1. 函數(shù)到底解決了什么問題從一段重復代碼說起先聊點帶新人的體會。這兩年我陸陸續(xù)續(xù)帶過一些從零開始學Python的朋友發(fā)現(xiàn)大多數(shù)人并不是卡在語法本身而是卡在一個更基礎(chǔ)的問題上不明白函數(shù)這東西到底有什么用。很多人學def的時候覺得哦就是把一段代碼包起來但真到自己寫項目時幾十行腳本平鋪下來改一個需求要翻三個地方最后干脆復制粘貼改一處漏一處。最典型的場景就是數(shù)據(jù)處理。幾個朋友最初寫爬蟲時代碼長這樣price_text response.find(span, class_price).text price float(price_text.replace(￥, ).replace(,, )) if price 100: print(貴了)這段邏輯如果只在頁面上查一次價格沒問題。但爬蟲通常要爬幾十個商品同樣的清洗代碼就得復制幾十遍。等改需求把貨幣符號從￥換成USD你就得全局搜索替換稍不留神就漏掉一處。這種事情我當年干過不止一次每次都在心里罵自己當初為什么不寫個函數(shù)。1.1 一段邏輯出現(xiàn)了兩次以上就有必要封裝這里沒有很懸的理論判斷標準非常樸素一段邏輯只要出現(xiàn)兩次以上就有必要考慮封裝成函數(shù)。封裝之后調(diào)用方只需要關(guān)心輸入輸出不關(guān)心中間過程。就好比你用洗衣機只需要把衣服放進去、按開始不需要知道里面的電機怎么轉(zhuǎn)、水位傳感器怎么判斷水位。封裝成函數(shù)之后上面的價格清洗可以寫成這樣def parse_price(text): return float(text.replace(￥, ).replace(,, )) price parse_price(response.find(span, class_price).text)看著很簡單但好處是實打?qū)嵉摹Ｒ院筘泿欧栕兞酥恍枰膒arse_price一處的邏輯以后格式判斷規(guī)則復雜了也只需要在函數(shù)內(nèi)部加代碼。調(diào)用方一行都不用動。1.2 函數(shù)封裝的三個直接好處第一個好處是消除重復。代碼量減少出錯面也隨之減少這是最直觀的收益。第二個好處是隔離復雜度。函數(shù)內(nèi)部隨便你怎么寫只要保持參數(shù)和返回值穩(wěn)定外面的代碼就不會被影響。寫的時候腦子里有個邊界這個函數(shù)只負責把文本變成浮點數(shù)不負責判斷價格是否合理。邊界劃清楚了代碼就能拆成一塊塊獨立調(diào)試。第三個好處是可測試性。有了函數(shù)你可以在交互式環(huán)境里單獨驗證它 parse_price(￥1,299.00) 1299.0 parse_price($12.99)這個時候你就能發(fā)現(xiàn)——哦美元符號沒處理函數(shù)拋了ValueError。如果是平鋪的腳本你得把整個爬蟲跑起來才能發(fā)現(xiàn)這個問題。1.3 什么時候不值得抽函數(shù)話又說回來不是所有代碼都要抽函數(shù)。我見過一些朋友為了抽象而抽象三行代碼也要包一層函數(shù)結(jié)果整個項目里全是轉(zhuǎn)發(fā)型函數(shù)讀起來反而費勁。我的經(jīng)驗是三個判斷維度重復次數(shù)、邏輯復雜度、變化頻率。一段邏輯只出現(xiàn)一次、邏輯只有兩行、以后基本不變——這種情況完全沒必要抽函數(shù)。反過來說一段邏輯會出現(xiàn)多次、內(nèi)部狀態(tài)多、需求方經(jīng)常改——這種情況不抽函數(shù)就是給自己埋雷。2. def到return函數(shù)從定義到調(diào)用的完整執(zhí)行邏輯很多教程講函數(shù)上來就給你看語法什么def、參數(shù)、返回值列一遍看起來都認識但自己寫就懵。我后來發(fā)現(xiàn)真正的問題在于很多人不理解函數(shù)的執(zhí)行流程。函數(shù)不是隨便寫的一段帶名字的代碼它在Python里有非常明確的執(zhí)行機制。2.1 def是一個可執(zhí)行語句不是聲明先糾正一個很常見的誤解很多人以為def像C語言里的函數(shù)聲明一樣是告訴編譯器我要定義一個函數(shù)。實際上Python里的def是一條運行時執(zhí)行的語句。什么意思解釋器執(zhí)行到def那一行的時候會創(chuàng)建一個函數(shù)對象然后把這個對象綁定到def后面的名字上。舉個直觀的例子這段代碼能正常運行if True: def greet(): return hello else: def greet(): return world print(greet()) # hellodef寫在if分支里完全合法。