(shù)均要有默認(rèn)值。3．可接收多個(gè)值的參數(shù)Python有一個(gè)內(nèi)置的

sum()函數(shù)可以對(duì)多個(gè)數(shù)值進(jìn)行求和，但如果加數(shù)多于兩個(gè)，一般要將加數(shù)

置于列表或元組中。否則，如果直接將

3個(gè)以上的數(shù)值交給

sum()函數(shù)求和，那么

sum()函數(shù)反而會(huì)

報(bào)錯(cuò)，如代碼

6.7所示。代碼

6.7

Python

內(nèi)置的

sum()函數(shù)下面來定義一個(gè)自己的求和函數(shù)，使其可以直接接收多個(gè)數(shù)值進(jìn)行求和，不必非要寫在序列容

器中。這個(gè)函數(shù)的內(nèi)部代碼比較簡單，就是多個(gè)數(shù)值進(jìn)行累加的問題。不好解決的是這個(gè)求和函數(shù)

應(yīng)該有幾個(gè)參數(shù)。如果定義其只有

2個(gè)參數(shù)，則無法求

3個(gè)或更多加數(shù)的和，如果定義它有

4個(gè)參

數(shù)，則無法求

5個(gè)以上的數(shù)之和。如此一來，好像定義該函數(shù)有多少個(gè)參數(shù)都不能很好地解決多個(gè)

數(shù)值求和問題。這時(shí)就需要一種特殊的參數(shù)了。6.2.1深入理解參數(shù)print(sum([1,4,5,2]))

#結(jié)果為

12print(sum((1,4,5),2))

#結(jié)果為

12print(sum(1,4,5,2))#直接將

4個(gè)加數(shù)傳給

sum

函數(shù),報(bào)錯(cuò)不妨給這個(gè)求和函數(shù)命名為

my_sum()，如代碼6.8

所示，注意其最后一個(gè)加了“*”的參數(shù)，魔法就在于此。有了這個(gè)參數(shù)，my_sum()函數(shù)就可以接收

多個(gè)數(shù)值進(jìn)行求和了。代碼

6.8

使用帶星號(hào)的參數(shù)上述代碼在最后調(diào)用

my_sum()函數(shù)時(shí)，分別傳遞了

2、3、4個(gè)加數(shù)，如果愿意，還可以傳遞更

多的加數(shù)。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的關(guān)鍵在于

my_sum()函數(shù)的第三個(gè)參數(shù)，這個(gè)參數(shù)前面的“*”是一個(gè)記號(hào)，

表明參數(shù)

args是一個(gè)元組。如果調(diào)用者向my_sum()函數(shù)傳遞兩個(gè)數(shù)值，則這兩個(gè)數(shù)值分別給參數(shù)

a

和

b，元組

args就是空的，這沒有問題；如果向

my_sum()函數(shù)傳遞多于兩個(gè)的數(shù)值，則前兩個(gè)數(shù)值

分別給

a

和

b，其余的都放到

args這個(gè)元組中，這樣也沒問題。通過這樣一個(gè)元組型的參數(shù)就解決

了

my_sum()函數(shù)接收的參數(shù)值個(gè)數(shù)不確定的問題。6.2.1深入理解參數(shù)defmy_sum(a,b,*args):result=

a

+bforn

in

args:#args其實(shí)是一個(gè)元組result

+=nprint(result)#輸出結(jié)果my_sum(1,4)#5my_sum(1,4,3)#8my_sum(1,4,3,7)#15my_sum()函數(shù)中的參數(shù)

a、b是按位置對(duì)應(yīng)傳值的，這類參數(shù)被稱為位置參數(shù)，而有星號(hào)標(biāo)記的

參數(shù)是可變參數(shù)，必須位于所有位置參數(shù)之后。為了可以更清楚地理解加星號(hào)參數(shù)的本質(zhì)，來看下面的代碼

6.9。代碼

6.9

理解加星號(hào)參數(shù)的本質(zhì)代碼

6.9

的運(yùn)行結(jié)果如下。第一次調(diào)用

test()函數(shù)時(shí)，由于只傳入了兩個(gè)數(shù)值，所以元組參數(shù)

args是空的；第二次調(diào)用

test()

函數(shù)時(shí)，從第三個(gè)參數(shù)值

33開始都放到

args元組中了。6.2.1深入理解參數(shù)deftest(a,b,*args):print("參數(shù)

a：",a,"參數(shù)

b：",b)print("參數(shù)

args：",args)test(11,22)test(3,5,33,44,55,66)參數(shù)

a：11

參數(shù)

b：22參數(shù)

args：

()參數(shù)

a：3

參數(shù)

b：5參數(shù)

args：

(33,44,55,66)其實(shí)參數(shù)還可以在前面加兩個(gè)星號(hào)，這樣的參數(shù)是一個(gè)字典，被稱為關(guān)鍵字參數(shù)。為關(guān)鍵字參

數(shù)傳值時(shí)要寫成鍵值對(duì)的形式，如代碼

6.10所示。代碼

6.10

使用帶兩個(gè)星號(hào)的參數(shù)代碼

6.10

的運(yùn)行結(jié)果如下。仔細(xì)觀察代碼及其運(yùn)行結(jié)果，可知函數(shù)定義中的

information參數(shù)是一個(gè)字典，調(diào)用函數(shù)時(shí)除第

一個(gè)位置參數(shù)外，后面類似性別="男"、朝代="唐"這樣的參數(shù)值均傳遞給字典

information。6.2.1深入理解參數(shù)defbuild_intro_msg(name,**information):intro_msg=name

+

"：\n"forkey

in

information:msg=key

+

"："

+

information[key]

