-函数结构

第1关：函数的参数 - 搭建函数房子的砖

任务描述
当我们需要在程序中多次执行同一类型的任务时，不需要反复编写代码段来完成任务，而是可以利用函数工具来大大方便我们的编程工作。函数是可重复使用的、用来实现相关联功能的代码段。

本实训的目标是让学习者了解并掌握函数结构的相关知识，本关的小目标则是让学习者先了解并掌握函数参数的有关知识。

相关知识
我们在使用函数前，得先定义一个满足自己使用要求的函数。定义函数的基本结构是：

def functionname( parameters ):
   "函数_文档字符串"
   function_suite
   return [expression]
定义函数以def关键词开头，后面跟着函数名、圆括号()、括号中的参数、冒号；
接着，在缩进块中编写函数体，函数的第一行语句一般是写文档字符串，用于存放函数说明，也可以选择不写；
Return[expression]表示结束函数，并返回值。而不带表达式的return相当于返回空值。
本关的重点就是研究函数的参数parameters。定义函数的时候，参数的名字和位置定下来了，函数的接口定义也就完成了。我们在调用函数时，只用知道该传递什么样的参数，函数内部的运行情况已经被封装，使用者不必了解。

Python 的函数参数主要包含以下几种：

必选参数；
默认参数；
可变参数；
关键字参数。
必选参数
必选参数也叫位置参数，是函数中最常用的参数。必选参数就是在调用函数的时候必须指定参数值。例如：

# 定义加法函数plus，参数a,b就是必选参数
def plus(a,b):
   c=a+b
   return(c)
# 调用函数plus时，必须给参数a,b传递值
d=plus(1,2)
# 输出结果d
print(d)
输出结果：

3
如果调用plus函数时，传入的参数不符合要求，则会出现错误。例如：

>>d = plus()
TypeError: plus() missing 2 required positional arguments: 'a' and 'b'
>>d = plus(1)
TypeError: plus() missing 1 required positional argument: 'b'
默认参数
默认参数是指给函数参数提供默认值，如果在调用函数的时候没有给该参数传递值，则该参数使用默认值。例如：

# 定义加法函数plus，参数a是必选参数，参数b是默认值2的参数
def plus(a,b=2):
   c=a+b
   return(c)
# 调用函数plus时，必须给参数a传递值，若不给b传递值，则b默认为2
d=plus(1)
# 输出结果d
print(d)
从上面的例子可以看出，在函数调用过程中可以不用给默认参数传递参数值。但在使用默认参数时，有两点需要注意：

默认参数要放在所有必选参数的后面；
默认参数必须指向不变对象。
可变参数
在有些情况下，我们在定义函数的时候，还不能确定函数应该包含多少个参数，这时我们可以使用可变参数，可变参数就是传入的参数数量是可变的。例如：

# 定义plus函数，完成的功能是返回输入的整数之和。
# 参数numbers是可变参数，表示输入的参数个数可以为任意值
def plus(*numbers):
   add = 0
   for i in numbers:
      add += i
   return(add)
# 调用3次plus函数，每次的参数个数都不相同
d1 = plus(1,2,3)
d2 = plus(1,2,3,4)
d3 = plus(1,3,5,7,9)
# 向函数中可以传递任意参数，包括0个参数
d4 = plus()
# 输出结果
print(d1)
print(d2)
print(d3)
print(d4)
输出结果：

6
10
25
0
在上面的例子中，numbers就是一个可变参数，可变参数前面加一个标识符*。在函数内部，可变参数numbers接收到的值是一个tuple。我们在调用参数是可变参数的函数时，可以给该函数传递任意个数的参数，包括0个参数。

关键字参数
可变参数允许我们在调用函数时传入任意个参数，这些可变参数在函数调用时自动组装为一个tuple。而关键字参数允许我们传入任意个含参数名的参数，这些关键字参数在函数调用时自动组装为一个dict。也就是说，关键字参数将长度任意的键-值对，作为参数传递给函数。例如：

# 定义一个包含关键字参数的函数，返回值为参数值
def plus(**kw):
   return kw
# 调用plus函数，参数值为空
d1 = plus()
# 调用plus函数，参数值为x=1
d2 = plus(x=1)
# 调用plus函数，参数值为x=1,y=2
d3 = plus(x=1, y=2)
# 输出d1,d2,d3
print(d1)
print(d2)
print(d3)
输出结果：

{}
{'x': 1}
{'x': 1, 'y': 2}
在上面的例子中，kw就是一个关键字参数，关键字参数前面加**表示。关键字参数可以扩展函数功能，使传递参数过程更为简便。例如：

