1.12 函数
前面已经介绍了变量、表达式和流程控制，其中变量是最基本的语言元素，表达式是短语或一行语句，流程控制则用多行语句描述一个完整的逻辑。现在更进一步，介绍函数。函数实现一个相对完整的功能，这个功能被写成函数后，可以被反复调用，从而减少代码量，提高编程效率。
函数可以分为内部函数、标准模块函数、自定义函数和第三方库函数等。
1.12.1 内部函数
内部函数（或者说内置函数）是Python内部自带的函数。在介绍前面各节内容时，已经介绍了很多内部函数。总体来说，内部函数分为数据类型转换函数、数据操作函数、数据输入/输出函数、文件操作函数和数学计算函数等。
数据类型转换函数包括bool、int、float、complex、str、list、tuple、dict等，在介绍变量的数据类型时都已经介绍过，这里不再赘述。
数据操作函数包括type、format、range、slice、len等，除slice外都介绍过。slice函数定义一个切片对象，指定切片方式。将这个切片对象作为参数传递给一个可迭代对象，实现该可迭代对象的切片。
下面创建一个列表，创建第1个切片对象取前6个元素，创建第2个切片对象在2~8范围内隔一个数取一个数，然后分别用这两个切片对象对列表进行切片。
数据输入/输出函数包括input和print函数等，前面介绍过。文件操作函数如file和open，用于打开文件。
数学计算函数如表1-19所示。
表1-19 数学计算函数
下面举几个例子来说明数学计算函数的使用。
1.12.2 标准模块函数
Python内置了很多标准模块，在每个标准模块中都有很多封装好的函数，用于提供一定的功能。下面主要介绍math模块、cmath模块和random模块，它们分别提供了数学计算、复数运算和随机数生成的功能。
1. math模块的数学函数
math模块提供了大量数学函数，包括一般数学操作函数、三角函数、对数指数函数、双曲函数、数论函数和角度弧度转换函数等。
在使用math模块的数学函数之前，需要先导入math模块，即：
使用dir函数，可以列出math模块提供的全部数学函数。
math模块的部分数学函数说明如表1-20所示
表1-20 math模块的数学函数（部分）
2. cmath模块的复数运算函数
使用cmath模块提供的函数进行复数运算。导入cmath模块，用dir函数列出该模块的所有函数。
大部分复数运算函数的含义与实数运算函数相同，只是参数是复数。
3. random模块的随机数生成函数
random模块提供了各种随机数生成函数。在使用random模块前，需要导入该模块，即：
使用random函数生成0~1之间的随机数。
使用randrange函数从指定序列中随机选取一个数。该函数可以指定序列起点、终点和步长。下面指定序列为10~50，步长为2，然后从这个序列中随机选取一个数。
使用循环，可以连续生成随机数。下面连续生成10个取自该序列的随机数，并组成一个列表。
使用uniform函数可以生成指定范围内满足均匀分布的随机数。下面生成10个1~2之间的满足均匀分布的随机数，组成一个列表。
使用choice函数可以从指定的可迭代对象中随机选取一个数。下面创建一个列表，然后使用choice函数从中随机选取一个数。
使用shuffle函数可以将可迭代对象中的数据进行置乱，即随机排序。
使用sample函数可以从指定序列中随机选取指定大小的样本。下面从列表lst中随机选取6个数组成新的样本。
1.12.3 自定义函数
除了使用Python提供的内部函数、内部模块的函数以及第三方模块的函数，还可以自定义函数来实现一定的功能。
1. 函数定义和调用
自定义函数的语法格式为：
其中，def和return是关键字，functionname为函数名，parameters为参数列表。注意小括号后面有一个冒号。冒号下面第1行添加注释，说明函数的功能，可以使用help函数进行查看。函数体各语句用代码定义函数的功能。def关键字打头，return语句结尾，有表达式时返回函数的返回值，没有表达式时返回None。
在函数定义好以后，可以在模块中的其他位置进行调用，在调用时指定函数名和参数，如果有返回值，则指定引用返回值的变量。
函数可以没有参数，也可以没有返回值。下面定义一个函数，用一连串的星号作为输出内容的分隔行。在定义该函数后进行3种运算，并在输出结果时调用该函数绘制星号分隔行来分隔各种运算结果。该文件位于Samples目录下的ch01子目录中，文件名为sam01-18.py。
