步入函數式編程的大門

来源:http://www.cnblogs.com/lucas0625/archive/2017/09/22/7577005.html
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註：本人用Python3.4作為學習版本，以下學習心得只適用於Python3.4。 寫下這篇博客，意味著我即將步入函數式編程的大門。 說起函數，首先想到的莫過於讀書至今依然圍繞在我身邊的那個“函數”。數學計算中的函數，簡單地說，就是對給定數的一種人為約定的運演算法則，將給定的數通過某種變化得到一個新的 ...


註：本人用Python3.4作為學習版本，以下學習心得只適用於Python3.4。

寫下這篇博客，意味著我即將步入函數式編程的大門。

說起函數，首先想到的莫過於讀書至今依然圍繞在我身邊的那個“函數”。數學計算中的函數，簡單地說，就是對給定數的一種人為約定的運演算法則，將給定的數通過某種變化得到一個新的結果。Python中的函數有內置函數，簡單的說和數學上的函數功能類似，比如說abs，就是將給定的值取絕對值，驗證如下：

# Author: Lucas w
res = abs(-10)
print(res)

運行結果如下所示：

10

Process finished with exit code 0

類似的函數在Python中有好多，函數式編程和數值運算中的函數有著相同的靈魂，作為初級入門，我暫且將函數式編程定義為：將一段代碼封裝起來，就變成一個函數，起個名字，就是函數名，當需要調用這段代碼時，直接調用函數名即可。以下是驗證程式：

# Author: Lucas w
#一段代碼
a=1
b=2
c=a+b
print(c)
#將代碼封裝變成一個簡單函數
def res():
    a=1
    b=2
    c=a+b
    print(c)
res()

結果如下：

3
3

Process finished with exit code 0

說了這麼多，接下來談一下函數的基本形式，代碼如下：

# Author: Lucas w
def test(x):
    x+=1
    print(x)
    return 0
test(1)

運行結果如下：

2

Process finished with exit code 0

其中test表示函數名，x為形式參數，return為函數的返回值，這就是函數最簡單的標準形式。接下來我們對函數進行全面的剖析。

首先我們來探討函數的返回值return。

當我們需要接收函數返回值時，我們需要將函數賦給一個變數。驗證程式如下：

# Author: Lucas w
def test():
    return 0
y= test()
print(y)

運行結果如下：

0

Process finished with exit code 0

接下來要考慮的問題是，return都可以返回什麼樣的值。經過學習，初步確定為三種：當沒有定義返回值時，返回空值None；當定義為對象時，返回該對象；當定義不止一個對象時，返回一個元組。驗證程式如下：

# Author: Lucas w
def test1():
    return
x= test1()
def test2():
    return 1
y= test2()
def test3():
    return 1,2,3,4,5
z= test3()
print(x)
print(y)
print(z)

運行結果如下：

None
1
(1, 2, 3, 4, 5)

Process finished with exit code 0

至此，我們已經熟悉了函數return都可以返回的值，至於定義函數為什麼要加return這個返回值，大概是某些特定的時候，需要得到函數的計算結果，所以return才應運而生，我們姑且這麼理解，畢竟剛入門，不可能追究過深。

接下來，我們來挖掘一下函數的參數所蘊含的秘密。

說起參數，我們都知道函數有形式參數，有實際參數。至於這兩者的區別，一句話概括：實際參數占用記憶體空間，而形式參數不占用記憶體空間。這裡我們用查詢記憶體地址函數id來驗證，程式如下：

# Author: Lucas w
def test(x):
    print(x)
    print(id(x))
    return
test(1)
print(id(1))

運行結果如下：

1
1755480256
1755480256

Process finished with exit code 0

可以看出，當函數運行時形式參數和實際參數有相同的記憶體地址。但是當函數運行後，形式參數被釋放，不占用記憶體；而實際參數依然在記憶體中存在。驗證如下：

# Author: Lucas w
def test(x):
    print(x)
    return
test(1)
print(id(1))
print(id(x))

運行如下：

1
1755480256
Traceback (most recent call last):
    print(id(x))
NameError: name 'x' is not defined

Process finished with exit code 1

可以看出，並沒有在記憶體中找到x。這就看出了形式參數和實際參數的區別。形式參數用時占用記憶體，不用時釋放記憶體；而實際參數，只要定義了，就一直在記憶體中存在。

接下來，我們來探討參數的調用。這裡主要有兩種調用方式：位置參數調用，顧名思義就是按照函數定義時參數的位置，採用一一對應的原則進行調用；另一種是關鍵字調用，這種調用方式更加靈活。驗證程式如下：

# Author: Lucas w
def test(x,y,z):
    print(x)
    print(y)
    print(z)
    return
print("位置參數調用")
test(1,2,3)
print("關鍵字調用")
test(x=1,z=3,y=2)

運行結果如下：

位置參數調用
1
2
3
關鍵字調用
1
2
3

Process finished with exit code 0

另外需要註意的是，關鍵字參數只能寫在位置參數後邊，不然程式就會報錯。驗證如下：

# Author: Lucas w
def test(x,y,z):
    print(x)
    print(y)
    print(z)
    return
print("位置參數在關鍵字參數前，可以調用")
test(1,y=2,z=3)

