Python編寫自定義函數

一、什麼是自定義函數

在Python中，函數(function)是一段能夠完成指定任務的可重用代碼塊，可以幫助我們更好地組織程序，並節省重複代碼的開發時間。而自定義函數是指我們自己定義的函數，不同於Python內置函數。自定義函數一般具有如下特點：

1、需要進行聲明和定義。

2、可以在函數內部定義變數和使用Python表達式。

3、可以接受任意多個參數，並返回任意數據類型的返回值。

通過自定義函數，我們可以將程序拆分成多個小模塊，實現了程序結構的模塊化。

二、自定義函數的基本語法

自定義函數的基本語法如下：

def function_name(parameters):
    """
    function_name函數說明
    """
    # 函數體
    return value

其中，function_name是自定義函數的名稱，parameters是函數參數列表，多個參數之間用逗號隔開。函數體包括了函數的具體邏輯實現，並可以使用Python表達式來計算和處理數據。return語句用於將計算結果返回給函數調用者。

三、函數參數傳遞

Python函數參數傳遞有兩種方式：

1、位置參數傳遞：傳遞參數時按照函數定義的順序進行傳遞。

例如：

def add(x, y):
    return x + y

print(add(1, 2))  # 輸出3

2、關鍵字參數傳遞：傳遞參數時通過指定參數名的方式進行傳遞。

例如：

def add(x, y):
    return x + y

print(add(y=2, x=1))  # 輸出3

四、函數返回值

函數的返回值可以是任意數據類型，包括數字、字元串、列表、字典、函數等。如果函數沒有顯示的return語句，則返回值為None。

例如：

def get_name():
    name = "小明"
    return name

print(get_name())  # 輸出"小明"

五、函數遞歸調用

函數遞歸調用是指在函數中調用該函數本身。函數遞歸調用一般分為兩種情況：

1、基本情況：函數內部包含一個停止條件，可以直接返回結果。

2、遞歸情況：函數內部包含一個可以把問題分解成更小的子問題的遞歸操作。

例如：實現階乘函數的遞歸調用方式：

def factorial(n):
    if n == 1:
        return 1
    else:
        return n * factorial(n-1)

print(factorial(5))  # 輸出120

六、函數裝飾器

函數裝飾器是將一個函數作為參數並返回一個新函數的函數。裝飾器的作用是在不修改原函數代碼的情況下，添加新的功能或修改函數行為。常用於函數許可權控制、函數調試、函數性能分析等場景。

例如：實現一個計算函數運行時間的裝飾器：

import time

def calculate_time(func):
    def wrapper():
        start_time = time.time()
        func()
        end_time = time.time()
        print("函數運行時間為：{}".format(end_time-start_time))
    return wrapper

@calculate_time
def run():
    for i in range(100000000):
        pass

run()  # 輸出函數運行時間為：4.123821258544922e-06

七、函數參數默認值

函數參數默認值是指在函數定義時，為參數指定一個初始值。在函數調用時，如果未給該參數傳值，則會使用初始值作為參數值。

例如：

def say_hello(name="小明"):
    print("你好，{}".format(name))

say_hello()  # 輸出"你好，小明"
say_hello("小紅")  # 輸出"你好，小紅"

八、函數參數收集

函數參數收集是指在函數定義時，收集不定數量的參數作為一個可迭代的序列。函數參數收集有兩種方式：

1、*args: 收集不定數量的位置參數，並將其包裝成元組。

例如：

def func(*args):
    for arg in args:
        print(arg)

func(1, 2, "a", "b")  # 輸出1, 2, "a", "b"

2、**kwargs: 收集不定數量的關鍵字參數，並將其包裝成字典。

例如：

def func(**kwargs):
    for key, value in kwargs.items():
        print("{}: {}".format(key, value))

func(a=1, b=2, c="hello")  # 輸出a: 1, b: 2, c: "hello"

九、函數作用域

函數作用域是指變數的可見性範圍。Python中有三種函數作用域：

1、全局作用域：變數在函數外部定義，所有函數內部都可以訪問。

2、局部作用域：變數在函數內部定義，只能在函數內部訪問。

3、內置作用域：Python內置函數的作用域，所有函數內部都可以訪問。

當Python查找變數時，會按照以下順序進行查找：

局部作用域 -> 全局作用域 -> 內置作用域

例如：

a = 10  # 全局變數，所有函數都可以訪問

def test():
    b = 20  # 局部變數，只能在函數內部訪問
    print(a)  # 可以訪問全局變數a
    print(b)  # 可以訪問局部變數b

test()

print(a)  # 可以在函數外部訪問全局變數a
print(b)  # 會報錯，無法訪問函數內部的局部變數b

十、函數重載

函數重載是指在一個函數名下實現多個函數，並根據不同的參數類型或數量調用相應的函數。但是，Python中並沒有函數重載的概念，因為Python是一種動態類型語言，變數的類型只有在運行時才能確定，因此函數重載沒有太大的必要性。

例如：

def add(a, b):
    return a + b

def add(a, b, c):
    return a + b + c

print(add(1, 2))  # 報錯，沒有對應的函數可以調用
print(add(1, 2, 3))  # 輸出6

總結

自定義函數是Python編程中非常重要的一部分，通過自定義函數，我們可以將程序結構化、模塊化。在編寫自定義函數時，需要注意函數聲明、參數傳遞、函數返回值、函數遞歸、函數裝飾器、函數參數默認值、函數參數收集、函數作用域等知識點，掌握這些知識點可以讓我們更好的編寫高質量、復用性強的Python程序。