因為def就是普通語句解釋器執(zhí)行到哪條就創(chuàng)建哪個函數(shù)。同理你可以在函數(shù)里面再定義函數(shù)這也是后面講閉包的基礎(chǔ)。順便提一句因為def是執(zhí)行語句函數(shù)對象在定義之后才存在。如果你在def之前去調(diào)用這個函數(shù)必然會得到NameError。這個順序問題很多新手踩過坑其實理解了def是運行時語句就不會再犯。2.2 調(diào)用的三個步驟壓棧、綁定參數(shù)、執(zhí)行函數(shù)體函數(shù)調(diào)用在Python里是這樣發(fā)生的。當解釋器執(zhí)行到greet(張三)這樣的表達式時它會在內(nèi)存中創(chuàng)建一塊新的命名空間也就是局部作用域把實參張三綁定到函數(shù)定義里的形參name上在這個新的命名空間里逐行執(zhí)行函數(shù)體代碼執(zhí)行完畢后銷毀這個命名空間把返回值如果有的話交給調(diào)用方整個過程可以想象成你打開一個便簽本在便簽本上寫函數(shù)內(nèi)部的草稿寫完撕下來帶走結(jié)果便簽本丟掉。函數(shù)內(nèi)部建立的變量在函數(shù)結(jié)束那一刻就沒了——這就是局部變量的本質(zhì)。2.3 return真正的含義結(jié)束函數(shù)并把值送回調(diào)用點return的作用有兩層。第一層是立即結(jié)束函數(shù)的執(zhí)行。函數(shù)體里不管后面還有多少代碼只要遇到return函數(shù)就結(jié)束了。第二層是把值傳回調(diào)用點。有一點需要注意如果函數(shù)體里沒有寫returnPython會隱式返回None。很多新手發(fā)現(xiàn)一個函數(shù)打印正常、賦值卻是None原因就在這里def add(a, b): result a b # 忘了寫 return result total add(1, 2) print(total) # None這是新手最容易踩的坑之一而且不太好排查因為看起來函數(shù)內(nèi)部一切正常。解決方案也簡單寫函數(shù)的時候先想清楚這個函數(shù)要對外提供什么結(jié)果然后確保所有分支都return了。2.4 函數(shù)定義的基本骨架一個完整的函數(shù)由四部分組成函數(shù)名、參數(shù)列表、函數(shù)體、返回值。函數(shù)名要能表達這段代碼做了什么參數(shù)列表是外部傳入的輸入函數(shù)體是處理邏輯返回值是對外提供的輸出。def 函數(shù)名(參數(shù)列表): 文檔字符串說明這個函數(shù)的功能 函數(shù)體 return 返回值文檔字符串這個東西我強烈建議養(yǎng)成習慣。不用寫很長兩三行就行說明函數(shù)做什么、參數(shù)是什么、返回什么。回頭過一個月再來看自己的代碼你就知道這玩意多值錢了。3. 參數(shù)傳遞的演化從位置參數(shù)到關(guān)鍵字參數(shù)到*args和**kwargs參數(shù)是函數(shù)和外部交互的窗口這塊學扎實了函數(shù)寫的才能靈活。很多教程把參數(shù)類型一口氣列出來看的人一頭霧水。我的建議是不要背按需求場景去理解。3.1 最簡單的場景位置參數(shù)最基礎(chǔ)的是位置參數(shù)調(diào)用時按順序傳值def profile(name, age, city): return f{name}{age}歲來自{city} print(profile(李雷, 25, 北京)) # 李雷25歲來自北京這種方式的缺點是調(diào)用時必須記住參數(shù)順序。如果profile定義是(name, city, age)調(diào)用方寫錯順序程序不一定報錯但結(jié)果就錯了。所以當參數(shù)數(shù)量多、順序容易混的時候就用關(guān)鍵字參數(shù)print(profile(name李雷, city北京, age25))關(guān)鍵字參數(shù)的好處是顯式寫明每個值的含義且不依賴順序。我給自己定了個習慣函數(shù)參數(shù)超過三個調(diào)用時一律用關(guān)鍵字參數(shù)。這不是強制規(guī)范但能減少很多低級錯誤。3.2 給參數(shù)一個默認值但不是所有參數(shù)都適合默認值參數(shù)的場景很容易理解大部分時候這個參數(shù)用一個值偶爾需要改。