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函式 function

當程式越來越複雜的時候,就必須將一些重複或有特別定義的程式,拆分成容易管理的小程式,這些小程式就稱為「函式」,函式是一種有名稱且獨立的程式片段,可以接收任何型態的參數,處理完成後也可以輸出任何型態的結果。

快速導覽:定義函式函式參數參數預設值關鍵字引數函式回傳值函式內的函式函式內的變數*args、**kwargs 運算子使用 pass

本篇使用的 Python 版本為 3.7.12,所有範例可使用 Google Colab 實作,不用安裝任何軟體 ( 參考:使用 Google Colab )

定義函式

在 Python 裡,使用「def」定義一個函式,函式的命名規則和變數相同 ( 只能以字母或底線開頭,內容只能使用字母、數字或底線 ),下方程式碼是一個名為 hello 函式的基本架構:

def 後方通常會放上函式名稱 ( 名稱不能和變數名稱重複 )、輸入參數的小括號,後方再加上一個冒號,函式的程式採用「縮排」的方式表現 ( 參考:縮排 )。

def hello():
    print('hello')
hello()    # 執行函式,印出 hello

注意,一定要「先定義函式,再執行函式」,不然執行時會發生錯誤,下方的程式將執行函式放在定義函式之前,執行時就會發生錯誤。

hello()
def hello():
    print('hello')   # 發生錯誤 name 'hello' is not defined

函式參數

函式可以加入「參數」,執行函式時給予這些參數指定的數值 ( 引數 ),就能讓函式根據不同參數的內容,計算出不同的結果

下方的 hello 函式有一個 msg 參數,執行函式時如果給予的內容不同,就會呈現不同的結果。

def hello(msg):
    print(msg)

hello('hello')        # hello
hello('good morning') # good morning

一個函式可以放入「多個」參數,下方的 hello 函式具有 x 和 y 兩個參數,根據不同的參數數值進行計算,最後呈現不同數值的加總結果。

注意,執行函式時,會按照「順序」處理多個參數,例如函式參數順序如果是 (x,y),執行時填入 (1,2),x 就會是 1,y 就會是 2。

def hello(x,y):
    z = x + y
    print(z)

hello(1,2)    # 3
hello(5,6)    # 11

參數預設值

函式的參數可以「指定預設值」,如果執行函式時沒有提供參數數值,參數就會自動帶入預設值執行,下方的程式設定參數 y 的預設值為 10,如果執行時沒有提供參數 y 數值,y 就會使用 10 帶入計算。

def hello(x,y=10):
    z = x + y
    print(z)

hello(1,2)    # 3
hello(5)      # 15

關鍵字引數

函式除了透過「順序」( 位置 ) 指定參數外,也可以使用「關鍵字引數」( 指定的名稱 ) 來設定特定的參數內容 ( 引數表示提供給參數的數值 )。

下方的程式裡,hello 函式有 name 和 age 兩個參數,如果執行函式時提供的數值順序不同,產生的結果就會不同,如果額外使用關鍵字引數,就算提供的內容順序不同,仍然會是正確的結果

def hello(name, age):
    msg = f'{name} is {age} years old'
    print(msg)

hello('oxxo',18)     # oxxo is 18 years old
hello(18,'oxxo')     # 18 is oxxo years old ( 因為 18 和 oxxo 對調,所以結果就會對調 )
hello(age=18,name='oxxo')   # oxxo is 18 years old ( 使用關鍵字引數,結果就會是正確的 )

如果提供的引數是串列,則可以使用星號「」來將串列中的每個元素取出,使用的方法為「函式(data, *, start, end),start 和 end 表示 data 開始與結束取值的項目序號,以下方的程式為例,如果不指定 start 和 end,就會預設使用 0 和 3。

def test(a, *, start=0, end=3):
    for i in a[start:end]:
        print(i)

b = [1,2,3,4,5]
test(b, start=2, end=len(b))  # 3 4 5
test(b)             # 1 2 3

函式回傳值

函式除了可以傳入參數,也可以使用「return」回傳程式運算後的結果,回傳的結果不限型態,可以是數字、字串、串列、tuple...等,下方的程式碼,執行函式 a 之後,函式會計算並回傳 x + y x 2 的結果,最後將結果賦值給變數 b 和 c。

def a(x, y):
    result = x + y*2
    return result

b = a(1,2)
c = a(2,3)
print(b)   # 5
print(c)   # 8

當函式執行的過程中遇到 return 時,就會「中止函式」並將結果回傳,以下方的程式為例,當 x=1 ( 每次 result 增加 1 ) 的時候,會觸發 result==5 的邏輯判斷,就會中止函式 ( 函式內的 while 迴圈也就跟著停止 ),並回傳 5 的結果,當 x=2 ( 每次 result 增加 2 ) 的時候,不會處發 result==5 的邏輯判斷,就會執行完 while 迴圈,最後回傳 10 的結果。

def a(x):
    result = 0
    while result < 10:
        result = result + x
        if result==5:
            return result
    return result

b = a(1)
c = a(2)
print(b)   # 5
print(c)   # 10

函式也可以回傳多個結果,如果回傳多個結果,可以賦值給「同樣數量」的變數 ( 不同數量會發生錯誤 )。

def test(x, y, z):
    return x+1, y+1, z+1

a, b, c = test(1, 2, 3)    # 賦值給「同樣數量」的變數
print(a)    # 2
print(b)    # 3
print(c)    # 4

