5 августа 2008 в 16:14

Основы Python - кратко. Часть 5. Определение функций, основы.

• Python

Начав писать главу про ООП, понял что совсем забыл освятить такой большой и нужный раздел Пайтона как функции. Тема это большая и обширная, потому, чтобы не сильно растягивать паузу между уроками, решил разделить ее на 2 части. Сначала расскажу основы, потом уже углубленные особенности Пайтоновского функциестроения.

Функции в Пайтоне объявляются не просто, а очень просто. Вот пример самой простой:

Def empty_func(): pass
Начинается объявление с ключевого слова def, что как не сложно догадаться является сокращением от define. После него идет имя функции. После имени в круглых скобках задается список параметров, в данном случае отсутствующих.
Тело функции пишется с отступом со следующей строки. учтите, что в Пайтоне функции с пустым телом запрещены, потому в качестве тела приведенной выше функции используется «пустой оператор» pass.
Теперь рассмотрим пример посерьезнее.

Def safe_div(x, y): """Do a safe division:-) for fun and profit""" if y != 0: z = x / y print z return z else: print "Yippie-kay-yay, motherf___er!"
В этом примере есть несколько нововведений. первое, что бросается в глаза - это строка документации (docstring), идущая сразу после тела функции.
Обычно эта строка занимает не одну строку исходного текста (простите за каламбур) и потому задается в тройных кавычках. Она предназначена для описания функции, ее предназначения, параметров и т.п. Все хорошие ИДЕ умеют с этой строкой работать. Получить к ней доступ можно и из самой программы, используя свойство __doc__:

Print safe_div.__doc__
Этим свойством (да, да, именно свойством, в Пайтоне даже функции на самом деле - классы) удобно пользоваться во время сеансов работы интерактивной консоли.
>>> from ftplib import FTP >>> print FTP.__doc__ An FTP client class. To create a connection, call the class using these argument: host, user, passwd, acct These are all strings, and have default value "". Then use self.connect() with optional host and port argument. # дальнейшее почикано мною:-)
Вернемся к нашей исходной функции. Суть ее очень проста, она принимает 2 параметра: х и у. Если у не равен 0, она делит х на у, выводит результат на экран и возвращает свое частное в виде результата. Результат функции возвращают с помощью команды return. Благодаря механизму кортежей, описанному в прошлом уроке, функции в Пайтоне могут возвращать одновременно множество объектов.
Если же делитель все-таки равен нулю, функция выводит сообщение об ошибке. Неверно было бы предположить что в этом случае функция ничего не вернет. Правильнее будет сказать что функция вернет «ничего»:) Иначе говоря, если в функции отсутствует оператор return, или же он вызван без параметров, то функция возвращает специальное значение None. В этом легко убедиться вызвав что-то типа print safe_div(10, 0).

Вот пример слегка посложнее, он взят из доклада-презентации Гвидо ван Россума.

Def gcd(a, b): "Нахождение НОД" while a != 0: a,b = b%a,a # параллельное определение return b
Данная функция находит наибольший общий делитель двух чисел.

В общем, следует учитывать, что параметры в функции Пайтоном передаются по ссылке. Еще одним, возможно нетривиальным фактом к которому придется привыкать - является тот факт что сами функции являются значением, которое можно присваивать. Если воспользоваться нашей функцией safe_div для дальнейших экспериментов, то можно написать следующий код.

Mystic_function = safe_div print mystic_function(10, 4)
Вот на этот раз и все, «за бортом» осталось еще много аспектов определения функций в Пайтоне, которые будут освещены в следующий раз.

Упражнения для проверки.
1. На основе существующей функции нахождения НОД, напишите функцию поиска НОК двух чисел.
2. Напишите подпрограмму табулирования функции, переданной в качестве аргумента. Так же аргументами задается начальное, конечное значение и шаг табуляции.

PS кстати, каков оптимальный объем «урока»? Что лучше - реже выходящие большие главы, или «лучше меньше да чаще».