比如def connect(host, port3306): return f連接 {host}:{port}調(diào)用時可以只傳hostport用默認值也可以兩個都傳。但要注意默認值參數(shù)必須放在非默認參數(shù)后面。def connect(port3306, host)是語法錯誤因為Python沒法判斷調(diào)用connect(127.0.0.1)時傳的是哪個參數(shù)。3.3 吃過大虧的坑默認值不要用可變對象這是Python函數(shù)定義里最有名的一個坑幾乎每個寫過一段時間Python的人都撞過?？催@個例子def add_item(item, items[]): items.append(item) return items你覺得兩次調(diào)用會返回什么直覺告訴你是[a]和[b]實際上第二次調(diào)用返回的是[a, b] add_item(a) [a] add_item(b) [a, b]原因是默認值是在def語句執(zhí)行時被創(chuàng)建一次之后所有調(diào)用共享同一個列表對象。每次調(diào)用append都是在同一個列表上操作。解決方案是習慣性的寫法——默認值設(shè)為None函數(shù)內(nèi)部再創(chuàng)建def add_item(item, itemsNone): if items is None: items [] items.append(item) return items我現(xiàn)在的規(guī)則是任何默認值只要是可變對象list、dict、set一律用None內(nèi)部創(chuàng)建的寫法。這不是強迫癥是為了不給自己埋雷。3.4 不確定參數(shù)個數(shù)怎么辦*args和**kwargs有時候你確實不知道調(diào)用方會傳多少個參數(shù)。比如實現(xiàn)一個求和函數(shù)def sum_all(*args): return sum(args) print(sum_all(1, 2, 3)) # 6 print(sum_all(1, 2, 3, 4, 5)) # 15*args會把所有傳入的位置參數(shù)收集成一個元組。**kwargs則收集關(guān)鍵字參數(shù)成一個字典def print_options(**kwargs): for key, value in kwargs.items(): print(f{key} {value}) print_options(debugTrue, levelINFO)*args和**kwargs最常見的用法是在封裝、擴展已有函數(shù)時。比如你想給一個現(xiàn)有的函數(shù)加日志但不想改它原本的參數(shù)簽名就可以用這兩個。4. return的秘密返回值的類型、多值返回與提前返回return是函數(shù)和外部世界的交接棒。很多函數(shù)寫不好不是因為邏輯復雜而是不明確這個函數(shù)到底對外提供什么。理清返回值函數(shù)的設(shè)計就順了一半。4.1 函數(shù)返回類型要穩(wěn)定這一點我想放在最前面強調(diào)。寫函數(shù)時最好保證同一個函數(shù)在正常情況下返回的類型是一致的。比如一個解析配置的函數(shù)要么返回字典要么返回None表示解析失敗不要有時候返回字符串有時候返回列表。返回類型不穩(wěn)定調(diào)用方就得寫一堆isinstance判斷代碼質(zhì)量直線下降。Python雖然沒有靜態(tài)類型檢查但習慣上可以在函數(shù)簽名里標注返回類型def parse_price(text: str) - float: 把價格文本轉(zhuǎn)成浮點數(shù) return float(text.replace(￥, ).replace(,, ))類型標注不會強制檢查但對閱讀代碼的人幫助極大?？吹? float調(diào)用方就知道這個函數(shù)返回浮點數(shù)不用去翻函數(shù)體。4.2 返回多個值其實是返回一個元組Python的函數(shù)能不能返回多個值語法上可以def get_user(): name 李雷 age 25 return name, age user_name, user_age get_user()看起來像返回了兩個值本質(zhì)上是返回了一個元組(李雷, 25)然后調(diào)用方用解包的方式分別賦值。這是一種非常Pythonic的寫法適合返回少量、彼此相關(guān)的值。