詳解Python的函數(shù)與異常
1. 函數(shù)
抽象是程序能夠被人理解的關(guān)鍵所在。程序應(yīng)非常抽象，如獲取用戶輸入構(gòu)造列表，查找列表中最大的值，并進(jìn)行打印：
list_a = get_input() max_value = max(list_a) print(max_value)
看到這些代碼，可以很容易這個程序是做什么的，至于這些操作的具體細(xì)節(jié)，將在獨立的函數(shù)中給出。
雖然我們并沒有具體講解過函數(shù)定義，但是我們已經(jīng)使用過Python?的內(nèi)置函數(shù)?print，input?等。函數(shù)可用于減少代碼重復(fù)，并使程序更易于理解和維護?？梢詫⒑瘮?shù)理解為一個“子程序”：函數(shù)本質(zhì)上是一個命名語句序列，可以通過引用函數(shù)名稱，在程序中的任何位置執(zhí)行這些指令。創(chuàng)建函數(shù)的代碼稱為“函數(shù)定義”，當(dāng)函數(shù)在程序中使用時，稱為函數(shù)被“調(diào)用”。
1.1 自定義函數(shù)
通過定義函數(shù)可以隱藏計算細(xì)節(jié)，函數(shù)定義需要一個函數(shù)名、一系列參數(shù)(也可以不使用參數(shù))以及一個函數(shù)體，函數(shù)也可以顯式地返回一個值，函數(shù)定義的一般形式如下所示：
def name_of_function(paramters):
body_of_function
例如編寫一個求圓面積的函數(shù)：
def area_of_circle(radius):
area = 3.14 * radius ** 2
return area
在這個函數(shù)定義中，def?是告訴?Python?要定義一個函數(shù)，函數(shù)名(這里為?area_of_circle?)用于函數(shù)后續(xù)的調(diào)用，函數(shù)名后的括號里是函數(shù)的形式參數(shù)列表。在這個函數(shù)中，radius?是唯一的形式參數(shù)，函數(shù)體可以是任何一段?Python?代碼，return?語句用于調(diào)用函數(shù)時返回一個值，只能用于函數(shù)體中，執(zhí)行?return?語句會結(jié)束對函數(shù)的調(diào)用。如果要調(diào)用?area_of_circle?函數(shù)，需要為其提供一個實際參數(shù)值，函數(shù)調(diào)用是一個表達(dá)式，表達(dá)式的值就是調(diào)用函數(shù)返回的值：
>>> area_of_circle(10) 314.0 >>> area = area_of_circle(10) >>> print(area) 314.0
函數(shù)被調(diào)用時，將執(zhí)行以下過程：
1.調(diào)用程序在函數(shù)調(diào)用點暫停執(zhí)行
2.函數(shù)形參獲得實參提供的值
3.執(zhí)行函數(shù)體中的代碼，直至遇到?return?語句，return?后面的表達(dá)式的值作為函數(shù)調(diào)用的值；或者直到函數(shù)體中沒有語句可以繼續(xù)執(zhí)行，這時函數(shù)返回的值為?None；
4.如果?return?后面沒有表達(dá)式，返回的值也為?None返回到函數(shù)被調(diào)用的點執(zhí)行之后的代碼
我們已經(jīng)知道，函數(shù)也可以不包含參數(shù)或返回值，例如以下簡單的函數(shù)示例：
def hello_world():
for i in range(3):
print('Hello World!')
