3.5 函数
提到函数，大家首先会想到数学函数。数学中，函数是非常重要的知识点，贯穿整个数学的学习过程。Python中，函数的应用同样非常广泛，地位也非常重要。
前面我们已经多次接触过函数，如用于输出的print()函数、用于输入的input()函数，以及用于生成一系列整数的range()函数等。这些都是Python内置的标准函数，可以直接使用。除了这些标准库函数外，Python还支持用户自定义函数，即用户可将一段有规律、重复的代码定义为函数，实现一次编写、多次调用的目的。使用函数可以提高代码的重复利用率。
3.5.1 函数的定义
创建函数的过程就是定义函数的过程，Python中使用def关键字来实现。具体的语法格式如下：
def functionname([parameterlist]): ['''comments'''] [functionbody]
参数说明：
functionname：函数名称，在调用函数时使用。
parameterlist：可选参数，用于指定向函数中传递的参数。如果有多个参数，各参数间使用逗号“,”分隔。如果不指定，表示该函数没有参数，调用时同样不用指定参数。
'''comments'''：可选参数，表示为函数指定注释，注释的内容通常是说明该函数的功能、要传递的参数的作用等，可以为用户提供友好提示和帮助的内容。
functionbody：可选参数，用于指定函数体，即该函数被调用后要执行的功能代码。如果函数有返回值，可以使用return语句返回。
注意
① 即使函数没有参数，也必须保留一对空的小括号“()”，否则将提示如图3.47所示的错误。
② 函数体“functionbody”和注释'''comments'''相对于def关键字，必须保持一定的缩进。
图3.47 语法错误对话框
说明
定义函数时如果指定了'''comments'''参数，调用函数时输入函数名称及左侧的小括号，将显示该函数的帮助信息，如图3.48所示。这些帮助信息是通过定义的注释提供的。如果没有显示友好提示，需要检查函数是否有误，检查方法如下：调用该方法前，先按F5键执行一遍代码。
图3.48 调用函数时显示友好提示
例如，定义一个过滤危险字符的函数filterchar()，代码如下：
运行上面的代码，将不显示任何内容，也不会抛出异常，因为filterchar()函数还没有被调用。
说明
如果想定义一个什么也不做的空函数，可以使用pass语句作为占位符。
3.5.2 函数的调用
调用函数的过程就是执行函数的过程。如果把创建函数理解为创建一个具有某种用途的工具，那么调用函数就相当于使用该工具。调用函数的基本语法格式如下：
functionname([parametersvalue])
参数说明：
functionname：要调用的函数名称。必须是已经创建好的函数。
parametersvalue：可选参数，用于指定各个参数的值。如果需要传递多个参数值，则各参数值间使用逗号“,”分隔。如果该函数没有参数，则直接写一对小括号即可。
例如，调用在3.5.1节创建的filterchar()函数，可以使用下面的代码：
01 about = '我是一名程序员，喜欢看黑客方面的图书，想研究一下Trojan。' 02 filterchar(about)
调用filterchar()函数后，将显示如图3.49所示的结果。
图3.49 调用filterchar()函数的结果
3.5.3 函数参数的传递
调用函数时，多数情况下主调函数和被调函数之间存在一定的数据传递关系，这种数据传递是通过函数参数来实现的。函数参数包括形式参数和实际参数两种，下面来详细讲解。
1．形式参数和实际参数
定义函数时，函数名后面括号中的参数称为形式参数，简称形参。
如图3.50所示，这里person、height和weight是fun_bmi()函数的3个形参，这里并没有给出具体的数值，而只是简单对参数数量、含义进行了说明。
图3.50 函数形参
调用函数时，函数名后面括号中的参数称为实际参数，简称实参。简而言之，实参就是函数调用者提供给函数参与实际运算的参数，有着具体的值或意义。例如，函数调用语句“fun_bmi("路人甲",1.83, 60)”中，“路人甲”、1.83和60就是给出的3个需要参与实际运算的参数，这就是实参。
形参和实参的关系可以通过图3.51更好地理解。
图3.51 形式参数与实际参数
【实例3.18】 输出某个人的BMI指数。（实例位置：资源包\Code\03\18）
在IDLE中创建function_bmi.py文件，然后在该文件中创建一个名称为function_tips的函数，该函数包含3个参数，分别用于指定姓名、身高和体重，再根据公式“BMI =体重/ (身高×身高)”，计算人的BMI指数，并输出计算结果。