# 定义一个plus函数，有3个参数，返回值是3个参数之和
def plus(x,y,z):
   return x+y+z
# 有一个dict列表，当中3个键的值分别为1,2,3
dict = {'x':1, 'y':2, 'z':3}
# 将dict列表中的3个值传入plus函数中，得到返回值d
d = plus(dict['x'],dict['y'],dict['z'])
# 输出d
print(d)
输出结果：

6
但在上述例子中，将字典中的值向plus函数中传递参数的方法过于累赘，可以采取关键字参数的方法。例如：

# 定义一个plus函数，有3个参数，返回值是3个参数之和
def plus(x,y,z):
   return x+y+z
# 有一个dict列表，当中3个键的值分别为1,2,3
dict = {'x':1, 'y':2, 'z':3}
# 用关键字参数的方法将dict列表中的3个值传入plus函数中，得到返回值d
d = plus(**dict)
# 输出d
print(d)
输出结果：

6
使用关键字参数**dict的方法，可以大大提高参数传递的效率。

参数组合
我们在函数定义过程中，可以同时用到必选参数、默认参数、可变参数、关键字参数中的一种或几种。但是需要特别注意的是，这四种参数在使用的过程中是有顺序的，顺序依次应该是必选参数、默认参数、可变参数和关键字参数。例如：

# 定义一个包含必选参数、默认参数、可变参数和关键字参数的函数plus
def plus(x, y, z=0, *args, **kw):
   print('x=',x)
   print('y=',y)
   print('z=',z)
   print('args=',args)
   print('kw=',kw)
# 调用函数plus，输入两个参数1,2
plus(1,2)
输出结果：

x= 1
y= 2
z= 0
args= ()
kw= {}
上面这个例子中，向plus函数中传入了两个必选参数1和2。必选参数必须得提供值，但是默认参数、可变参数和关键字参数可以不用提供值，我们还可以给默认参数、可变参数和关键字参数传递值。例如：

# 定义一个包含必选参数、默认参数、可变参数和关键字参数的函数plus
def plus(x, y, z=0, *args, **kw):
   print('x=',x)
   print('y=',y)
   print('z=',z)
   print('args=',args)
   print('kw=',kw)
# 调用函数plus，输入参数x=1,y=2,z=3,args=(4,5,6),kw={}
plus(1,2,3,4,5,6)
print('\n')
# 调用函数plus，输入参数x=1,y=2,z=3,args=(4,5,6),kw={'k':7, 'm':8}
plus(1,2,3,4,5,6,k=7,m=8)
输出结果：

x= 1
y= 2
z= 3
args= (4, 5, 6)
kw= {}
x= 1
y= 2
z= 3
args= (4, 5, 6)
kw= {'k': 7, 'm': 8}
小结
不同类型的参数是有顺序的，依次是必选参数、默认参数、可变参数和关键字参数；
默认参数一定要用不可变对象，用可变对象容易产生逻辑错误；
*args表示的是可变参数，*args接收的是一个元组；
**kw表示的是关键字参数，**kw接收的是一个字典。
编程要求
本关的编程任务是补全src/Step1/plus.py文件的代码，实现相应的功能。具体要求如下：

定义并调用一个函数，功能是对输入的列表中的数值元素进行累加，列表中元素的个数没有确定；
将累加结果存储到变量d中；
输出累加结果d。
本关涉及的src/Step1/plus.py代码文件的代码框架如下：

# coding=uft-8
# 创建一个空列表numbers
numbers = []
# str用来存储输入的数字字符串，lst1是将输入的字符串用空格分割，存储为列表
str = input()
lst1 = str.split(' ')
# 将输入的数字字符串转换为整型并赋值给numbers列表
for i in range(len(lst1)):
   numbers.append(int(lst1.pop()))
# 请在此添加代码，实现编程要求
########## Begin ##########
########## End ##########
print(d)
测试说明
本关的测试文件是src/Step1/plus.py，测试过程如下：

平台自动编译生成plus.exe；
平台运行plus.exe，并以标准输入方式提供测试输入；
平台获取plus.exe输出，并将其输出与预期输出对比。如果一致则测试通过，否则测试失败。
以下是平台对src/Step1/plus.py的样例测试集：