調(diào)用此函數(shù)，將打印三行 ‘Hello World!'，且函數(shù)的返回值為?None：
>>> value = hello_world() Hello World! Hello World! Hello World! >>> print(value) None
1.2 函數(shù)與參數(shù)
編寫函數(shù)時，常常需要多個參數(shù)，那么不同參數(shù)是如何賦值的呢？在?Python?中，有兩種方法可以將形參綁定到實參。最常用的方法是使用位置參數(shù)，即第一個形參綁定到第一個實參，第二個形參綁定到第二個實參，以此類推；第二種方法是關(guān)鍵字參數(shù)，即形參根據(jù)名稱綁定到實參：
def inforname(name, sex, address):
print("My name is {}, my gender is {}, and my home address is {}.".format(name, sex, address))
以下幾種函數(shù)調(diào)用方式是等價的，其中第一種方式為位置參數(shù)，其他方法為關(guān)鍵字參數(shù)
inforname('panxiaohui', 'male', 'henan')
inforname('panxiaohui', address = 'henan', sex = 'male')
inforname('panxiaohui', 'male', address = 'henan')
inforname(address = 'henan', sex = 'male', name = 'panxiaohui')
關(guān)鍵字參數(shù)可以放在位置參數(shù)后，但位置參數(shù)不能放在關(guān)鍵字參數(shù)后：
>>> inforname('panxiaohui', sex = 'male', 'henan')
File "<stdin>", line 1
inforname('panxiaohui', sex = 'male', 'henan')
^
SyntaxError: positional argument follows keyword argument
前面我們在介紹?print?函數(shù)時，提到過可以使用可選參數(shù)?end?來改變?print?函數(shù)默認(rèn)換行的行為，可選參數(shù)是帶有默認(rèn)值的參數(shù)，通常和關(guān)鍵字參數(shù)結(jié)合使用，在函數(shù)調(diào)用時可以不為其賦值(此時將使用默認(rèn)值)，而不帶有默認(rèn)值的參數(shù)，在函數(shù)調(diào)用時則必須為其指定參數(shù)值。
首先編寫以下函數(shù)：
def special_number(start, end, step=1):
list_value = []
for i in range(start, end, step):
list_value.append(i)
return list_value
執(zhí)行函數(shù)調(diào)用：
>>> special_number(2,10) [2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9] >>> special_number(2,10, step=2) [2, 4, 6, 8] >>> special_number(2) Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 1, in <module> TypeError: special_number() missing 1 required positional argument: 'end'
1.3 函數(shù)與返回值
返回值是從函數(shù)發(fā)送信息到調(diào)用函數(shù)的程序部分的主要方式，函數(shù)還可以通過更改函數(shù)參數(shù)來與調(diào)用程序通信，這需要理解函數(shù)調(diào)用中使用的實參和形參之間的關(guān)系。
在函數(shù)中，盡管實參和形參的名稱是一樣的，但它們并不是同一個變量。每個函數(shù)都定義了一個命名空間，也稱為作用域，每次函數(shù)調(diào)用都將創(chuàng)建一個新的作用域：
def exponentiation(number, power):
power = power * 2
result = number ** power
number = result
def test_exponentiation():
n = 2
power = 5
exponentiation(n, power)
print(n, power)
調(diào)用函數(shù)，可以直觀的看出作用域的含義：
>>> test_exponentiation() 2 5
在函數(shù)內(nèi)使用的變量稱為局部變量(與之相對的是全局變量)。test_exponentiation()?函數(shù)的前兩行創(chuàng)建了名為?original?和?power?的兩個局部變量，它們的值分別為 2 和 5。 然后調(diào)用了?exponentiation()?函數(shù)。形參?number?和?power?被賦值為來自實參?original?和?power?的值。需要牢記一點，即使實參和形參的名稱都為?power，它們也是兩個獨立的變量，參數(shù)的賦值使?test_exponentiation()?函數(shù)中的變量?original?和?power?引用了實參的“值”：
執(zhí)行?exponentiation()?首先為其局部變量?power?賦一個新值，并創(chuàng)建一個新變量?result。然后，exponentiation()?為?number?賦值，讓它具有與?result?相同的值。雖然，現(xiàn)在?number?與?result?指向相同的值、并且修改了?exponentiation()函數(shù)中?power?變量，但這對?test_exponentiation()?函數(shù)中的變量?original?和?power?沒有影響：
exponentiation()?執(zhí)行完成后，控制返回到?test_exponentiation()，exponentiation()?中的局部變量被回收，test_exponentiation()?函數(shù)中的?original?和?power?仍分別指初始值。
綜上，Python?中函數(shù)的形參只接收實參的“值”，函數(shù)不能訪問保存實參的變量。因此，為形參分配新值對實參變量沒有影響，這是由于?Python?“按值”傳遞所有參數(shù)。一些編程語言(如 C++ )允許變量本身作為參數(shù)傳遞給函數(shù)，這種機制稱為“按引用”傳遞參數(shù)。當(dāng)變量按引用傳遞時，向形參分配新值實際上會更改調(diào)用程序中的參數(shù)變量的值。
由于?Python?不允許按引用傳遞參數(shù)，因此需要使用?return?語句返回修改后的值：
def exponentiation(number, power):
power = power * 2
result = number ** power
number = result
return number, power
def test_exponentiation():