+

"

|

"intro_msg+=msgprint(intro_msg)build_intro_msg("李白",性別="男",朝代="唐",特長="寫詩")build_intro_msg("趙州橋",類別="拱橋",省份="河北省")李白：性別：男

|

朝代：唐

|

特長：寫詩

|趙州橋：類別：拱橋

|

省份：河北省

|前面例子中的

my_sum()函數(shù)在完成多個(gè)數(shù)值相加后，不通過

print()函數(shù)將結(jié)果輸出，而是使用

return語句將結(jié)果返回給調(diào)用者，由調(diào)用者決定如何處理這個(gè)結(jié)果。下面的代碼

6.11就是將

代碼

6.8稍作改動(dòng)，將函數(shù)體代碼最后的print()函數(shù)修改為

return語句。my_sum()函數(shù)完成計(jì)算工作

后不再將結(jié)果直接輸出，而是返回給調(diào)用者，即計(jì)算結(jié)果會(huì)替換到代碼

6.11最后

3個(gè)

print()函數(shù)中

出現(xiàn)的

my_sum()函數(shù)處。代碼

6.11在函數(shù)中使用

return語句這樣一來，my_sum()函數(shù)只專注于完成該自己負(fù)責(zé)的核心計(jì)算過程，至于如何展示結(jié)果、如何

與用戶互動(dòng)等均由主程序完成。my_sum()函數(shù)和主程序代碼各司其職，分工明確，程序會(huì)變得更加

模塊化。6.2.2函數(shù)的返回值defmy_sum(a,b,*args):result=

a

+bforninargs:

#args其實(shí)是一個(gè)元組result

+=n#print(result)returnresult

#返回結(jié)果print("1+4=",my_sum(1,4))

#5print("1+4+3=",my_sum(1,4,3))

#8print("1+4+3+7=",my_sum(1,4,3,7))

#15代碼

6.11

的運(yùn)行結(jié)果如下，結(jié)果的展示比代碼

6.8更詳細(xì)了一些。1+4

=

51+4+3=

81+4+3+7=

15為了更好地體會(huì)這一點(diǎn)，代碼

6.11還可以演變得更復(fù)雜一點(diǎn)，成為代碼6.12所示的形式，

函數(shù)與主程序職責(zé)的劃分在這段代碼中體現(xiàn)得更加明顯。代碼

6.12

函數(shù)與主程序的職責(zé)劃分這段代碼將參與運(yùn)算的多個(gè)加數(shù)改為由鍵盤輸入，這就涉及加數(shù)由字符串改為數(shù)值型的數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換工作。6.2.2函數(shù)的返回值另外，為了最后的輸出效果更完備，代碼構(gòu)造了一個(gè)字符串

msg來描述加法運(yùn)算。所

有這些外圍工作都由主程序完成，而my_sum()函數(shù)仍然負(fù)責(zé)多個(gè)數(shù)值相加的核心計(jì)算工作。代碼6.12

的運(yùn)行結(jié)果如下。代碼

6.12不僅展示了主程序與函數(shù)之間功能的劃分，而且演示了如何將列表或元組傳遞給帶星

號(hào)的可變參數(shù)。注意觀察代碼的倒數(shù)第

2行，此時(shí)

numbers列表中保存的各加數(shù)已是數(shù)值型的。首

先將列表的前兩個(gè)元素分別傳遞給

my_sum()函數(shù)的前兩個(gè)位置參數(shù)，而列表后續(xù)的元素都要傳遞給

加了星號(hào)的

args參數(shù)。但

numbers[2:]切片本身是一個(gè)列表，如果不進(jìn)行處理，則會(huì)把這個(gè)列表作為

一個(gè)整體傳遞給

args，這就不對(duì)了。畢竟

my_sum()函數(shù)是計(jì)算

a、b與

args

中的數(shù)值的加和，而不

是

a、b與列表的加和（也無法進(jìn)行這種運(yùn)算）。因此需要將number[2:]這個(gè)列表“打散”，將其中

的元素一個(gè)個(gè)傳遞給

args參數(shù)，這就是numbers[2:]前面“*”的含義。6.2.2函數(shù)的返回值輸入所有加數(shù)，用逗號(hào)分隔：3.5,5,7.2,9,1,33.5+5+7.2+9+1+3=28.7需要注意的是，函數(shù)體代碼一旦執(zhí)行到

return

語句，函數(shù)的執(zhí)行就到頭了，程序會(huì)立刻離開函

數(shù)體代碼，返回到調(diào)用函數(shù)的位置處繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)代碼。所以如果函數(shù)體內(nèi)還有代碼跟在

return

的后面，則它們將沒有機(jī)會(huì)被執(zhí)行。下面看代碼6.13，函數(shù)體中最后的

print()函數(shù)沒有機(jī)會(huì)被執(zhí)行，

因?yàn)闊o論輸入的半徑值如何，函數(shù)的執(zhí)行都會(huì)遇到return語句，執(zhí)行完成后函數(shù)立刻返回。代碼

6.13

return語句意味著函數(shù)執(zhí)行結(jié)束綜上所述，函數(shù)可以使用

return

語句給調(diào)用者返回值。有返回值的函數(shù)是可以出現(xiàn)在賦值語句

右側(cè)的，等函數(shù)執(zhí)行完畢后函數(shù)的返回值就會(huì)“替換”在函數(shù)被調(diào)用的位置，也就是等號(hào)的右側(cè)，

進(jìn)而賦給左側(cè)的變量。當(dāng)然，很多函數(shù)執(zhí)行完后不需要明確返回結(jié)果，這樣的函數(shù)沒有

return語句，

其返回值為None，如刪除列表元素的

del()函數(shù)、random庫中的

shuffle()函數(shù)等。6.2.2函數(shù)的返回值frommathimportpidefcircle_area(radius):if

radius>

0:returnpi

*radius

**

2else:return

0print('你能看到這句話嗎？

')#這行代碼不會(huì)被執(zhí)行print(f'半徑為

2

的圓面積：{circle_area(2)}')print(f'半徑為

0

的圓面積：{circle_area(0)}')代碼6.13的運(yùn)行結(jié)果如下。半徑為

2

的圓面積：12.566370614359172半徑為

0

的圓面積：0將函數(shù)帶不帶參數(shù)、有沒有明確的返回值兩個(gè)角度組合起來，可以把函數(shù)分成以下

4類。1．無參數(shù)無返回值型隨著物質(zhì)生活水平的富足，人們對(duì)高層次的精神文化的消費(fèi)需求與日俱增。閑暇時(shí)光，甚至是工作中忙里偷閑，去博物館看看展覽，與千百年前的文物對(duì)視，從深厚的歷史底蘊(yùn)中汲取力量，不失為現(xiàn)代人一種很好的精神享受。下面的代碼

6.14

模擬了一個(gè)定期推出十大熱門展覽的公眾號(hào)，該函數(shù)不需查詢?nèi)溯斎肴魏螀?shù)信息，也沒有返回值，它只是輸出本期的十大熱門展覽信息。代碼

6.14

無參數(shù)無返回值的函數(shù)示例6.2.3四種函數(shù)類型defmuseum_exhibition_top10():print("本期十大熱搜展覽：")print("01.