В этой статье я планирую рассказать о функциях, именных и анонимных, инструкциях def, return и lambda, обязательных и необязательных аргументах функции, функциях с произвольным числом аргументов.

Именные функции, инструкция def

Функция в python - объект, принимающий аргументы и возвращающий значение. Обычно функция определяется с помощью инструкции def .

Определим простейшую функцию:

def add (x , y ): return x + y

Инструкция return говорит, что нужно вернуть значение. В нашем случае функция возвращает сумму x и y.

Теперь мы ее можем вызвать:

>>> add (1 , 10 ) 11 >>> add ("abc" , "def" ) "abcdef"

Функция может быть любой сложности и возвращать любые объекты (списки, кортежи, и даже функции!):

>>> def newfunc (n ): ... def myfunc (x ): ... return x + n ... return myfunc ... >>> new = newfunc (100 ) # new - это функция >>> new (200 ) 300

Функция может и не заканчиваться инструкцией return, при этом функция вернет значение :

>>> def func (): ... pass ... >>> print (func ()) None

Аргументы функции

Функция может принимать произвольное количество аргументов или не принимать их вовсе. Также распространены функции с произвольным числом аргументов, функции с позиционными и именованными аргументами, обязательными и необязательными.

>>> def func (a , b , c = 2 ): # c - необязательный аргумент ... return a + b + c ... >>> func (1 , 2 ) # a = 1, b = 2, c = 2 (по умолчанию) 5 >>> func (1 , 2 , 3 ) # a = 1, b = 2, c = 3 6 >>> func (a = 1 , b = 3 ) # a = 1, b = 3, c = 2 6 >>> func (a = 3 , c = 6 ) # a = 3, c = 6, b не определен Traceback (most recent call last): File "", line 1, in func(a=3, c=6) TypeError : func() takes at least 2 arguments (2 given)

Функция также может принимать переменное количество позиционных аргументов, тогда перед именем ставится *:

>>> def func (* args ): ... return args ... >>> func (1 , 2 , 3 , "abc" ) (1, 2, 3, "abc") >>> func () () >>> func (1 ) (1,)

Как видно из примера, args - это из всех переданных аргументов функции, и с переменной можно работать также, как и с кортежем.

Функция может принимать и произвольное число именованных аргументов, тогда перед именем ставится **:

>>> def func (** kwargs ): ... return kwargs ... >>> func (a = 1 , b = 2 , c = 3 ) {"a": 1, "c": 3, "b": 2} >>> func () {} >>> func (a = "python" ) {"a": "python"}

В переменной kwargs у нас хранится , с которым мы, опять-таки, можем делать все, что нам заблагорассудится.

Анонимные функции, инструкция lambda

Анонимные функции могут содержать лишь одно выражение, но и выполняются они быстрее. Анонимные функции создаются с помощью инструкции lambda . Кроме этого, их не обязательно присваивать переменной, как делали мы инструкцией def func():

>>> func = lambda x , y : x + y >>> func (1 , 2 ) 3 >>> func ("a" , "b" ) "ab" >>> (lambda x , y : x + y )(1 , 2 ) 3 >>> (lambda x , y : x + y )("a" , "b" ) "ab"

lambda функции, в отличие от обычной, не требуется инструкция return, а в остальном, ведет себя точно так же:

>>> func = lambda * args : args >>> func (1 , 2 , 3 , 4 ) (1, 2, 3, 4)