函式回傳的多個結果也可以只賦值給一個變數,這時就會將多個結果變成一個 tuple

def test(x, y, z):
    return x+1, y+1, z+1

a = test(1, 2, 3)
print(a)    # (2, 3, 4)

函式內的函式

在一個函式裡也可以放入另外的函式,形成函式內的函式 ( 某些情況下會成為「閉包」 ),但函式內的函式只能在函式裡使用,下方的程式碼,在 hello 函式裡,建立了 h1 和 h2 的內部函式,根據不同的參數執行不同的函式,如果在外部執行內部函式,就會發生錯誤。

def hello(n, msg):
    def h1():       # 內部函式
        return msg
    def h2():       # 內部函式
        return msg*2
    if n == 1:
        print(h1())
    if n == 2:
        print(h2())
hello(1, 'ok')   # ok
hello(2, 'ok')   # okok
print(h2())      # 發生錯誤 name 'h2' is not defined

函式內的變數

如果放在函式裡的變數,沒有經過 global 的宣告,就會成為「區域變數」( 更多參考:全域變數、區域變數 )。

a = 123           # 全域變數 a
b = 123           # 全域變數 b
def hello(msg):
    a = msg         # 區域變數 a,更動區域變數不影響全域變數
    print(a)
    global b        # 宣告變數 b 是使用全域變數 b,更動變等同更動全域變數
    b = msg
hello(456)        # 456
print(a)          # 123
print(b)          # 456 被更改為 456

如果函式裡又有其他函式,需要使用區域變數,可以將變數宣告為 nonlocal 的自由變數,就能自由地在函式裡使用,下方的程式碼有宣告 a 為自由變數,所以執行後會正常運作,但因為 b 沒有宣告為自由變數,所以使用時就會發生錯誤 ( 更多參考:自由變數 nonlocal )。

def hello(msg):
    a = 123
    b = 123
    def h1():
        nonlocal a    # 宣告 a 為自由變數
        a = a + msg
        print(a)
    def h2():
        b = b + msg
        print(b)
    h1()            # 579
    h2()            # 發生錯誤  local variable 'b' referenced before assignment
hello(456)

*args、**kwargs 運算子

如果把函式的參數設定帶有 args ( 一個星號 * ) 運算子的參數,則傳入的所有參數,都會被組合成 tuple 的型態,下方的函式使用了「*args」的參數,執行函式時不論給予多少引數,最後都會組合成 tuple。

args 和 kwargs 的英文名稱只是「變數名稱」,可以自由更換,重點在於前方的一個星號與兩個星號

def test(*args):
    print(args)

test(1,2,3,'a','b','c')

# (1,2,3,'a','b','c')

如果把函式的參數設定帶有 kwargs ( 兩個星號 ** ) 運算子的參數,則傳入的所有「帶有關鍵字引數」的參數,都會被組合成字典的型態,下方的函式使用了「**kwargs」的參數,執行函式時不論給予多少引數,最後都會組合成字典。

def test(**kwargs):
    print(kwargs)

test(name='oxxo',age=18,like='book')

 # {'name': 'oxxo', 'age': 18, 'like': 'book'}

如果 *args**kwargs 同時出現,則會根據輸入的內容,分別套用 *args*kwargs,下方的 a 函式在執行時,傳入不同的參數,最後呈現的結果就會按照參數型態的不同而有所區隔。

def a(*args, **kwargs):
    print(args)
    print(kwargs)

a([123, 456], x=1, y=2, z=3)

# ([123, 456],)
# {'x': 1, 'y': 2, 'z': 3}

同理,如果將一個星號套用在 print() 裡 ( print() 算是一個內建函式 ),就會將可迭代的物件打散後印出。

a = [1,2,3,4,5]
b = (1,2,3,4,5)
c = {'x':1,'y':2,'z':3}
d = {'x','y','z'}

print(*a)   # 1 2 3 4 5
print(*b)   # 1 2 3 4 5
print(*c)   # x y z
print(*d)   # x y z

使用 pass

如果想定義一個什麼事都不做的空函式,可以使用 pass 語句:

def test():
    pass

pass 除了可以應用在函式,也可以使用在判斷式裡,作為一個佔位符使用 ( 不會執行任何事情,但必須出現的程式碼 )。

a = int(input('>'))
if a>10:
    pass       # 如果輸入的數字大於 10,不做任何事情
else:
    print(a)

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