故宮博物院：國子文脈——?dú)v代進(jìn)士文化藝術(shù)聯(lián)展")print("02.

南京博物院：大江萬古流——長江下游文明特展")print("03.

吳文化博物館：山水舟行遠(yuǎn)——江南的景觀")print("04.

上海自然博物館：“玉兔東升”展")print("05.陜西歷史博物館：玉韞九州——中國早期文明間的碰撞與聚合")print("06.蘇州灣博物館：吳韻江南——吳江歷史文化陳列展“舟車絲路”特展")print("07.中共一大紀(jì)念館：匠心筑夢——新蘇作的歷史記憶")print("08.天津博物館：再現(xiàn)高峰——館藏宋元時(shí)期文物精品特展")print("09.山西博物院：且聽鳳鳴——晉侯鳥尊的前世今生")print("10.吉林省博物院：永遠(yuǎn)的長安——陜西唐代文物精華展")museum_exhibition_top10()

#調(diào)用函數(shù)2．無參數(shù)有返回值型英文中有句諺語，“Oneappleaday,keepdoctoraway.”實(shí)際上，除了飲食健康，精神健康也很

重要。而中國的古典詩詞就是一個(gè)巨大的精神食糧寶庫，每日一句詩，必定對(duì)陶冶情操很有益處。

下面的代碼

6.15模擬了一個(gè)詩詞

App

的每日一詩功能，函數(shù)自帶一個(gè)詩詞庫，不需要使用者傳遞任

何參數(shù)，每次運(yùn)行時(shí)都會(huì)隨機(jī)返回一句詩給使用者。代碼

6.15

無參數(shù)有返回值的函數(shù)示例6.2.3四種函數(shù)類型defone_poem_per_day():importrandompoems=

[("張九齡《望月懷遠(yuǎn)》","情人怨遙夜，竟夕起相思。"),("葉紹翁《游園不值》","春色滿園關(guān)不住，一枝紅杏出墻來。"),("杜牧《山行》","遠(yuǎn)上寒山石徑斜，白云深處有人家。"),("王勃《詠風(fēng)》","去來固無跡，動(dòng)息如有情。"),("白居易《對(duì)酒》","蝸牛角上爭何事？石火光中寄此身。")]peom=random.choice(poems)returnpeompoem_today=one_poem_per_day()width=len(poem_today[1])print(poem_today[1])print(f"{poem_today[0]:{chr(12288)}>{width}}")從左側(cè)代碼可知，有返回值的函數(shù)可以出現(xiàn)在賦值語句的右側(cè)。one_poem_per_day

函數(shù)返回的

詩句賦值給poem_today變量，因?yàn)楹瘮?shù)的返回值是一個(gè)元組，所以元組的第一個(gè)元素是詩人、作品

名，第二個(gè)元素才是摘錄的一句詩。主程序?yàn)榱孙@示得美觀些，使用了字符串格式化進(jìn)行對(duì)齊，其中的

chr(12288)表示全角空格。代碼

6.15

的運(yùn)行結(jié)果如下。從這個(gè)例子還可以看出，調(diào)用函數(shù)時(shí)不僅要知道函數(shù)名、所需參數(shù)，如果有返回值，還要知道

其返回值是什么類型的數(shù)據(jù)。上述例子中，如果不知函數(shù)返回的是一個(gè)元組，不知元組內(nèi)元素的含義，那么是無法正確處理函數(shù)的返回值的。因此，函數(shù)名、參數(shù)、返回值等信息就像自動(dòng)柜員機(jī)的屏幕、插卡口、出鈔口，是正確使用函數(shù)所必須了解的。函數(shù)名、參數(shù)或返回值的數(shù)據(jù)類型如果發(fā)生了改動(dòng)，則必須通知函數(shù)的使用者知曉，否則會(huì)影響使用者調(diào)用函數(shù)。相反，

如果函數(shù)名、參數(shù)、返回值的數(shù)據(jù)類型等均保持不變，僅僅是函數(shù)體內(nèi)的代碼發(fā)生變化，則使用者無須了解這種變化。

由此可見，函數(shù)名、參數(shù)和返回值等信息是函數(shù)調(diào)用者與函數(shù)之間達(dá)成的契約，一旦明確，則輕易不能修改，否則有可能使調(diào)用者無法正常調(diào)用函數(shù)，導(dǎo)致程序出錯(cuò)。6.2.3四種函數(shù)類型蝸牛角上爭何事？石火光中寄此身。白居易《對(duì)酒》3．有參數(shù)無返回值型下面的代碼

6.16模擬了員工打卡環(huán)節(jié)，函數(shù)需要傳入員工姓名，但沒有明確的返回值，只是在

函數(shù)體內(nèi)輸出一句歡迎信息。函數(shù)在調(diào)用時(shí)也不會(huì)用在賦值語句的右側(cè)。代碼

6.16

無參數(shù)無返回值的函數(shù)示例4．有參數(shù)有返回值型既有參數(shù)又有返回值的函數(shù)在

6.2.2

函數(shù)的返回值部分已有多個(gè)例子，這里不再贅述。6.2.3四種函數(shù)類型defclock_in(name):print(f'{name}打卡成功，預(yù)祝今天工作愉快!')clock_in("令狐沖")PART36.3函數(shù)的嵌套調(diào)用與變量的作用域函數(shù)的嵌套可以有兩種表現(xiàn)形式，一種是調(diào)用時(shí)的嵌套，表現(xiàn)為函數(shù)甲調(diào)用了函數(shù)乙，而函數(shù)

乙在執(zhí)行的過程中又調(diào)用了函數(shù)丙。另一種是函數(shù)乙在定義時(shí)寫在了函數(shù)甲的函數(shù)體中。這里主要

介紹第一種，函數(shù)調(diào)用時(shí)發(fā)生的嵌套。下面將以構(gòu)造0°~90°的三角函數(shù)表為例演示多個(gè)函數(shù)之間的嵌套調(diào)用。三角函數(shù)在很多科