第1~4行定义starline函数，绘制星号分隔行。第6~8行对两个数做加法运算，并输出运算结果。第9行调用starline函数绘制分隔行。第10行和第11行对两个数做减法运算，并输出运算结果。第12行调用starline函数绘制分隔行。第13行和第14行对两个数做乘法运算，并输出运算结果。第15行用help函数输出starline函数的功能说明。
在Python IDLE文件脚本窗口中，在“Run”菜单中单击“Run Module”选项，则IDLE命令行窗口显示下面的结果：
可见，在函数定义好以后，可以进行重复调用，以提高编程效率。
上面定义的starline函数没有参数，也没有返回值。下面定义一个mysum函数，对给定的两个数求和。所以，该函数有两个输入参数和一个返回值。该文件位于Samples目录下的ch01子目录中，文件名为sam01-19.py。
第1~3行定义mysum函数求和，参数a和b表示给定的两个数。第3行用return语句返回它们的和。第5行调用mysum函数，计算并输出3和6的和。第6行调用mysum函数，计算并输出12和9的和。在定义函数时指定的参数a和b称为形参，即形式参数；在调用函数时指定的与形参a和b对应的数如3和6称为实参，即真实参数。形参和实参的个数要相同。
在Python IDLE文件脚本窗口中，在“Run”菜单中单击“Run Module”选项，则IDLE命令行窗口显示下面的结果：
2. 有多个返回值的情况
在前面两个例子中，函数没有返回值或者只有一个返回值。下面介绍函数有多个返回值的情况。
下面定义一个函数，指定两个参数值，返回它们的和与差。该文件位于Samples目录下的ch01子目录中，文件名为sam01-20.py。
第1~4行定义mycomp函数，计算给定的两个值的和与差。第4行用return语句返回结果，在表示和与差的变量之间用逗号分隔。第6行调用mycomp函数，计算2和3的和与差，赋值给变量c和d。第7行和第8行输出和与差。
在Python IDLE文件脚本窗口中，在“Run”菜单中单击“Run Module”选项，则IDLE命令行窗口显示下面的结果：
当函数有多个返回值时，也可以将这些返回值添加到列表中，用return语句返回该列表。下面改写上例。该文件位于Samples目录下的ch01子目录中，文件名为sam01-21.py。
第1~5行定义mycomp函数，计算给定的两个值的和与差，并把它们添加到一个列表中。第5行用return语句返回列表。第7行调用mycomp函数，计算2和3的和与差，赋值给变量data。第8行输出元素为和与差的列表。
在Python IDLE文件脚本窗口中，在“Run”菜单中单击“Run Module”选项，则IDLE命令行窗口显示下面的结果：
3. 默认参数
在定义函数时，对函数参数使用赋值语句可以指定该参数的默认值。下面定义defaultpara函数，该函数有两个参数，即id和score，并指定score参数的默认值为80。该文件位于Samples目录下的ch01子目录中，文件名为sam01-22.py。
第1~4行定义defaultpara函数，指定score参数的默认值为80，然后输出两个参数的值，没有返回值。第6行调用defaultpara函数，只指定id参数的值为"No001"。
在Python IDLE文件脚本窗口中，在“Run”菜单中单击“Run Module”选项，则IDLE命令行窗口显示下面的结果：
可见，在没有传入score参数的值时，取了默认值80。
4. 可变参数
所谓可变参数，是指参数的个数是不确定的，可以是0个、1个甚至任意多个。包含可变参数的函数的定义如下：
其中，[args,]定义必选参数，*args_tuple定义可变参数。*args_tuple是作为一个元组传递进来的。
下面定义一个函数进行求和运算，该运算的第1个数据是确定的，后面的数据不确定，数据个数和数据大小都不确定。该文件位于Samples目录下的ch01子目录中，文件名为sam01-23.py。
第1~5行定义mysum函数，arg1为必选参数，*vartuple为可变参数，用一个for循环对确定参数传递的数据和vartuple元组中的数据累加求和。第7行调用mysum函数，指定参数数据，返回各数据的和。第8行输出和。
在Python IDLE文件脚本窗口中，在“Run”菜单中单击“Run Module”选项，则IDLE命令行窗口显示下面的结果：
5. 参数为字典
如果参数带两个星号，则表示该参数为字典。传递字典参数的函数语法格式为：