测试输入：

1 2 3 4 5
预期输出：

15
测试输入：

1 3 5 7 9 11
预期输出：

36
测试输入：

2 4 6 8 10 12 14 16
预期输出：

72
开始你的任务吧，祝你成功！

# coding=utf-8# 创建一个空列表numbers
numbers = []# str用来存储输入的数字字符串，lst1是将输入的字符串用空格分割，存储为列表
str = input()
lst1 = str.split(' ')# 将输入的数字字符串转换为整型并赋值给numbers列表
for i in range(len(lst1)):numbers.append(int(lst1.pop()))# 请在此添加代码，对输入的列表中的数值元素进行累加求和
########## Begin ##########
def plus(*numbers):  d = 0  for i in numbers:  d += i  return(d)d=plus(*numbers)########## End ##########print(d)

第2关：函数的返回值 - 可有可无的 return

任务描述
函数在进行运算处理后，返回的值被称为返回值。函数返回的值是通过return语句执行。返回值能够让我们直接得到函数处理的结果，而不必关心函数内部复杂繁重的运算过程，大大提高了编程效率。本关的主要目标是让学习者了解并掌握函数返回值的相关知识。

相关知识
return语句将值返回到调用函数的出口，函数中一定要有return返回值才是完整的函数。如果我们没有在函数中定义函数返回值，那么程序会自动让函数返回一个结果，该结果是None对象，而None对象表示没有任何值。

将值作为返回值
函数的返回值只有一个，但有时我们会发现有的函数好像有多个返回值，其实这里的“多个”并不是指多个返回值。比如函数返回一列表，里面包含很多个元素值。这就类似于，只能从超市带走一个箱子，但是允许我们把一些东西都装到箱子里面看做一个东西带走。例如：

def f():
    return 1,'abc','1234'
print(f())
输出结果：

(1, 'abc', '1234')
调用f()函数，程序输出为一个元组，所以函数返回值表面上是3个值，其实是返回一个元组，元组里面有三个不同元素（元组语法上不需要一定带上圆括号）。

将函数作为返回值
我们除了可以将各种类型的值作为返回值外，也可以将函数作为返回值。例如，我们要定义一个函数来求列表中数值元素的和，一般情况下我们是这样定义的：

def plus(*args):
    s = 0
    for n in args:
        s = s + n
    return s
但是，如果我们不需要立刻求和，而是在后面的程序中，根据需求再计算，这种情况怎么办呢？这时我们定义的函数可以不返回求和的结果，而是返回计算求和的函数。所以我们还可以用如下方法定义函数：

def lazy_plus(*args):
    def plus():
        s = 0
        for n in args:
            s = s + n
        return s
    return plus
当我们调用lazy_plus()时，返回的并不是求和结果，而是计算求和的函数：

# 定义求和函数，返回的并不是求和结果，而是计算求和的函数
def lazy_plus(*args):
    def plus():
        s = 0
        for n in args:
            s = s + n
        return s
    return plus
# 调用lazy_plus()时，返回的并不是求和结果，而是求和函数
f = lazy_plus(1,2,3,4,5)
print(f)
输出结果：

<function lazy_plus.<locals>.plus at 0x000001DAC97F9950>
调用函数f时，才真正计算求和的结果：

# 定义求和函数，返回的并不是求和结果，而是计算求和的函数
def lazy_plus(*args):
    def plus():
        s = 0
        for n in args:
            s = s + n
        return s
    return plus
# 调用函数f时，得到真正求和的结果
f = lazy_plus(1,2,3,4,5)
print(f())
输出结果：

15
在上述例子中，我们在函数lazy_plus中又定义了函数plus，而且内部函数plus是可以引用外部函数lazy_plus的参数和局部变量的。当函数lazy_plus返回函数plus时，相关参数和变量也将会保存在返回的函数中，这种方式也称为“闭包”（Closure）。

小结
我们除了可以将函数计算的值作为返回值外，也可以将函数作为返回值。

如果您想了解更多函数结构的相关知识，请参考：【美】 Eric Matthes 著《 Python 编程——从入门到实践》第八章。

编程要求
本关的编程任务是补全src/step2/return.py文件的代码，实现相应的功能。具体要求如下：

定义一个函数gcd，功能是求两个正整数的最大公约数；
调用函数gcd，得到输入的两个正整数的最大公约数，并输出这个最大公约数。
本关涉及的代码文件src/step2/return.py的代码框架如下：

# coding=utf-8
# 输入两个正整数a,b
a = int(input())
b = int(input())
# 请在此添加代码，求两个正整数的最大公约数
########## Begin ##########
########## End ##########
# 调用函数，并输出最大公约数
print(gcd(a,b))
测试说明
本关的测试文件是src/step2/return.py，测试过程如下：

平台自动编译生成return.exe；
平台运行return.exe，并以标准输入方式提供测试输入；
平台获取return.exe输出，并将其输出与预期输出对比。如果一致则测试通过，否则测试失败。
以下是平台对src/step2/return.py的样例测试集：