運行結果如下：

位置參數在關鍵字參數前，可以調用
1
2
3

Process finished with exit code 0

位置參數在關鍵字參數後，則不能完成函數調用，驗證程式如下：

# Author: Lucas w
def test(x,y,z):
    print(x)
    print(y)
    print(z)
    return
print("位置參數在關鍵字參數後，不可以調用")
test(x=1,2,3)

運行結果如下：

    test(x=1,2,3)
            ^
SyntaxError: non-keyword arg after keyword arg

Process finished with exit code 1

因此，在調用函數時只要記住一句話:位置參數在前，關鍵字參數在後。

當我們需要定義函數的參數，不只局限於x,y...登有限個參數時。Python提供了兩種方式：一種是元組存儲法；一種是字典存儲法。

接下來我們來看元組存儲法，程式如下：

# Author: Lucas w
def test(*args):
    print(args)
    return
test(1,2,3,4,5,6,7,8,9,0)

運行結果如下：

(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0)

Process finished with exit code 0

以此可知，我們輸入的參數，都存儲在了args這個tuple中，並且並不限制參數數目。

接下來我們來驗證第二種方法，字典存儲法。驗證程式如下：

# Author: Lucas w
def test(**args):
    print(args)
    return
test(name="Wang",age="18",sex="men")

運行結果如下：

{'sex': 'men', 'name': 'Wang', 'age': '18'}

Process finished with exit code 0

因此，當我們需要定義的函數有未知個參數時，可以採取兩種方法。一種是定義為元組，採用*args；一種是定義為字典，採用**args。

至此，函數式編程基本形式，我們已經有了大概的瞭解。接下來明確一下局部變數和全局變數的關係。

在Python中，

全局變數指的是：除函數內定義的變數之外，其餘程式中所有該變數都代表同一個變數。全局變數一般在程式一開始定義。

局部變數指的是：函數內定義的變數，生效範圍只在函數內，當函數不運行時，該變數不生效。

另外需要註意的是，如果同時將一個變數定義為全局變數和局部變數，那麼程式在執行時，函數內將其作為局部變數，函數外將其作為全局變數。實際運行時，也就是同名，實際代表的功能並不一樣。這就好比老王有個兒子叫小王，而班裡還有一個同學叫小王，我們並不能說這兩個小王都是老王的兒子，也僅僅只是同名而已。慢慢體會，似乎同名的全局變數和局部變數也是一樣的道理。驗證程式如下：

# Author: Lucas w
XiaoWang = "小王的同學"
def test(x):
    XiaoWang = "老王的兒子"
    print("局部變數")
    print(XiaoWang)
    return
test(XiaoWang)
print("全局變數")
print(XiaoWang)

運行結果如下：

局部變數
老王的兒子
全局變數
小王的同學

Process finished with exit code 0

這個全局變數和局部變數重名一般不會出現，之所以拿出來比較，也僅僅是加深理解概念罷了，並沒有實際意義。另一個更加雞肋的功能，將局部變數轉換為全局變數。

這個用法，在Python中存在，但是實際用處並不大，只能將我等入門級程式員弄的滿臉矇蔽。轉換方法如下所示：

# Author: Lucas w
XiaoWang = "小王的同學"
def test(x):
    global XiaoWang
    XiaoWang = "老王的兒子"
    print("轉換為全局變數的局部變數")
    print(XiaoWang)
    return
test(XiaoWang)
print("全局變數")
print(XiaoWang)

運行結果如下：

轉換為全局變數的局部變數
老王的兒子
全局變數
老王的兒子

Process finished with exit code 0

這個global功能，暫且知道用法，不進行細究。接下來我們進入遞歸函數的學習。

所謂遞歸函數，字面意思可以理解為函數自身來調用自身，需要註意的是，Python中預設遞歸次數為999，雖然說我們可以通過設置來增加遞歸次數，但這顯然不是最理想的做法，因為我們打破了Python對系統的一種保護機制。因此，我們在使用遞歸函數時必須明確指定一個結束條件，以免造成對系統損壞。以下是一種簡單的遞歸函數：

# Author: Lucas w
def test(x):
    print(x)
    x-=1
    if x>0:
        return test(x)
test(5)

運行結果如下：

5
4
3
2
1

Process finished with exit code 0

瞭解完遞歸函數之後，進入最後一個知識點：高階函數。

所謂高階函數，就是將運演算法作為參數引入函數的定義中，通過以下例子，我們就可以直觀的看到。驗證程式如下：

# Author: Lucas w
def test(x,y,f):
    return f(x)+f(y)
res=test(1,-3,abs)
print(res)

運行結果如下：

4

Process finished with exit code 0

自此，我們對Python中函數的概念有了一個大致的瞭解，算作是小小的入門吧，畢竟只是瞭解了一些概念，隨著學習的深入，慢慢進步，共勉。

 


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