學(xué)領(lǐng)域、工程技術(shù)問題中都有應(yīng)用，因此高精度的三角函數(shù)表在科學(xué)計(jì)算中是很重要的。在沒有現(xiàn)代

計(jì)算機(jī)之前，制作這樣一個(gè)數(shù)值表的工作量對(duì)任何人來說都是十分恐怖的。然而對(duì)數(shù)的發(fā)明者蘇格蘭數(shù)學(xué)家納皮爾（J.Napier）利用對(duì)數(shù)運(yùn)算，完全憑借人力制作了

0°~90°每隔

19的

8位三角函數(shù)表。納皮爾驚人的毅力值得世人贊嘆，而這毅力的背后一定有對(duì)自己所從事問題的癡迷作為支撐。6.3.1函數(shù)的嵌套使用納皮爾的精神值得我們學(xué)習(xí)，納皮爾的工作量卻不會(huì)再壓在我們身上了。根據(jù)中學(xué)的三角函數(shù)

知識(shí)，代碼

6.17可以構(gòu)建

0°~90°每隔19的正弦值表，并保留

8位小數(shù)。這段代碼以

19角的正弦

值為已知，根據(jù)同角正弦、余弦的關(guān)系計(jì)算得出19角的余弦值。然后按照下面的公式求后續(xù)每一個(gè)角的正弦值。仔細(xì)觀察上面的公式可以發(fā)現(xiàn)，求下一個(gè)角的正弦值依賴上一個(gè)角的正弦值，這樣遞推，最后

歸結(jié)到19角的正弦值。這就是為什么代碼以19角正弦值為已知。代碼按照功能模塊進(jìn)行了切分，定

義了多個(gè)函數(shù)，每個(gè)函數(shù)都有簡短的功能描述。當(dāng)然這里的重點(diǎn)不是其中的三角函數(shù)知識(shí)，而是要厘清多個(gè)函數(shù)之間的調(diào)用關(guān)系。6.3.1函數(shù)的嵌套使用代碼

6.17

函數(shù)的嵌套調(diào)用：構(gòu)建正弦值表6.3.1函數(shù)的嵌套使用。defbuild_sin_table():"""構(gòu)建

0°~90°的正弦值表"""sin=

SIN_1fornin

range(2,5401):sin=

sin_next(sin)sin_list.append(round(sin,8))defsearch_sin_table(degree,minute):"""根據(jù)角的度數(shù)查詢正弦值degree：度minute：分返回值為-1

意味著輸入的角超過支持范圍"""idx=degree

*

60

+minuteif

idx<=

5400:returnsin_list[idx]else:（1）（2）構(gòu)造正弦值表的代碼由主程序和各功能函數(shù)構(gòu)成。在主程序中首先預(yù)備好

19角的正弦、余弦值，

其中求

19角的余弦值調(diào)用了輔助函數(shù)

2。之后預(yù)備好保存正弦值的列表，0°角、19角的正弦值已

經(jīng)直接添加到其中了。接下來是構(gòu)造正弦值表的核心環(huán)節(jié)，由

build_sin_table()函數(shù)完成。這是一個(gè)

無參數(shù)無返回值函數(shù)，它每計(jì)算得到一個(gè)角的正弦值，就直接將其添加到前面提到的列表中。因?yàn)橐瓿?/p>

90°以內(nèi)每隔19的角的正弦值，共有

5400

個(gè)角（不含

0°角），所以該函數(shù)內(nèi)部是一個(gè)循環(huán)，循環(huán)內(nèi)調(diào)用了另外一個(gè)函數(shù)

sin_next()，即輔助函數(shù)

1。這個(gè)輔助函數(shù)

1實(shí)現(xiàn)了求取正弦值的遞推公式。但需要注意的是，輔助函數(shù)

1

還調(diào)用了輔助函數(shù)

2，而輔助函數(shù)

2

的書寫位置卻位于輔助函數(shù)

1之后，這違背了

Python

函數(shù)要先定義后調(diào)用的規(guī)則嗎？事實(shí)上運(yùn)行一下代碼就知道，程序是可以正常工作的。那這是為什么呢？原因就在于函數(shù)要先

定義后調(diào)用說的是在時(shí)間線上，而不是空間位置。代碼

6.17主程序前的許多行代碼僅僅是在定義各功能函數(shù)，這些函數(shù)只是被Python

解釋器知曉，但沒有一個(gè)被執(zhí)行。只有到了主程序中調(diào)用build_sin_table()函數(shù)時(shí)，才引發(fā)了各功能函數(shù)之間的嵌套調(diào)用，而這時(shí)所有的函數(shù)定義均已發(fā)生，不會(huì)出現(xiàn)函數(shù)未定義的錯(cuò)誤。所以雖然輔助函數(shù)1

調(diào)用了位于其后的輔助函數(shù)

2，但在調(diào)用發(fā)生時(shí)所有函數(shù)的定義均已完成，符合函數(shù)要先定義后調(diào)用的規(guī)則。6.3.1函數(shù)的嵌套使用。再回到代碼的主程序部分。構(gòu)造正弦值表完成后，主程序調(diào)用了查詢正弦值表的功能函數(shù)。這

是一個(gè)有參數(shù)、有返回值的函數(shù)，函數(shù)把輸入的角度換算為分，根據(jù)角的分值去列表中提取相應(yīng)的

正弦值。這里需要注意兩個(gè)細(xì)節(jié)，一是列表的

0

號(hào)元素為

0°角的正弦值，1

號(hào)元素為19角的正弦值；二是當(dāng)輸入的角度超過

90°時(shí)函數(shù)返回-1，這個(gè)特殊值是該函數(shù)和調(diào)用者之間的約定，當(dāng)調(diào)用者發(fā)現(xiàn)該函數(shù)返回-1