测试输入：

1
8
预期输出：

1
测试输入：

9
3
预期输出：

3
测试输入：

9
21
预期输出：

3
测试输入：

126
36
预期输出：

18

开始你的任务吧，祝你成功！

# coding=utf-8# 输入两个正整数a,b
a = int(input())
b = int(input())# 请在此添加代码，求两个正整数的最大公约数
########## Begin ##########
def gcd(a,b):while (a-b)!=0:if a>b:a=a-belse:b=b-areturn a########## End ########### 调用函数，并输出最大公约数
print(gcd(a,b))

第3关：函数的使用范围：Python 作用域

任务描述
函数是有使用范围的，在一个模块中，我们可以定义很多函数和变量。但我们希望有的函数和变量别人可以使用，有的函数和变量仅仅可以在模块内部使用，这就是 Python 作用域的相关问题。本关的目标就是让学习者了解并掌握函数的使用范围，即 Python 作用域的相关知识。

相关知识
在 Python 中，正常的函数和变量名是公开的（public），是可以被直接引用的。比如abs()、abc、dir()等。

类似__xxx__这种格式的变量是特殊变量，允许被直接引用，但是会被用作特殊用途。比如__author__、__name__就是属于特殊变量。hello模块定义的文档注释也可以用特殊变量__doc__访问，我们自己编程定义的变量一般不会用这种变量名。

类似_xxx和__xxx这种格式的函数和变量就是非公开的（private），不应该被直接引用。

补充：_xxx的函数和变量是protected，我们直接从外部访问不会产生异常。__xxx的函数和变量是private，我们直接从外部访问会报异常，我们要注意前缀符号的区别。

我们要注意用词的区别，我们说的private函数和变量是“不应该”被直接引用，而不是“不能”被直接引用。这是因为在 Python 中并没有一种方法可以真正完全限制访问private函数或变量。但是我们为了养成良好的编程习惯，是不应该引用private函数或变量的。private函数的作用是隐藏函数的内部逻辑，让函数有更好的封装性。例如：

def _private_1(name):
    return 'Hello, %s' % name
def _private_2(name):
    return 'Hi, %s' % name
def greeting(name):
    if len(name) > 3:
        return _private_1(name)
    else:
        return _private_2(name)
我们在上述程序块里公开了greeting()函数，greeting()函数需要使用_private_1()和_private_2()函数。学习者并不需要知道greeting()函数中的内部实现细节，所以我们可以将内部逻辑用private函数隐藏起来，这是一种十分常用的代码封装的方法。

小结

为了让程序的封装性更好，我们一般都限定函数的使用范围。一般我们把外部需要使用的函数定义为public函数，而把只在内部使用而外部不需要引用的函数定义成private函数。

编程要求
本关的编程任务是补全src/step3/scope.py文件的代码，实现相应的功能。具体要求如下：

编写程序，功能是求两个正整数的最小公倍数；
要求实现方法：先定义一个private函数 _gcd()求两个正整数的最大公约数，再定义public函数lcm()调用 _gcd()函数求两个正整数的最小公倍数；
调用函数lcm()，并将输入的两个正整数的最小公倍数输出。
本关涉及的代码文件src/step3/scope.py的代码框架如下：

# coding=utf-8
# 输入两个正整数a,b
a = int(input())
b = int(input())
# 请在此添加代码，求两个正整数的最小公倍数
########## Begin ##########
########## End ##########
# 调用函数，并输出a,b的最小公倍数
print(lcm(a,b))
测试说明
本关的测试文件是src/step3/scope.py，测试过程如下：

平台自动编译生成scope.exe；
平台运行scope.exe，并以标准输入方式提供测试输入；
平台获取scope.exe输出，并将其输出与预期输出对比。如果一致则测试通过，否则测试失败。
以下是平台对src/step3/scope.py的样例测试集：

测试输入：

5
6
预期输出：

30
测试输入：

8
10
预期输出：

40
测试输入：

16
24
预期输出：

48
测试输入：

132
214
预期输出：

14124

开始你的任务吧，祝你成功！

# coding=utf-8# 输入两个正整数a,b
a = int(input())
b = int(input())# 请在此添加代码，求两个正整数的最小公倍数
########## Begin ##########
def _gcd(a,b):while (a-b)!=0:if a>b:a=a-belse:b=b-areturn adef lcm(a,b):c=_gcd(a,b)result=int(a*b/c)return result########## End ########### 调用函数，并输出a,b的最小公倍数
print(lcm(a,b))