函数基础 (Functions)

导语

函数（function）是将代码"打包"的魔法——把一段可复用的逻辑封装起来，需要时调用即可。从 print() 到 len()，你每天用的内置函数都是别人写好的函数。现在，轮到你自己写了。Python 的函数系统相当强大：默认参数、*args/**kwargs、lambda 表达式、以及独特的 LEGB 变量作用域规则，掌握这些，你的代码就能从"脚本"进化为"工程"。

学习目标

• 使用 def 定义函数并传递参数
• 理解位置参数（positional）与关键字参数（keyword）
• 掌握 *args 和 **kwargs 处理任意参数
• 学会 lambda 匿名函数
• 理解 LEGB 变量作用域规则

概念介绍

函数是一段可重复调用的代码块。在 Python 中使用 def（define）关键字定义函数。函数可以接收参数（parameter）、也可以返回值。没有 return 语句的函数默认返回 None。

Python 的函数系统有几个独特之处：

1. 参数可以有默认值 — 调用时可以省略，提高了灵活性
2. *args 接收任意数量的位置参数 — 打包为元组（tuple）
3. **kwargs 接收任意数量的关键字参数 — 打包为字典（dict）
4. 变量作用域遵循 LEGB 规则 — Local → Enclosing → Global → Built-in

[!NOTE] Python 中一切皆对象，函数也不例外。函数可以赋值给变量、作为参数传递、也可以从函数返回——这就是所谓的一等函数（first-class function）。

代码示例

示例 1：def 定义函数与参数

def greet(name, greeting="Hello"):
    """带默认参数的函数。"""
    return f"{greeting}, {name}!"

print(greet("Python"))        # Hello, Python!
print(greet("Python", "你好")) # 你好, Python!

greeting="Hello" 是默认参数（default parameter）。调用时如果没传 greeting，就使用默认值。

[!WARNING] 默认参数只能放在必选参数之后！def greet(greeting="Hello", name): 会报 SyntaxError。

示例 2：返回值

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

result = add(3, 5)
print(result)  # 8

# Python 支持返回多个值（实际是返回元组）
def min_max(numbers):
    return min(numbers), max(numbers)

low, high = min_max([3, 1, 7, 2, 9])
print(low, high)  # 1 9

没有 return 的函数隐式返回 None。

示例 3：*args 与 **kwargs

def show_info(*args, **kwargs):
    print("位置参数:", args)
    print("关键字参数:")
    for key, value in kwargs.items():
        print(f"  {key} = {value}")

show_info("Python", "3.13", version="3.13", type="tutorial")
# 位置参数: ('Python', '3.13')        ← args 是元组
# 关键字参数:
#   version = 3.13                    ← kwargs 是字典
#   type = tutorial

*args 将额外位置参数打包为元组，**kwargs 将额外关键字参数打包为字典。

[!TIP] 参数顺序规则：def func(positional, *args, default=value, **kwargs) — 位置参数 → *args → 默认参数 → **kwargs。

示例 4：lambda 匿名函数

# 普通函数
def square(x):
    return x * x

# 等价 lambda
square = lambda x: x * x
print(square(5))  # 25

# lambda 常见于排序 key
students = [("Bob", 90), ("Alice", 85), ("Charlie", 95)]
students.sort(key=lambda s: s[1], reverse=True)
print(students)  # [('Charlie', 95), ('Bob', 90), ('Alice', 85)]

lambda 只能包含一个表达式，不能有语句。适合短小的、一次性的函数。

示例 5：LEGB 作用域规则

x = "global"  # Global 作用域

def outer():
    x = "enclosing"  # Enclosing 作用域

    def inner():
        x = "local"  # Local 作用域
        print(f"inner: {x}")  # local

    inner()
    print(f"outer: {x}")  # enclosing

outer()
print(f"global: {x}")  # global

# Builtin 作用域：内置函数如 len(), print() 等

LEGB 规则：Python 查找变量时按 Local → Enclosing → Global → Built-in 的顺序逐层查找，找到即停。

[!NOTE] 如果要在函数内修改全局变量，需要使用 global 关键字；修改 enclosing 作用域的变量，使用 nonlocal。

常见错误与解决

[!WARNING] 错误 1：可变默认参数的陷阱

def add_item(item, target=[]):
    target.append(item)
    return target

print(add_item(1))  # [1]
print(add_item(2))  # [1, 2]  💥 为什么不是 [2]？

原因：默认参数的值在函数定义时求值一次，而非每次调用时创建。

解决：使用 None 作为默认值。

def add_item(item, target=None):
    if target is None:
        target = []
    target.append(item)
    return target

[!WARNING] 错误 2：忘记 return

def add(a, b):
    a + b  # 💥 没有 return！返回 None

result = add(3, 5)
print(result)  # None

解决：确保需要返回值的函数有 return 语句。

[!WARNING] 错误 3：关键字参数位置错误

greet("Python", "Hello", name="World")  # 💥 error

解决：位置参数必须在关键字参数之前。要么全部位置，要么全部关键字。

最佳实践

1. 函数职责单一 — 一个函数只做一件事，超过 30 行考虑拆分
2. 参数不要超过 5 个 — 参数太多时考虑用字典或 dataclass 传参
3. 避免可变默认参数 — 默认参数用 None，内部再创建空容器
4. 写 docstring — 每个函数第一行用三引号字符串描述功能、参数、返回值
5. 优先具名函数 — lambda 适合简单场景，复杂逻辑用 def 更易维护

练习

1. 写一个函数 calculate(a, b, operation="add")，支持 "add"、"subtract"、"multiply"、"divide" 四种运算，默认加法。

def calculate(a, b, operation="add"):
    if operation == "add":
        return a + b
    elif operation == "subtract":
        return a - b
    elif operation == "multiply":
        return a * b
    elif operation == "divide":
        return a / b if b != 0 else "除数不能为零"
    else:
        return f"未知操作: {operation}"

print(calculate(10, 5))              # 15
print(calculate(10, 5, "divide"))    # 2.0

2. 用 lambda 对列表 ["banana", "Apple", "cherry"] 按忽略大小写字母排序。

words = ["banana", "Apple", "cherry"]
words.sort(key=lambda w: w.lower())
print(words)  # ['Apple', 'banana', 'cherry']

知识检查

1. 以下代码输出什么？

   def f(x, y=[]):
       y.append(x)
       return y
   print(f(1))
   print(f(2))
   

   • A. [1], [2]
   • B. [1], [1, 2]
   • C. [1], [2, 1]
   • D. 报错

2. *args 在函数内部是什么类型？

   • A. 列表（list）
   • B. 元组（tuple）
   • C. 字典（dict）
   • D. 集合（set）

3. 以下哪个是合法的 lambda 表达式？

   • A. lambda x: x + 1
   • B. lambda x: return x + 1
   • C. lambda x: {return x + 1}
   • D. lambda (x): return x + 1

本章小结

• def 定义函数，可带位置参数、默认参数和返回值
• *args 接收任意位置参数（元组），**kwargs 接收任意关键字参数（字典）
• lambda 适合简单的一次性函数，语法 lambda 参数: 表达式
• LEGB 规则（Local → Enclosing → Global → Built-in）决定变量查找顺序
• 永远不要用可变对象（列表、字典）作为默认参数

术语表

下一步

• 列表与字典 → 掌握最常用的数据结构

源码链接

• functions_sample.py