但如果要返回的值超過三個我的建議是使用命名元組或字典否則調(diào)用方很容易搞混順序from collections import namedtuple User namedtuple(User, [name, age, email]) def get_user(): return User(李雷, 25, lileiexample.com) user get_user() print(user.name) # 比 user[0] 可讀性強多了4.3 提前return防御式編程的利器return不僅僅用來返回結(jié)果它還是個控制流工具。當一個函數(shù)有很多前置條件時用提前return可以讓代碼層級從深嵌套變成平鋪。舉個例子下面是“嵌套地獄”的風格def process_data(data): if data is not None: if len(data) 0: result analyze(data) if result is not None: return result return None用提前return重寫def process_data(data): if data is None: return None if len(data) 0: return None result analyze(data) if result is None: return None return result兩種寫法結(jié)果一樣但第二種明顯更容易讀懂和修改。每增加一個條件就加一個ifreturn不需要把新邏輯嵌到已有的縮進里去。提前return讓非法路徑先走合法路徑留在最后這是我很推薦的一種風格。4.4 不寫return的函數(shù)也能影響外部嗎有一種特殊情況函數(shù)內(nèi)部不寫return但通過修改傳入的可變對象來輸出結(jié)果。這種用法并不少見比如往傳入的list里添加元素def add_tags(tags, new_tag): tags.append(new_tag) my_tags [python] add_tags(my_tags, 函數(shù)) print(my_tags) # [python, 函數(shù)]函數(shù)沒有返回任何東西但外部變量被改了。這不算錯誤但隱式的副作用會讓代碼難排查——調(diào)用方很難看出變量是否被修改。我的建議是如果一個函數(shù)會修改傳入的可變對象名字里最好體現(xiàn)出來比如add_tag_to_list調(diào)用方看到名字就知道它動手了。能通過返回值表達的邏輯盡量用返回值少用副作用。5. 全局還是局部作用域規(guī)則如何決定變量的命運函數(shù)里能訪問哪些變量不能訪問哪些變量這個規(guī)則不搞清楚寫出來的代碼就是薛定諤的Bug——看起來偶爾正常偶爾報NameError讓人摸不著頭腦。5.1 LEGB規(guī)則Python查找變量的順序Python在函數(shù)內(nèi)部查找一個變量時按這個順序去找局部作用域Local→ 嵌套函數(shù)的外層作用域Enclosing→ 全局作用域Global→ 內(nèi)置作用域Built-in。這就是LEGB規(guī)則。舉個例子x 全局 # 全局作用域 def outer(): x 外層 # Enclosing作用域 def inner(): x 內(nèi)層 # Local作用域 print(x) inner() outer() # 內(nèi)層如果inner里沒有定義x它會向外層找外層沒有再找全局全局沒有就去內(nèi)置作用域找比如len、print這類內(nèi)置函數(shù)。一路找不到就拋NameError。5.2 一個讓很多人懵掉的現(xiàn)象局部變量遮蔽全局變量看這段代碼count 10 def show_count(): count 20 print(count) show_count() # 20 print(count) # 10函數(shù)內(nèi)的count 20創(chuàng)建了一個新的局部變量和外面的全局count無關(guān)。函數(shù)結(jié)束后局部count銷毀外面的count還是10。這就是“遮蔽”——局部變量把全局變量擋住但只在自己這一畝三分地里擋住。很多初學者會誤以為函數(shù)內(nèi)修改全局變量全局就變了其實不然。只有在函數(shù)內(nèi)顯式聲明global才能修改全局變量count 10 def change_count(): global count count 20 change_count() print(count) # 205.3 UnboundLocalError一個極其迷惑的報錯比5.2更坑的是這個場景count 10 def show_count(): print(count) # 報錯 count 20這行print(count)會拋UnboundLocalError它不去讀全局的10。