Быстрая навигация:
1.31 Списки - массивы. Первое знакомство. 1.30 Функции которые возвращают результат - return 1.29 Подпрограммы: функции и процедуры в Питоне 1.28 Преобразование типов данных - int() 1.27 Ввод данных с клавиатуры - input() 1.26 Типы и размеры данных 1.25 Цикл с предусловием - while. Числа Фибоначчи 1.24 Измерение длины строки, списки 1.23 Срезы строк - вывод определенного количества символов из имеющегося текста 1.22 Строки и управляющие символы 1.21 Системные ошибки в процессе отладки программы 1.20 Оператор ветвления - if, комментарии 1.19 Вывод на печать - print(), быстрый ввод данных, округление, комментарии 1.18 Типы программирования. Часть 2. Объектно-ориентированное программирование 1.17 Типы программирования. Часть 1. Структурное программирование. Циклы 1.16 Представление символьной информации - ASCII 1.15 Деление двоичных чисел 1.14 Математические операции с двоичными числами 1.13 Как хранится и записывается информация. Биты и байты 1.12 Перевод целых чисел десятичной системы счисления в другую систему 1.11 Перевод целых чисел из шестнадцатеричной системы счисления в десятичную 1.10 Перевод целого двоичного числа в шестнадцатеричное 1.9 Перевод целого двоичного числа в другую систему счисления 1.8 Системы счисления 1.7 Булевая алгебра. Логические выражения 1.6 Базовые понятия. Часть 3 - Числа, выражения, операнды, знаки операций 1.5 Базовые понятия. Часть 2 - Программа, данные 1.4 Базовые понятия. Часть 1 - Задача и алгоритм 1.3 Среда разработки СИ 1.2 История языков программирования 1.1 Введение

При написании программ в любом языке программирования необходимо стремиться к написанию компактных кодов, чтобы можно было легко ориентироваться в самом коде.
Бывает что реализовать таким образом свой код не представляется возможным и, зачастую, программный код выглядит как нескончаемой длинны свиток древнего документа, который занимает 10 - 15 экранов монитора по вертикали...
Конечно же разобраться в такой программе бывает крайне сложно самому автору такого творения.

В этом случае на помощь программисту приходит возможность разбиения кода программы на подпрограммы .

Подпрограмма - это некая законченная программа, но не самостоятельная.
Она вызывается из какой то программы более высокого уровня только для выполнения того или иного действия.

Как это выглядит на практике?
К примеру в какой то очень большой программе вам необходимо произвести (мы с вами уже рассматривали алгоритм его работы).
И вместо того, чтобы в этом большом программном коде каждый раз писать еще и код для расчета чисел Фибоначчи, мы просто выносим его в отдельный файл. Это и будет подпрограмма.
Тогда в том месте где должен производиться необходимый расчет этих чисел мы вставляем лишь некое указание на то, чтобы в этом месте была вызвана наша подпрограмма.

В этом случае программный код значительно уменьшается в объеме и разобраться в работе программы будет намного легче.

В разных языках программирования такие подпрограммы называются:

Процедурами или
- функциями

В языке СИ такие подпрограммы называются функциями.

Кстати мы с вами уже применяли функции на практике!
Например мы с вами использовали ВСТРОЕННЫЕ в интерпретатор функции:

Print() - для вывода данных на печать неких параметров, которые были заключены в круглые скобки
- str() - для преобразования данных к строковому типу. Именно ее предварительно запускает функция print()
- int() - для преобразования данных к целому числу
- float() - для преобразования целых чисел в дробный тип
- round() - для округления некоего значения
и т.п.

Итак.
Для вызова функции достаточно набрать ее имя и в скобках перечислить требуемые параметры (аргументы) которые мы хотим передать в данную функцию.

Но было бы совсем неинтересно, если бы у нас не было возможности создавать свои собственные функции для выполнения тех или иных задач.
Что касается Питона, то в нем существует специальный оператор определения функции, имеющий следующий синтаксис:

def ИМЯ_ФУНКЦИИ(СПИСОК_ПАРАМЕТРОВ):
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ_ВЫРАЖЕНИЙ

Имена функций следует подбирать также, как и имена переменных - по тем же правилам: имя должно начинаться с латинской буквы.
- В списке параметров находятся некие значения, которые передаются в функцию. Эти параметры перечисляются через запятую.