時(shí)即可知道提供的角度超出了限定范圍。這與字符串的find()方法沒有找到子字符串時(shí)返回-1是一樣的處理方式。其實(shí)程序中還定義了一個(gè)展示正弦值表的

show_sin_table()函數(shù)，但具體代碼暫時(shí)沒有實(shí)現(xiàn)，只

用一個(gè)pass語句代替，這正是pass語句發(fā)揮功效的情景。這段代碼也更好地展示了為什么說函數(shù)可

以使代碼模塊化。代碼中的函數(shù)各負(fù)其責(zé)，彼此配合，與主程序一起共同完成目標(biāo)。規(guī)劃函數(shù)時(shí)要明確函數(shù)名、參數(shù)與返回值等，另外不要試圖在一個(gè)函數(shù)中做太多的事情，要保證每個(gè)函數(shù)的任務(wù)都不太重。6.3.1函數(shù)的嵌套使用生活中，很多任務(wù)往往都需要一個(gè)團(tuán)隊(duì)來完成，這時(shí)團(tuán)隊(duì)中每個(gè)成員就好比程序中的一個(gè)函數(shù)。

每個(gè)函數(shù)有自己的功能，每個(gè)成員有自己的職責(zé)。一個(gè)函數(shù)可供程序中其他部分的代碼來調(diào)用，一個(gè)成員的職責(zé)也供團(tuán)隊(duì)中其他的成員來調(diào)用。合理地劃分各函數(shù)的功能，恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置各函數(shù)的參數(shù)

對(duì)程序是很重要的；同樣的，合理地分割團(tuán)隊(duì)中各成員的職責(zé)，恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置成員之間溝通的渠道對(duì)于一個(gè)團(tuán)隊(duì)的戰(zhàn)斗力來說也是至關(guān)重要的。甚至即使是一個(gè)人也可以看成一個(gè)團(tuán)隊(duì)，因?yàn)橐粋€(gè)人的

人生是由不同的時(shí)空經(jīng)驗(yàn)拼合而成的。人們可以將不同時(shí)空中自己的經(jīng)歷封裝成一個(gè)個(gè)函數(shù)，每個(gè)函數(shù)都有特定的功能。當(dāng)你涉獵某個(gè)學(xué)科的知識(shí)、閱讀某本著作、學(xué)習(xí)某項(xiàng)技能、體驗(yàn)了一種特別的經(jīng)歷、在工作中有了特別的感悟時(shí)，都可以將學(xué)到的、看到的、體驗(yàn)到的、感悟到的留存下來。這些留存可以是文字、圖片，甚至是視頻，但一定要經(jīng)過規(guī)劃，易于訪問。日后的自己或別人需要了解這個(gè)學(xué)科、這本著作、這項(xiàng)技能時(shí)，可以很方便地調(diào)用當(dāng)初你留下的留存痕跡。這樣，無論何

時(shí)、何地，人們都可以把自己人生的各種經(jīng)歷“函數(shù)”化。經(jīng)年累月下來，一個(gè)人可以在生命中累

積眾多的“經(jīng)歷函數(shù)”，它們可以為自己或他人未來的生活帶來便利。6.3.1函數(shù)的嵌套使用。在本章之前的代碼都只有主程序，沒有自定義函數(shù)，整個(gè)程序一條線從頭貫到尾。而以代碼

6.17

為代表的代碼除主程序外，還有多個(gè)自定義函數(shù)，程序的執(zhí)行會(huì)在主程序與自定義函數(shù)之間跳躍，

不再是簡單的從頭貫到尾的一條線。程序的“領(lǐng)地”被分成了多個(gè)部分，主程序是一部分，各自定

義函數(shù)各為一部分。在程序不同部分出現(xiàn)的變量“影響力”的大小也可能不一樣，這就是變量的作

用域問題。變量的作用域是指變量的有效范圍，類似于生活中人的知名度、影響力。定義在主程序中的

變量為全局變量，其有效范圍原則上為整個(gè)程序，好比公眾人物，全社會(huì)都知曉。而在某個(gè)函數(shù)

內(nèi)部定義的變量其作用域只限于該函數(shù)內(nèi)部，只能在該函數(shù)內(nèi)部使用，這種變量被稱為局部變量，

相當(dāng)于普通素人，只在自己的小圈子里被周圍人知曉。不同的自定義函數(shù)之間無法感知對(duì)方的局

部變量，但各自定義函數(shù)都能感知到主程序中定義的變量，這正體現(xiàn)了主程序中定義的變量的全

局性。例如，前面構(gòu)造正弦數(shù)值表的代碼6.17，仔細(xì)觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)在主程序中定義的

SIN_1與CONS_1

變量因?yàn)槭侨肿兞?，所以在多個(gè)自定義函數(shù)中均可直接使用，如函數(shù)build_sin_table()及

sin_next()。而在

build_sin_table()函數(shù)中定義的變量

sin就是一個(gè)局部變量，在其他函數(shù)中是無法訪

問這個(gè)

sin變量的。6.3.2變量的作用域?yàn)榱烁玫匮菔救肿兞颗c局部變量的不同，下面看一段有關(guān)年齡指數(shù)的程序代碼。人年輕時(shí)精

力旺盛，記憶力好，學(xué)什么知識(shí)都快。隨著年齡的增長，人的機(jī)體逐漸衰老，腦力、體力等都會(huì)下降，學(xué)習(xí)能力也會(huì)相應(yīng)下降。因此古人才會(huì)寫出“黑發(fā)不知勤學(xué)早，白首方悔讀書遲”“少壯不努力，老

大徒傷悲”“青春須早為，豈能長少年？”等詩句。下面的代碼

6.18根據(jù)年齡給出人在學(xué)習(xí)能力上的

表現(xiàn)指數(shù)及老年、中年、青少年的分類，研讀代碼時(shí)要重點(diǎn)關(guān)注其中的變量是全局的還是局部的。6.3.2變量的作用域代碼

6.18

理解全局變量與局部變量6.3.2變量的作用域defage_index():age_ix=

0if

age

>

60:age_ix=

0.3elifage

>

45:age_ix=

0.6elifage

>

18:age_ix=

0.9else:age_ix=

1.0returnage_ixdefage_category():age_c=

""if

age

>

60:age_c=

"老年"elifage

>

45:age_c=

"中年"elifage

>

18:age_c=

"青年"else:age_c=

"未成年"returnage_cdefage_info_mixer():returnage_c+str(age_ix)