原因是Python在編譯函數(shù)的時候發(fā)現(xiàn)函數(shù)體里有count 20這個賦值語句于是把count標記為局部變量。局部變量在賦值之前使用就是未綁定所以報錯。解決方式就是5.2里說的用global聲明或者換個局部變量名不要和全局變量重名。這個報錯的迷惑性在于它不像NameError那樣容易理解很多人會想count不是定義在外面了嗎為什么不能用理解了Python按賦值語句判斷局部性這個機制就不會再被它絆住了。5.4 nonlocal嵌套函數(shù)中修改外層變量global解決的是函數(shù)內(nèi)修改全局變量的問題nonlocal解決的是嵌套函數(shù)里修改外層函數(shù)局部變量的問題def outer(): total 0 def inner(): nonlocal total total 1 return total return inner counter outer() print(counter()) # 1 print(counter()) # 2這里inner通過nonlocal聲明表示total是外層函數(shù)的變量允許修改。如果不加nonlocaltotal 1會報UnboundLocalError和5.3是一個道理。nonlocal是學習閉包時的關(guān)鍵一環(huán)但也別濫用——嵌套層級太深了代碼讀起來也費勁。6. 函數(shù)也是對象嵌套、傳遞、lambda和高階函數(shù)進入這個部分函數(shù)就不只是執(zhí)行的代碼段了它變成了一種可以操作的數(shù)據(jù)。這個思維轉(zhuǎn)變很重要很多編程技巧都建立在這個基礎(chǔ)之上。6.1 函數(shù)是一等公民意味著什么在Python里函數(shù)和整數(shù)、字符串一樣是對象。對這個函數(shù)對象你可以賦值給變量、放進列表、作為參數(shù)傳給另一個函數(shù)、作為返回值從函數(shù)里出來。def add(a, b): return a b my_func add # 賦值不帶括號 print(my_func(3, 5)) # 8不帶括號的add引用的是函數(shù)對象本身帶括號的add(3, 5)是在調(diào)用這個函數(shù)并得到結(jié)果。這個區(qū)別是理解函數(shù)可以當參數(shù)的關(guān)鍵。6.2 高階函數(shù)函數(shù)作為參數(shù)和返回值接收函數(shù)作為參數(shù)或者返回函數(shù)的函數(shù)統(tǒng)稱高階函數(shù)。最典型的例子是sorted的key參數(shù)students [ {name: 李雷, score: 85}, {name: 韓梅梅, score: 92}, ] students.sort(keylambda s: s[score])這里的key接收一個函數(shù)sorted內(nèi)部會對每個學生調(diào)用這個函數(shù)用返回值作為排序依據(jù)。如果不理解函數(shù)可以作為參數(shù)傳遞你就沒法理解為什么key這里要寫一個函數(shù)。自己動手寫一個高階函數(shù)也很簡單def run_twice(func, value): return func(func(value)) def add_one(x): return x 1 print(run_twice(add_one, 5)) # 76.3 lambda一句話寫一個匿名函數(shù)lambda是一種簡化寫法適合函數(shù)邏輯非常簡單、不需要名字的時候。比如上面sort例子里lambda s: s[score]等價于def get_score(s): return s[score]lambda的語法是lambda 參數(shù): 表達式。注意lambda只能寫一行表達式不能寫多條語句。如果你發(fā)現(xiàn)lambda寫得太復雜說明這個場景不該用lambda老老實實def一個具名函數(shù)可讀性更好。6.4 裝飾器高階函數(shù)最經(jīng)典的應用理解了函數(shù)可以作為參數(shù)和返回值裝飾器就順理成章了。