具体代码如下：
运行结果如图3.52所示。
从该实例代码和运行结果可以看出：
（1）定义一个根据身高、体重计算BMI指数的函数fun_bmi()，在定义函数时指定的变量person、height和weight称为形式参数。
（2）在函数fun_bmi()中根据形式参数的值计算BMI指数，并输出相应的信息。
（3）调用fun_bmi()函数时，指定的“路人甲”、1.83和60都是实际参数，函数执行时这些值将被传递给对应的形式参数。
图3.52 调用函数输出励志文字
2．值传递和引用传递
函数调用时，实参将传递数据给形参，传递的可能是实参的值，也可能是实参的引用。具体来说，当实参为不可变对象时，进行的是值传递；当实参为可变对象时，进行的是引用传递。
值传递和引用传递的基本区别在于：进行值传递后，改变形参的值，实参的值不受影响；进行引用传递后，改变形参的值，实参的值也将一同被改变。
例如，定义一个名称为demo的函数，然后为demo()函数传递一个字符串类型的变量作为参数（代表值传递），并在函数调用前后分别输出该字符串变量；再为demo()函数传递一个列表类型的变量作为参数（代表引用传递），并在函数调用前后分别输出该列表。代码如下：
上面代码的执行结果如下：
从运行结果可以看出，进行值传递时，改变形参的值后，实参的值未发生改变；进行引用传递时，改变形参的值后，实参的值也发生了改变。
3．位置参数
在函数定义（或调用）阶段，按照从左到右的顺序定义（或调用）的参数，称为位置参数。位置参数又称为必备参数，凡是按位置定义的形参都必须被传值，多一个不行，少一个也不行，否则将产生错误。
1）数量必须与定义时一致
调用函数时，指定的实参数量必须与形参数量一致，否则将抛出TypeError异常，提示缺少必要的位置参数。例如，调用实例3.18中编写的BMI指数函数fun_bmi(person,height,weight)，将参数少传一个，即只传递两个参数，代码如下：
fun_bmi("路人甲",1.83) #计算路人甲的BMI指数
函数调用后，将显示如图3.53的错误提示。抛出的异常类型为TypeError，具体提示信息为“fun_bmi()方法缺少一个必要的位置参数weight”。
2）位置必须与定义时一致
在调用函数时，指定的实参位置必须与形参位置一致，否则将抛出TypeError异常或得到错误结果。
图3.53 缺少必要的参数时抛出的异常
（1）抛出TypeError异常。调用函数时，当实参类型与形参类型不一致，且两种类型间无法自动转换时，将抛出TypeError异常。例如，调用实例3.18中编写的fun_bmi(person,height,weight)函数，将第1个参数和第2个参数位置调换，代码如下：
fun_bmi(60,"路人甲",1.83) #计算路人甲的BMI指数
函数调用后，将显示如图3.54所示的异常信息。这是因为传递的整型数值不能与字符串进行连接操作。
图3.54 提示不支持的操作数类型
（2）产生的结果与预期不符。调用函数时，如果实参与形参位置不一致，但数据类型一致，则不会抛出异常，而是产生与预期不符的结果。例如，仍然调用fun_bmi(person,height,weight)函数，将第2个参数和第3个参数位置调换，代码如下：
fun_bmi("路人甲",60,1.83) #计算路人甲的BMI指数
函数调用后，结果如图3.55所示。这里虽然未抛出异常，但得到的结果并不是我们想要的。
图3.55 结果与预期不符
说明
当传递的实参位置与形参位置不一致时，并不总会抛出异常，所以在调用函数时一定要确定好位置，否则容易产生Bug，而且很不容易发现。
4．关键字参数
关键字参数是指使用形参的名字来确定输入的参数值。通过该方式指定实参时，不再需要与形参的位置完全一致。只要将参数名写正确即可。这样可以避免用户需要牢记参数位置的麻烦，使得函数的调用和参数传递更加灵活方便。
例如，调用fun_bmi(person,height,weight)函数时，通过关键字参数指定各个实际参数，代码如下：
fun_bmi( height = 1.83, weight = 60, person = "路人甲") #计算路人甲的BMI指数
函数调用后，将显示以下结果：
路人甲的身高：1.83米 体重：60千克 路人甲的BMI指数为：17.916330735465376 您的体重过轻 ~@_@~
从结果可以看出，虽然指定的实参顺序与函数定义中不一致，但运行结果与预期是一致的。