其中，[args,]定义必选参数，**args_dict定义字典参数。注意有两个星号。在调用函数时指定两个实参，对应于字典的键和值。
下面定义一个函数，参数为字典，功能是输出字典数据。该文件位于Samples目录下的ch01子目录中，文件名为sam01-24.py。
第1行和第2行定义函数，参数为字典。第4行调用该函数，注意实参的输入方式。
在Python IDLE文件脚本窗口中，在“Run”菜单中单击“Run Module”选项，则IDLE命令行窗口显示下面的结果：
6. 传值还是传址
在Python中，万物皆对象。对象三要素包括对象的内存存储地址、对象的数据类型和对象的值。在函数中对象作为参数传递时，需要搞清楚函数传递的是对象的地址还是对象的值。传址和传值的主要区别在于，如果在函数体中对参数的值进行了修改，在调用该函数前后，若是按传址方式传递的，则该参数的值会改变；若是按传值方式传递的，则该参数的值不变。
所以，在Python中，对于不可变类型，包括字符串、元组和数字，作为函数参数时是按传值方式传递的。此时传递的是对象的值，修改的是一个复制的对象，不影响对象本身。对于可变类型，包括列表和字典，作为函数参数时是按传址方式传递的。此时传递的是对象本身，修改它后在函数外部也会受影响。
下面举例进行说明。对于不可变类型，下面的函数传递一个字符串，查看在调用该函数前后参数的值有没有变化。该文件位于Samples目录下的ch01子目录中，文件名为sam01-25.py。
第1行和第2行定义函数，修改参数的值为"python"。第4~6行给变量b赋初值"hello"，将变量b作为参数调用函数，修改参数的值，然后输出变量b的值。
在Python IDLE文件脚本窗口中，在“Run”菜单中单击“Run Module”选项，则IDLE命令行窗口显示下面的结果：
可见，在调用函数前后变量的值不变，参数按传值方式传递。
对于可变类型，下面的函数传递一个列表，在函数体中给列表添加一个列表元素。
第1~3行定义函数，给传入的列表添加一个列表元素。第5行和第6行创建一个列表，输出它。第7行和第8行将列表作为参数调用函数，然后输出列表。比较在调用函数前后列表是否有变化。
在Python IDLE文件脚本窗口中，在“Run”菜单中单击“Run Module”选项，则IDLE命令行窗口显示下面的结果：
可见，在调用函数前后列表发生了变化，参数按传址方式传递。
1.12.4 变量的作用范围
根据变量的作用范围，变量可分为局部变量和全局变量。局部变量是指定义在函数内部的变量，只在对应的函数内部有效。全局变量是指在函数外部创建的变量，或者是使用global关键字声明的变量。全局变量可以在整个程序范围内访问。
下面定义一个函数f1，函数中变量v为局部变量，它的作用范围就在函数f1内部。该文件位于Samples目录下的ch01子目录中，文件名为sam01-27.py。
第1行给变量v赋值10。第2行输出v的值。第4行和第5行定义函数f1，给局部变量v赋值20。第7行调用f1函数。第8行输出变量v的值。
在Python IDLE文件脚本窗口中，在“Run”菜单中单击“Run Module”选项，则IDLE命令行窗口显示下面的结果：
可见，在调用f1函数前后变量v的值没有改变，即在f1函数中设置的变量v的值只在该函数内部有效。
下面在f1函数中使用global关键字将变量v声明为全局变量，修改它的值，然后查看它的作用范围。该文件位于Samples目录下的ch01子目录中，文件名为sam01-28.py。
第4~6行定义函数f1，用global关键字将变量v声明为全局变量，修改v的值为20。第8行和第9行定义函数f2，输出变量v的值。第11行调用函数f1。第12行输出变量v的值。第13行调用函数f2，输出变量v的值。
在Python IDLE文件脚本窗口中，在“Run”菜单中单击“Run Module”选项，则IDLE命令行窗口显示下面的结果：
可见，由于f1函数中变量v被声明为全局变量，因此在调用f1函数前后v的值发生了改变。而且在其他函数中也可以使用全局变量。
1.12.5 匿名函数
顾名思义，匿名函数就是指没有显式命名的函数。它用更简洁的方式定义函数。在Python中使用lambda关键字创建匿名函数，语法格式为：
其中，lambda为关键字，在它后面声明参数，然后在冒号后面书写函数表达式。fn可作为函数的名称使用，调用格式为：
下面在命令行中定义一个对两个数求积的匿名函数。
该函数有两个参数，即a和b，函数表达式为a*b。
调用该函数，计算并输出给定的两个数的积：