裝飾器的本質(zhì)是給函數(shù)增加額外功能但不修改函數(shù)本身的代碼def my_decorator(func): def wrapper(*args, **kwargs): print(調(diào)用前) result func(*args, **kwargs) print(調(diào)用后) return result return wrapper my_decorator def say_hello(): print(你好) say_hello()這里的my_decorator只是語法糖它等價于say_hello my_decorator(say_hello)。裝飾器接收原函數(shù)返回一個新的wrapper函數(shù)原來的say_hello名字被重新綁定到wrapper上。調(diào)用say_hello時真正執(zhí)行的是wrapperwrapper內(nèi)部再調(diào)用原函數(shù)。寫裝飾器的時候wrapper用*args和**kwargs接收所有參數(shù)就能兼容任何原函數(shù)。這是*args和**kwargs使用頻率最高的場景之一。7. 從TypeError到NameError把最常見的函數(shù)報錯一次講清最后這部分整理一些我在教學和代碼評審中反復看到的函數(shù)相關(guān)報錯。這些錯誤每個都有人踩過把報錯信息和原因記住自己能省不少排查時間。7.1 調(diào)用時參數(shù)數(shù)量不匹配TypeErrordef greet(name, age): print(f{name} {age}) greet(李雷) # TypeError: greet() missing 1 required positional argument: age這個報錯最好處理要么補齊參數(shù)要么給age一個默認值。還有一種情況是傳多了greet(李雷, 25, 北京)報錯是takes 2 positional arguments but 3 were given。如果你不確定函數(shù)簽名可以交互式環(huán)境里用help(greet)查看。7.2 UnboundLocalError和NameError作用域問題UnboundLocalError在5.3里已經(jīng)詳細講過了這里補充一個容易混淆的場景函數(shù)內(nèi)訪問了一個不存在的全局變量名。比如def show(): print(name) # NameError: name name is not definedNameError是變量從頭到尾就沒綁定過UnboundLocalError是變量被標記為局部但賦值之前就用了。兩個報錯看著像根因完全不同。排查方法先看函數(shù)體內(nèi)有沒有同名變量的賦值語句。有就是UnboundLocalError沒有就是NameError。7.3 返回值使用不當把打印當返回這個錯太常見了我再強調(diào)一次def add(a, b): print(a b) # 打印不是返回 result add(1, 2) print(result) # None區(qū)別在于print是把結(jié)果輸出到控制臺人能看到return是把結(jié)果交還給調(diào)用方程序能拿到。函數(shù)內(nèi)部可以用print調(diào)試但最終對外提供結(jié)果必須用return。如果看到函數(shù)算得對但拿到的是None優(yōu)先檢查是不是把print當成return了。7.4 函數(shù)調(diào)試的三個實用建議最后分享三個我實際調(diào)試函數(shù)時常用的方法都是笨辦法但很有效第一步先單獨測。在交互式環(huán)境里用一個具體輸入調(diào)用函數(shù)看返回值是否符合預期。不要在完整項目里調(diào)試函數(shù)那會引入太多干擾變量。第二步檢查邊界。測試數(shù)據(jù)不要只挑正常情況多試試空字符串、空列表、None、邊界數(shù)值。很多函數(shù)Bug都是邊界條件沒處理好。第三步加臨時打印。在函數(shù)入口打印參數(shù)、在關(guān)鍵節(jié)點打印中間值、在return前打印結(jié)果。定位到問題后再把print刪掉。雖然現(xiàn)在有各種調(diào)試器但臨時print依然是最直接的手段之一。我寫函數(shù)還有一個習慣每個函數(shù)盡量控制在一個屏幕能看完的長度。如果一個函數(shù)超過三十行通常意味著它做了好幾件事可以考慮拆分成幾個更小、更專注的函數(shù)。這樣每個函數(shù)都容易理解、容易測試組合起來的系統(tǒng)反而更穩(wěn)定。這算是這幾年寫Python、也帶人寫Python下來最值錢的一條經(jīng)驗了。