#嘗試訪問

age_c,報(bào)錯(cuò)#主程序age

=

23print("年齡指數(shù)：",age_index())print("分類年齡：",age_category())print("混合信息：",age_info_mixer())代碼運(yùn)行后，主程序中的前兩個(gè)print()函數(shù)可以正常輸出結(jié)果，但最后一個(gè)輸出混合信息的print()

函數(shù)會(huì)出問題，問題在于其調(diào)用了

age_info_mixer()函數(shù)，這個(gè)函數(shù)試圖訪問在

age_category()函數(shù)中

定義的局部變量

age_c。代碼

6.18

的運(yùn)行結(jié)果如下，注意錯(cuò)誤提示信息。年齡指數(shù)：0.9分類年齡：

青年Traceback

(mostrecentcall

last):File"D:\代碼示例\代碼

6.18-理解全局變量與局部變量.py",line31,in<module>

print("混合信息：",age_info_mixer())File"D:\代碼示例\代碼

6.18-理解全局變量與局部變量.py",line26,inage_info_mixer

returnage_c+str(age_ix)

#嘗試訪問

age_c,報(bào)錯(cuò)NameError:name

'age_c'isnotdefined知道了程序的運(yùn)行結(jié)果后，再來仔細(xì)分析產(chǎn)生這種結(jié)果的原因。代碼在主程序中定義了一個(gè)變

量

age，初值為

23。而后主程序調(diào)用

age_index()函數(shù)和

age_category()函數(shù)，這兩個(gè)函數(shù)可以正常返

回

23

歲對(duì)應(yīng)的年齡指數(shù)和年齡分類。但無論是

age_index()函數(shù)還是

age_category()函數(shù)，其內(nèi)部并

沒有定義

age

變量，這兩個(gè)函數(shù)也沒有參數(shù)，因此這兩個(gè)函數(shù)內(nèi)部代碼中出現(xiàn)的

age

變量只能是主

程序中定義的初始值為23的全局變量

age。這說明在這兩個(gè)函數(shù)中都能正常地訪問主程序定義的

age

變量，證明了

age

變量的全局性。主程序在調(diào)用第三個(gè)函數(shù)

age_info_mixer()時(shí)會(huì)出問題，因?yàn)檫@個(gè)

函數(shù)內(nèi)部要訪問

age_c變量，但

age_c

變量在

age_info_mixer()函數(shù)內(nèi)部沒有被定義，在主程序中也

沒有被定義，事實(shí)上在age_category()函數(shù)中定義了一個(gè)age_c變量，但它是局部變量，只能在

age_category()函數(shù)內(nèi)部使用，即只有

age_category()函數(shù)內(nèi)部這個(gè)“小圈子”才知道

age_c變量的存

在。因此

age_info_mixer()函數(shù)是無法感知到變量

age_c

的，也就是說函數(shù)甲是無法訪問到在另一個(gè)

函數(shù)乙中定義的局部變量的。6.3.2變量的作用域既然age_info_mixer()函數(shù)無法正常工作，下面就來修改它，讓其可以正常運(yùn)行。假設(shè)

age_info_mixer()函數(shù)想要完成這樣一件工作：首先將全局變量age的值改為65，然后分別調(diào)用

age_index()和

age_category()函數(shù)得到兩個(gè)結(jié)果，最后將這兩個(gè)結(jié)果連接起來輸出。按照上面的描述，

使用

age_info_mixer()函數(shù)的形式如代碼

6.19所示。代碼

6.19局部變量對(duì)全局變量的遮蔽6.3.2變量的作用域defage_index():#代碼未變化,在此省略defage_category():#代碼未變化,在此省略defage_info_mixer():age

=

65age_info=age_category()+"的年齡指數(shù)為"+

str(age_index())print("在mixer

函數(shù)中輸出

age

變量：",age)print("在mixer

函數(shù)中調(diào)用另外兩個(gè)函數(shù)的結(jié)果：",age_info)age=

23

#全局變量age_info_mixer()print("在主程序中輸出

age

變量：",age)這段程序沒有達(dá)到修改全局變量

age為

65

的目標(biāo)，它的運(yùn)行結(jié)果如下。在mixer

函數(shù)中輸出

age

變量：65在mixer

函數(shù)中調(diào)用另外兩個(gè)函數(shù)的結(jié)果：

青年的年齡指數(shù)為

0.9在主程序中輸出

age

變量：23可以看出，雖然在

age_info_mixer()函數(shù)中試圖給變量

age賦值為

65，但從另外兩個(gè)函數(shù)得

到的年齡指數(shù)和分類年齡來看，它們?nèi)匀徽J(rèn)為全局變量

age

的值是

23，因此才會(huì)有“青年的年

齡指數(shù)為0.9”的輸出結(jié)果。代碼最后，主程序中的print()函數(shù)輸出的age

值也是23，只有在age_info_mixer()函數(shù)內(nèi)部輸出age

時(shí)顯示的才是65。這個(gè)現(xiàn)象只能用一個(gè)原因來解釋，age_info_mixer()函數(shù)中的

age變量根本不是全局的

age變量。也就是說，age_info_mixer()函數(shù)內(nèi)的代碼“age=65”其實(shí)是在自己的局部范圍定義了一個(gè)全新的變量，只不過恰巧這個(gè)變量也叫

age，

除重名外它和取值為

23

的全局變量

age

毫無關(guān)系。這個(gè)取值為

65

的

age是一個(gè)局部變量，只在age_info_mixer()函數(shù)這個(gè)小范圍內(nèi)有效，其他函數(shù)及主程序根本不知道這個(gè)局部age

變量，它們只知曉全局的值為

23

的

age變量。這種現(xiàn)象是一種遮蔽效應(yīng)，也就是全局變量

age在

age_info_mixer()函數(shù)這個(gè)局部范圍被一個(gè)同名的局部變量給遮蔽了，導(dǎo)致在age_info_mixer()函數(shù)內(nèi)部訪問age變量其實(shí)都是訪問的局部變量

age。這就像班里有一個(gè)學(xué)生叫李白，在這個(gè)小圈子里日常的點(diǎn)名、同學(xué)之間打招呼時(shí)，大家喊“李白”其實(shí)說的是身邊的這個(gè)同學(xué)，而不是唐朝的舉世皆知的大詩人。全局的“李白”在班級(jí)這個(gè)局部范圍被一個(gè)普通人李白遮蔽了。6.3.2變量的作用域難道在這個(gè)班里就無法談?wù)撛娙死畎琢藛?？?dāng)然不是。如果要談?wù)撛娙死畎?，則只需加一個(gè)聲

