函数是Python编程中的核心概念之一，它允许你将代码组织成可重用的模块。本教程将带你全面了解Python函数的定义、使用和各种高级特性。

一、什么是Python函数？

函数是一段可重复使用的代码块，它接受输入（参数），执行特定任务，并返回结果。使用函数可以：

• 提高代码重用性
• 使程序模块化
• 简化复杂任务
• 提高代码可读性

二、定义和调用函数

1. 基本函数定义

使用def关键字定义函数：

# 定义一个简单的函数
def greet(name):
    """打印问候语"""
    print(f"你好, {name}!")
    
# 调用函数
greet("张三")  # 输出: 你好, 张三!

2. 函数结构解析

• def：定义函数的关键字
• greet：函数名（应使用小写字母和下划线）
• (name)：参数列表
• 三引号字符串：文档字符串（docstring），描述函数功能
• 函数体：缩进的代码块

三、函数参数详解

1. 位置参数

最常见的参数类型，按位置顺序传递：

def describe_pet(animal_type, pet_name):
    print(f"\n我有一只{animal_type}。")
    print(f"我的{animal_type}叫{pet_name}。")

describe_pet('狗', '旺财')

2. 关键字参数

直接指定参数名，不依赖顺序：

describe_pet(pet_name='旺财', animal_type='狗')

3. 默认参数

为参数提供默认值：

def describe_pet(pet_name, animal_type='狗'):
    print(f"\n我有一只{animal_type}。")
    print(f"我的{animal_type}叫{pet_name}。")

describe_pet(pet_name='旺财')  # 使用默认的animal_type='狗'

4. 可变参数(*args和**kwargs)

处理不确定数量的参数：

# *args 接收任意数量的位置参数
def sum_numbers(*args):
    total = 0
    for num in args:
        total += num
    return total

print(sum_numbers(1, 2, 3))  # 输出: 6

# **kwargs 接收任意数量的关键字参数
def build_profile(**kwargs):
    profile = {}
    for key, value in kwargs.items():
        profile[key] = value
    return profile

user = build_profile(name='张三', age=30, city='北京')
print(user)  # 输出: {'name': '张三', 'age': 30, 'city': '北京'}

四、返回值

使用return语句返回结果：

def get_formatted_name(first_name, last_name):
    """返回整洁的姓名"""
    full_name = f"{first_name} {last_name}"
    return full_name.title()

musician = get_formatted_name('jimi', 'hendrix')
print(musician)  # 输出: Jimi Hendrix

函数可以返回多个值（实际上是元组）：

def calculate(x, y):
    add = x + y
    subtract = x - y
    multiply = x * y
    divide = x / y
    return add, subtract, multiply, divide

results = calculate(10, 5)
print(results)  # 输出: (15, 5, 50, 2.0)

五、作用域

Python中有两种作用域：

1. 局部变量

函数内部定义的变量，只在函数内部有效

2. 全局变量

函数外部定义的变量，在整个程序中都有效

x = 10  # 全局变量

def my_function():
    y = 5   # 局部变量
    global x
    x = 20  # 修改全局变量
    
my_function()
print(x)  # 输出: 20
print(y)  # 报错: NameError: name 'y' is not defined

六、Lambda函数

Lambda函数是一种小型匿名函数，用于简单操作：

# 语法: lambda arguments: expression
square = lambda x: x ** 2
print(square(5))  # 输出: 25

# 与map()函数配合使用
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
squared = list(map(lambda x: x**2, numbers))
print(squared)  # 输出: [1, 4, 9, 16, 25]

# 与filter()函数配合使用
even_numbers = list(filter(lambda x: x % 2 == 0, numbers))
print(even_numbers)  # 输出: [2, 4]

七、函数最佳实践

• 命名规范：使用小写字母和下划线（snake_case）
• 函数长度：尽量保持函数简短（不超过20行）
• 单一职责：一个函数只做一件事
• 文档字符串：为每个函数添加说明
• 避免全局变量：尽量使用参数和返回值
• 类型提示（Python 3.5+）：提高代码可读性

def calculate_circle_area(radius: float) -> float:
    """计算圆的面积
    
    参数:
        radius (float): 圆的半径
        
    返回:
        float: 圆的面积
    """
    PI = 3.14159
    return PI * radius ** 2

print(calculate_circle_area(5))  # 输出: 78.53975

总结

函数是Python编程的基石，掌握函数的定义、参数传递、作用域和高级用法对于编写高效、可维护的代码至关重要。本教程涵盖了Python函数的所有核心概念，通过实际代码示例展示了各种用法。多加练习，你将能够灵活运用函数来构建更复杂的程序！