定義函數的Python關鍵字及用途

Python作為一門高級編程語言，支持函數作為一等公民的概念，函數的定義和使用也非常方便。本文將從多個方面介紹定義函數的Python關鍵字及用途。

一、定義函數的Python關鍵字及用途

在Python中，使用def關鍵字進行函數的定義，格式如下:

def function_name(parameters):
    """函數文檔字元串"""
    # 函數體
    return [expression]

其中，function_name為函數名稱，parameters為函數參數列表，可以為空；函數文檔字元串可以提供函數的注釋，以方便後續函數使用的人員理解；函數體為Python代碼塊，可以包含多個語句；return語句用於返回函數結果，可以省略。

函數定義後，可以通過函數名加參數列表的形式進行函數的調用。函數調用時，參數可以為位置參數或關鍵字參數，例如：

def add_numbers(x, y):
    """求兩個數的和"""
    return x + y

print(add_numbers(1, 2))    # 輸出3
print(add_numbers(y=2, x=1))    # 輸出3

此處定義了一個函數add_numbers，可以接收兩個參數x和y，並返回它們的和。在函數調用時，參數x和y可以以位置參數或關鍵字參數的形式傳遞，輸出結果都是3。

二、函數參數的默認值

在定義函數時，可以為參數賦予默認值，這使得在函數調用時可以不傳遞默認值對應的參數，而是使用默認值。例如：

def say_hello(name="World"):
    """向特定人群打招呼"""
    print("Hello, " + name + "!")

say_hello()    # 輸出Hello, World!
say_hello("Alice")    # 輸出Hello, Alice!

此處定義了函數say_hello，它接受一個名為name的參數，如果在函數調用時不傳遞參數，則默認為字元串”World”。在第一個say_hello調用中，未傳遞任何參數，因此輸出默認的”Hello, World!”。在第二個say_hello調用中，傳遞了參數”Alice”，因此輸出”Hello, Alice!”。

三、可變參數和關鍵字參數

1、可變參數

在Python中，使用星號（*）前綴來定義可變參數，也被稱為不定長參數。可變參數接收的是元組，其中包含了所有傳遞給函數的位置參數。

def add_numbers(*args):
    """求多個數的和"""
    total = 0
    for num in args:
        total += num
    return total

print(add_numbers(1, 2, 3))    # 輸出6
print(add_numbers(4, 5, 6, 7))    # 輸出22

此處定義了函數add_numbers，它接受任意數量的參數，使用一個for循環遍歷所有的參數，並將它們累加起來，返回總和。在第一個add_numbers調用中，傳遞了三個參數1、2、3，因此輸出6。在第二個add_numbers調用中，傳遞了四個參數4、5、6、7，因此輸出22。

2、關鍵字參數

在Python中，使用兩個星號（**）前綴來定義關鍵字參數，也被稱為不定長關鍵字參數。關鍵字參數接收的是字典，其中包含了所有傳遞給函數的關鍵字參數。

def print_info(**kwargs):
    """列印個人信息"""
    print("name:", kwargs['name'])
    print("age:", kwargs['age'])
    print("gender:", kwargs['gender'])

print_info(name="Alice", age=18, gender="female")

此處定義了函數print_info，使用關鍵字參數接收三個參數：name、age、gender。在函數內部，通過訪問字典的方式，列印出了傳遞過來的參數。在這個例子中，函數調用時使用了三個關鍵字參數傳遞信息，因此輸出結果如下：

name: Alice
age: 18
gender: female

四、lambda表達式

在Python中，lambda表達式也叫匿名函數，可以快速定義簡單的函數。lambda函數返回的是一個函數對象，可以在需要時調用該函數。

square = lambda x: x ** 2
print(square(3))    # 輸出9

此處使用lambda表達式，定義了一個求平方的函數square，它接受一個參數x，返回x的平方。在調用時，傳遞參數3，輸出結果為9。

五、閉包

在Python中，閉包指的是一個函數對象，可以訪問定義在外部函數作用域內的變數。閉包在某些場景下可以實現高階函數的效果。

def outer_func(x):
    """外部函數"""
    def inner_func(y):
        """內部函數"""
        return x * y
    return inner_func

multiplier = outer_func(3)
print(multiplier(4))    # 輸出12

此處定義了兩個函數：outer_func外部函數和inner_func內部函數，inner_func可以訪問outer_func中定義的變數x。在這個例子中，outer_func返回的是inner_func函數本身，因此multiplier指向了inner_func函數。在multiplier調用時，傳遞參數4，inner_func中的x值為3，因此輸出結果為12。

六、裝飾器

在Python中，裝飾器可以理解為用於修改其他函數的函數。裝飾器的常見用途有函數計時、日誌、緩存、許可權控制等。裝飾器用於實現切面編程（Aspect Oriented Programming，AOP）的思想。

def my_decorator(func):
    """裝飾器函數"""
    def wrapper():
        """包裝器函數"""
        print("Before function execution.")
        func()
        print("After function execution.")
    return wrapper

@my_decorator
def say_hello():
    """打招呼函數"""
    print("Hello, World!")

say_hello()

此處定義了一個裝飾器函數my_decorator，用於在函數執行前後列印日誌。裝飾器函數內部定義了一個包裝器函數wrapper，它對原始函數進行了擴展。在函數定義時，使用@語法應用裝飾器，因此say_hello函數就被my_decorator裝飾。在say_hello被調用時，裝飾器函數會自動執行，輸出結果如下：

Before function execution.
Hello, World!
After function execution.

七、總結

本文介紹了Python中定義函數的關鍵字及用途，從函數定義、參數默認值、可變參數和關鍵字參數、lambda表達式、閉包和裝飾器多個方面對函數進行了闡述，並給出了相關示例代碼。函數是Python中非常重要的概念，它的靈活性和擴展性為Python帶來了無限的可能性。