明即可。例如，班上的老師、同學(xué)可能會(huì)說“大詩人”李白如何、如何?！按笤娙恕边@個(gè)

3個(gè)字就

是一個(gè)聲明記號(hào)，有了這個(gè)記號(hào)學(xué)生就知道接下來的“李白”二字是指全局的、世人皆知的李白，

而不是班上這個(gè)局部的李白同學(xué)。同樣的，在

age_info_mixer()函數(shù)中如果想要修改全局的

age變量，

就像在班里要談?wù)撊掷畎滓粯?，加一個(gè)聲明記號(hào)即可，這個(gè)記號(hào)就是

global。下面的代碼

6.20

只

是多了一行

globalage，結(jié)果就變了。代碼

6.20在自定義函數(shù)中聲明全局變量6.3.2變量的作用域代碼

6.20

的運(yùn)行結(jié)果如下，主程序中的變量

age真的變?yōu)?/p>

65

了，另外兩個(gè)函數(shù)的結(jié)果也隨之變

為

65歲對(duì)應(yīng)的結(jié)果。#前兩個(gè)函數(shù)沒有變化,在此省略defage_info_mixer():globalage#聲明本函數(shù)內(nèi)部出現(xiàn)的

age

為全局的ageage

=

65age_info=age_category()+"的年齡指數(shù)為"+

str(age_index())print("在mixer

函數(shù)中輸出

age

變量：",age)print("在mixer

函數(shù)中調(diào)用另外兩個(gè)函數(shù)的結(jié)果：",age_info)age=

23

#全局變量age_info_mixer()print("在主程序中輸出

age

變量：",age)在mixer

函數(shù)中輸出

age

變量：65在mixer

函數(shù)中調(diào)用另外兩個(gè)函數(shù)的結(jié)果：老年的年齡指數(shù)為

0.3在主程序中輸出

age

變量：65這段代碼在age_info_mixer()函數(shù)的開頭先做了聲明，于是該函數(shù)內(nèi)的age變量就是全局變量

age，接下來的“age=65”是在修改全局變量

age，而不是定義了一個(gè)新的局部變量。這樣再調(diào)用另

外兩個(gè)函數(shù)時(shí)，那兩個(gè)函數(shù)在它們內(nèi)部代碼訪問到的全局

age

的值已經(jīng)變?yōu)?/p>

65，因此輸出結(jié)果應(yīng)該是“老年的年齡指數(shù)為

0.3”。而主程序最后的

print()函數(shù)輸出的

age值再次印證了全局的

age

的值

已經(jīng)變?yōu)?/p>

65

了。PART46.4遞歸第一次聽說函數(shù)的遞歸調(diào)用會(huì)覺得有點(diǎn)奇怪，一個(gè)函數(shù)怎么能自己調(diào)用自己呢？還是通過一個(gè)求階乘的例子來見識(shí)一下遞歸的真容吧。求階乘使用循環(huán)結(jié)構(gòu)也很容易實(shí)現(xiàn)，但下面的代碼

6.21沒有使用循環(huán)，而是定義了一個(gè)求階乘的函數(shù)，關(guān)鍵在于在這個(gè)函數(shù)的定義中再次調(diào)用了自己。代碼

6.21

使用遞歸求解階乘代碼的運(yùn)行結(jié)果與普通循環(huán)思路求解的答案是一樣的，那么

factorial()函數(shù)是如何不用循環(huán)就完成了階乘的求解呢？其實(shí)遞歸的思路還是一種拆分的思想，它將要解決的問題拆分為兩部分，其中一部分特別容易解決，而另外一部分則是規(guī)模變小了的原問題。例如，求n!的問題可以拆分為

n×(n-1)!，其中

n

與另外一個(gè)數(shù)做乘法是特別容易的問題，而(n-1)!則是規(guī)模變小了的原問題，因此可以繼續(xù)進(jìn)行拆分，即(n-1)!=(n-1)×(n-2)!，如此，這個(gè)拆分過程必然會(huì)進(jìn)行到

2!=2×1!，而1!則是規(guī)模小到極點(diǎn)的原問題，以至于可以直接給出答案。這樣之前的拆分過程都有了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，由

1!乘以

2可得

2!，由

2!乘以

3可得

3!，直至得到

n!，從而原問題得解。6.4.1函數(shù)的遞歸deffactorial(n):if

n

==

1:return

1else:returnn*

factorial(n-1)#調(diào)用自己#主程序n

=

10print(f"{n}!=

{factorial(n)}")#輸出：10!=3628800上面的分析已經(jīng)剖析出了遞歸思想的兩個(gè)要素：①每次遞歸（函數(shù)自我調(diào)用）一定要將求解問

題的規(guī)模變小；②最終一定會(huì)有一個(gè)通常很小規(guī)模的原問題可以直接給出答案。而

factorial()函數(shù)中

if

語句的兩個(gè)分支恰恰就是分別完成遞歸的兩個(gè)要素。①如果傳入的參數(shù)

n等于

1，則結(jié)果就是

1，這是整個(gè)遞歸過程的底。②如果傳入的參數(shù)

n大于

1，根據(jù)

n!=n×(n-1)!，將問題化解為求

n-1

的階乘。其方法當(dāng)然就是

再次調(diào)用

factorial()函數(shù)，只不過傳入的參數(shù)為

n-1。這樣問題就變?yōu)榕c原問題本質(zhì)相同但規(guī)模變小的問題了。上面的分析只能讓讀者理解靜態(tài)的

factorial()函數(shù)代碼，對(duì)于它層層調(diào)用自己的執(zhí)行過程還是沒有一個(gè)感性認(rèn)知。6.4.1函數(shù)的遞歸下面就以求