В Питоне для определения функции первым параметром пишется служебное слово def (заголовок функции) (от define - определить) - этим мы указываем, что будем вызывать функцию.
Заголовок функции после закрывающей круглой скобки заканчивается двоеточием (в Питоне) и далее следуют необходимые выражения начинающиеся со смещения относительно начала строки (используется как правило клавиша TAB).

Возвращаясь к расчету чисел Фибоначчи рассмотрим на его примере работу вызова функции.
Мы возьмем еще один вариант расчета чисел Фибоначчи, который не рассматривали ранее.
Он основан на параллельном присваивании значений переменным.

Def fib(n): a, b = 0, 1 while a < n: print(a, end = " ") a, b = b, a + b print()

Если вкратце, то строка:
a, b = 0, 1
означает запись (но не полностью эквивалентна ей):
a = 0 b = 1

А строка
a, b = b, a + b
означает запись:
a = b b = a + b

Рассмотрим код по строкам:

1
def fib(n):
- определить (def ) функцию по имени fib с параметрами (аргументами) указанными в круглых скобках которые мы хотим передать в эту самую функцию по имени fib .
Т.е. в качестве параметра n мы будем передавать значение для которого будет производиться расчет. Это число будет передаваться в нашу функцию в качестве аргумента.

После двоеточия вводимые данные в интерпретаторе Python печатаются с отступом. Это говорит о том, что эти данные имеют непосредственное отношение к данной функции.

2
a, b = 0, 1
Инициализируем переменные соответствующими значениями:
a = 0 b = 1

3
while a < n:
Оператор цикла while - будет выполняться до тех пор, пока будет выполнено условие цикла a
Здесь также после двоеточия открывается новый блок имеющий НЕПОСРЕДСТВЕННОЕ отношение только к циклу.
Этот блок будет печататься после перевода строки с дополнительным отступом.

4
print(a, end = " ")
Выводим на печать данные переменной а и пробел после каждого витка цикла

5
a, b = b, a + b
Присваиваем переменным соответствующие значения:
a = b b = a + b
Для изменения исходных данных и продолжения работы расчета чисел Фибоначчи

6
print()

Обратите внимание на то, что данный print() нужно печатать ПОД while ... т.е. он уже относится не к телу цикла while , а к телу функции fib
Однако для чего нам нужен второй print() да еще и с пустыми скобками?

В данном случае это вывод пустой строки - сделать "отбивку" - перенос строки. А еще вернее, данная функция выводит на печать символ перевода строки.
В нашем случае можно и не использовать.

Итак мы определили функцию fib для расчета чисел Фибоначчи и она, как вы заметили - не работает.

Для того, чтобы она заработала необходимо ее ВЫЗВАТЬ и передать ей некий параметр для расчетов.
Вызываем нашу функцию и передаем в качестве аргумента значение 40 .
В результате мы должны получить расчет чисел Фибоначчи для всех чисел до 40 :

Печатаем в интерпретаторе Python:
fib(40)
Получаем:

0 1 1 2 3 5 8 13 21 34

Вы можете еще раз вызвать функцию fib() с другим параметром и точно также получите вывод необходимых данных.
Например введем
fib(400)
И получим:

0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377

Таким образом нашу функцию можно запускать необходимое количество раз.

Во многих языках программирования процедура и функция не синонимы и имеют отличия друг от друга.
Чем же они отличаются друг от друга в таких языках программирования?

Функция - возвращает значение
- Процедура - не возвращает значение

Поясним на примере:

Если мы можем использовать такую запись (только в качестве примера):
x = fib(n) - то это функция, она присваивает полученное значение переменной x (в данном случае переменной x ничего записано не будет)

Если же возможна только запись fib(n) - то это процедура.

Таким образом мы можем сказать, что наш пример является ПРОЦЕДУРОЙ.

Как в Питоне использовать наш код для расчета чисел Фибоначчи в качестве функции мы рассмотрим несколько позже...