original = 2
power = 5
original, power = exponentiation(original, power)
print(original, power)
執(zhí)行函數(shù)，查看輸出：
>>> test_exponentiation()
1024 10
2. 異常處理
程序編寫過程中，有兩種常見的錯誤：第一種時語法錯誤，例如編寫程序時縮進(jìn)出現(xiàn)問題、第二種問題是算法的邏輯錯誤，例如訪問不存在的變量、列表越界訪問等。后者通常稱為異常，為了處理這種情況，Python 提供了異常處理機制：
>>> x = [] >>> x[0] Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 1, in <module> IndexError: list index out of range
在?Python?中，異常狀態(tài)使用異常對象來表示，在遇到錯誤時引發(fā)異常。如果未處理異常對象，程序?qū)K止并顯示錯誤消息 (Traceback)。每種異常也都是不同異常類的實例(上一示例中異常是類 IndexError 的實例)，可以使用不同方式引發(fā)并捕獲這些實例，而不至于導(dǎo)致整個程序運行失敗。
2.1 raise 語句
可以使用?raise?語句來引發(fā)異常，并將類或?qū)嵗鳛閰?shù)。將類作為參數(shù)時，將自動創(chuàng)建一個實例，同時也可以添加錯誤消息提示：
>>> raise OSError
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
OSError
>>> raise OSError("can't open this file")
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
OSError: can't open this file
2.2 異常捕獲
當(dāng)程序發(fā)生異常時，也稱程序“拋出”異常。對異常進(jìn)行處理，通常稱為異常捕獲。為此，可使用?try/except?語句。例如，進(jìn)行除法運算時，如果用戶輸入了一個非零的除數(shù)，那么運算結(jié)果就會被打印出來。但是，如果用戶輸入了一個零作為除數(shù)，那么就會引發(fā)?ZeroDivisionError?異常：
>>> number_a = float(input('Please enter a number: '))
Please enter a number: 10.2
>>> number_b = float(input('Please enter another number: '))
Please enter another number: 0
>>> print(number_a / number_b)
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
ZeroDivisionError: float division by zero
使用?except?語句塊則可以“捕捉”這個異常，并且打印提示消息，然后通過對除數(shù)加一個很小的值確保其不為零，這意味著程序并不會終止，而是繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)語句：
>>> try:
... print(number_a / number_b)
... except:
... print('Divisor cannot be zero!')
... print('Add a small number to the divisor.')
... print(number_a / (number_b + 1e-8))
Divisor cannot be zero
Add a small number to the divisor
1019999999.9999999
如果需要捕獲多個異常，可以使用多個?except?子句，或者在一個元組中指定這些異常：
# 使用多個 except 子句
try:
number_a = input('Please enter a number:')
number_b = input('Please enter another number:')
print(float(number_a) / float(number_b))
except TypeError:
print("That wasn't a number!")
except ZeroDivisionError:
print('Divisor cannot be zero!')
# 使用元組指定異常
try:
number_a = input('Please enter a number:')
number_b = input('Please enter another number:')
print(float(number_a) / float(number_b))
except (ZeroDivisionError, TypeError):
print("You entered the wrong number!")
try/except?語句還有一個可選的?else?子句，如果使用這個子句，那么必須放在所有的?except?子句之后，else?子句在?try?子句沒有發(fā)生任何異常時執(zhí)行，例如在?try?語句中執(zhí)行除法運算，如果正確運算沒有發(fā)生異常，則執(zhí)行?else?部分，打印結(jié)果：
try:
number_a = input('Please enter a number:')
number_b = input('Please enter another number:')
result = float(number_a) / float(number_b)
except (ZeroDivisionError, TypeError):
print("You entered the wrong number!")
else:
print(result)
不把所有語句都放在?try?子句，而使用?else?子句，可以避免一些意料之外，而?except?又無法捕獲的異常。
2.3 finally 子句
finally?子句可以與?try?語句配套使用，可以在發(fā)生異常時執(zhí)行清理工作，不管?try?子句中是否發(fā)生異常，都將執(zhí)行?finally?子句：
result = None
try:
number_a = input('Please enter a number:')
number_b = input('Please enter another number:')
result = float(number_a) / float(number_b)
except (ZeroDivisionError, TypeError):
print("You entered the wrong number!")
else:
print(result)
finally:
del result
總結(jié)
本篇文章就到這里了，希望能夠給你帶來幫助，也希望您能夠多多關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容!
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