3

的階乘為例來分析函數(shù)遞歸調(diào)用的動(dòng)態(tài)執(zhí)行過程。執(zhí)行代碼

6.21

時(shí)首先會(huì)遇到圖

6.2

中標(biāo)記為

A

的代碼行，此處會(huì)調(diào)用求階乘函數(shù)

factorial()，并將

3傳遞給該函數(shù)。這樣就來到了圖

6.2

中標(biāo)記為

B

的位置，這是第

1次對(duì)階乘函數(shù)的調(diào)用，參數(shù)

n

的值為

3，如

圖

6.2

中的矩形框所示。因?yàn)?/p>

n為

3，所以

if

語句進(jìn)入

else分支，從圖

6.2

中可見，else分支中

return

語句后的

n

已經(jīng)被替換為

3，同時(shí)

return語句處發(fā)生對(duì)階乘函數(shù)的第

2次調(diào)用，傳入?yún)?shù)值

n-1

即

2。這樣就來到了圖

6.2

中標(biāo)記為

C

的位置，因?yàn)閭魅氲膮?shù)值為

2，所以對(duì)于標(biāo)記

C

的窗體而言

n為

2，因此還是進(jìn)入

if

語句的

else分支。從圖

6.2

中可見，else分支的

return

語句后的

n

已替換

為

2，然后又發(fā)生對(duì)階乘函數(shù)的第

3次調(diào)用，傳入?yún)?shù)值

n-1

即

1，從而來到了圖

6.2

中標(biāo)記為

D

的位置。因?yàn)閭魅雲(yún)?shù)值為

1，所以

if

語句終于進(jìn)入了第一個(gè)分支。6.4.1函數(shù)的遞歸到這里要明確一點(diǎn)，標(biāo)記

A、

B、C

的

3次函數(shù)調(diào)用都還沒有返回，處于懸而未決的狀態(tài)，它們的工作場景都在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中保

持著。直到現(xiàn)在來到了

D處要返回

1，這個(gè)

1會(huì)返回給調(diào)用者，因此

1會(huì)替換

C處的

factorial(1)，

從而

C

處的

return

語句可以返回

2×1

即

2

給它的調(diào)用者，也就是

B

處。因此

2

會(huì)替換

B

處的

factorial(2)，這樣

B處的

return語句可以返回

3×2

即

6

給它的調(diào)用者，也就是

A處，所以

6

會(huì)替換

A

處的

factorial(n)，這樣之前懸而未決的場面隨著一系列的返回操作而收?qǐng)?，最終的結(jié)果就呈現(xiàn)在

A處了。6.4.1函數(shù)的遞歸

圖

6.2

函數(shù)遞歸調(diào)用的過程遞歸思想的特點(diǎn)是不正面、直接、勤懇地解決面對(duì)的問題，而是“想偷點(diǎn)懶”，看看能不能將

問題規(guī)模變小。它的出發(fā)點(diǎn)是如果已知小規(guī)模同質(zhì)問題的答案，就能輕易地告知最終問題的答案。

而要想知道小規(guī)模同質(zhì)問題的答案，需要知道更小規(guī)模同質(zhì)問題的答案。這樣遞歸直到歸結(jié)到一個(gè)規(guī)模非常小、一看便知結(jié)果的同質(zhì)問題，最后整個(gè)問題就都解決了。因此在設(shè)計(jì)遞歸算法時(shí)，不要去關(guān)注問題的直接正面求解，那不是遞歸的設(shè)計(jì)思路。遞歸思想只關(guān)注兩點(diǎn)：如何將原問題化解為同質(zhì)的小規(guī)模問題，有了這一點(diǎn)，遞歸就被啟動(dòng)了。還有一點(diǎn)就是確保一定有一個(gè)淺顯直白的“小規(guī)?！蓖|(zhì)問題，這是遞歸最終的立足點(diǎn)。6.4.2理解遞歸思想第

3

章介紹循環(huán)時(shí)也提到過循環(huán)結(jié)構(gòu)的構(gòu)思過程。遞歸與循環(huán)是兩種非常典型的思維方式。循

環(huán)其實(shí)對(duì)應(yīng)著另一種思維過程——迭代，而遞歸通常以函數(shù)形態(tài)出現(xiàn)。很多問題既可以有迭代解法，

也可以有遞歸解法。但遞歸的計(jì)算量可能會(huì)更大，另外在遞歸觸底之前，所有遞歸調(diào)用都要保留“作

案現(xiàn)場”，一層層“遞”下去。等著遞歸觸底后，再一層層“歸”來收拾之前的“作案現(xiàn)場”。這個(gè)過程需要保存的現(xiàn)場數(shù)據(jù)比較多，比較消耗內(nèi)存，因此在具體程序語言中，遞歸的層數(shù)都會(huì)有限制。讀者可以嘗試使用代碼

6.21求

1000

的階乘，看看會(huì)發(fā)生什么。6.4.2理解遞歸思想遞歸是計(jì)算機(jī)科學(xué)中一種非常有魅力的解決問題的思維方法，有些問題很難找到正面、直接的

解法，如著名的漢諾塔問題，此時(shí)遞歸就很有用了。但說到底，遞歸方法還是計(jì)算思維中將難題進(jìn)行拆解的一種體現(xiàn)，不同的是，遞歸將一個(gè)問題拆解為兩類子問題，一類是顯然可解的子問題，另一類是規(guī)?？s小的同質(zhì)原問題。這樣原問題的求解就歸結(jié)為顯然可解的部分加上小規(guī)模的同質(zhì)原問題，而小規(guī)模的同質(zhì)原問題又可以進(jìn)行類似的拆解。6.4.2理解遞歸思想將難題進(jìn)行拆解是計(jì)算思維中的典型招數(shù)，如果拆成的幾個(gè)小問題還是比較復(fù)雜，那就繼續(xù)拆

解，直到每個(gè)小問題都比較清晰易解。例如，一個(gè)復(fù)雜的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其實(shí)可拆解為軟硬兩部分。

而無論硬件還是軟件部分都還很復(fù)雜，所以繼續(xù)拆解。軟件部分可以拆解為很多層次，從底層的操作系統(tǒng)到面向用戶的應(yīng)用軟件；硬件部分可以拆解為多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部分，從輸入輸出設(shè)備到

CPU。

CPU還是復(fù)雜，因此繼續(xù)拆解為運(yùn)算器和控制器。又如，設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議是一件非常困難的

事情，紛繁復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)規(guī)