在上一章中，我们使用了 Python 提供的几个函数，比如 int 和 float，以及 math 模块提供的一些函数，如 sqrt 和 pow。在这一章中，你将学习如何创建自己的函数并运行它们。我们还将展示一个函数如何调用另一个函数。作为示例，我们将展示《蒙提·派森》歌曲的歌词。这些搞笑的例子展示了一个重要特性——编写自己函数的能力是编程的基础。
本章还介绍了一个新的语句——for 循环，它用于重复计算。
函数定义指定了一个新函数的名称以及在调用该函数时运行的语句序列。下面是一个例子：
def print_lyrics():
print("I'm a lumberjack, and I'm okay.")
print("I sleep all night and I work all day.") def 是一个关键字，表示这是一个函数定义。函数的名字是 print_lyrics。任何合法的变量名也是合法的函数名。
函数名后面的空括号表示该函数不接受任何参数。
函数定义的第一行叫做 头部，其余部分称为 函数体。头部必须以冒号结束，函数体必须缩进。按惯例，缩进通常使用四个空格。这个函数的体部分包含两个打印语句；通常，函数体可以包含任意数量的语句。
定义一个函数会创建一个 函数对象，我们可以像这样显示它。
print_lyrics <function __main__.print_lyrics()> 输出表明 print_lyrics 是一个不接受任何参数的函数。__main__ 是包含 print_lyrics 的模块名。
现在我们已经定义了一个函数，我们可以像调用内建函数一样调用它。
print_lyrics() I'm a lumberjack, and I'm okay.
I sleep all night and I work all day. 当函数运行时，它会执行函数体中的语句，这些语句会显示《伐木工歌》的前两行。
我们看到的一些函数需要参数；例如，当你调用 abs 时，你传递一个数字作为参数。一些函数需要多个参数；例如，math.pow 需要两个参数，一个是底数，另一个是指数。
这是一个接收参数的函数定义。
def print_twice(string):
print(string)
print(string) 括号中的变量名是一个 参数。当调用函数时，参数会被赋予实参的值。例如，我们可以这样调用 print_twice。
print_twice('Dennis Moore, ') Dennis Moore,
Dennis Moore, 运行这个函数的效果与将参数赋值给参数变量，然后执行函数体相同，如下所示。
string = 'Dennis Moore, '
print(string)
print(string) Dennis Moore,
Dennis Moore, 你也可以使用一个变量作为参数。
line = 'Dennis Moore, '
print_twice(line) Dennis Moore,
Dennis Moore, 在这个例子中，line 的值被赋给了参数 string。
一旦定义了一个函数，你就可以在另一个函数中使用它。为了演示，我们将编写打印《Spam 歌》歌词的函数(www.songfacts.com/lyrics/monty-python/the-spam-song)。
Spam，Spam，Spam，Spam，
Spam，Spam，Spam，Spam，
Spam，Spam，
（可爱的 Spam，神奇的 Spam！）
Spam，Spam，
我们从以下函数开始，它接受两个参数。
def repeat(word, n):
print(word * n) 我们可以使用这个函数来打印歌曲的第一行，像这样。
spam = 'Spam, '
repeat(spam, 4) Spam, Spam, Spam, Spam, 为了显示前两行，我们可以定义一个新的函数，使用repeat。
def first_two_lines():
repeat(spam, 4)
repeat(spam, 4) 然后像这样调用它。
first_two_lines() Spam, Spam, Spam, Spam,
Spam, Spam, Spam, Spam, 为了显示最后三行，我们可以定义另一个函数，这个函数同样使用repeat。
def last_three_lines():
repeat(spam, 2)
print('(Lovely Spam, Wonderful Spam!)')
repeat(spam, 2) last_three_lines() Spam, Spam,
(Lovely Spam, Wonderful Spam!)
Spam, Spam, 最后，我们可以通过一个函数将所有内容组合起来，打印出整首诗。
def print_verse():
first_two_lines()
last_three_lines() print_verse() Spam, Spam, Spam, Spam,
Spam, Spam, Spam, Spam,
Spam, Spam,
(Lovely Spam, Wonderful Spam!)
Spam, Spam, 当我们运行print_verse时，它调用了first_two_lines，而first_two_lines又调用了repeat，repeat则调用了print。这涉及了很多函数。
当然，我们本可以用更少的函数做同样的事情，但这个示例的重点是展示函数如何协同工作。
如果我们想显示多于一段的歌词，可以使用for语句。下面是一个简单的示例。
for i in range(2):
print(i) 0
1 第一行是以冒号结尾的头部。第二行是主体，需要缩进。
头部以关键字for开始，后面跟着一个名为i的新变量和另一个关键字in。它使用range函数创建一个包含两个值的序列，这两个值分别是0和1。在 Python 中，当我们开始计数时，通常是从0开始的。
当for语句运行时，它将range中的第一个值赋给i，然后在主体中运行print函数，显示0。
当程序执行到主体末尾时，它会回到头部，这就是为什么这个语句被称为循环。第二次进入循环时，它将range中的下一个值赋给i并显示出来。然后，由于这是range中的最后一个值，循环结束。
这是我们如何使用for循环打印歌曲的两段歌词。
for i in range(2):
print("Verse", i)
print_verse()
print() Verse 0
Spam, Spam, Spam, Spam,
Spam, Spam, Spam, Spam,
Spam, Spam,
(Lovely Spam, Wonderful Spam!)
Spam, Spam,
Verse 1
Spam, Spam, Spam, Spam,
Spam, Spam, Spam, Spam,
Spam, Spam,
(Lovely Spam, Wonderful Spam!)
Spam, Spam, 你可以在一个函数内部放置一个for循环。例如，print_n_verses接受一个名为n的参数，该参数必须是整数，并显示给定数量的诗句。
def print_n_verses(n):
for i in range(n):
print_verse()
print() 在这个例子中，我们没有在循环主体中使用i，但头部仍然需要有一个变量名。
当你在函数内部创建一个变量时，它是局部的，意味着它只在函数内部存在。例如，下面的函数接受两个参数，将它们连接起来并打印结果两次。
def cat_twice(part1, part2):
cat = part1 + part2
print_twice(cat) 这是一个使用它的示例：
line1 = 'Always look on the '
line2 = 'bright side of life.'
cat_twice(line1, line2) Always look on the bright side of life.
Always look on the bright side of life. 当cat_twice运行时，它会创建一个名为cat的局部变量，而该变量在函数结束时被销毁。如果我们尝试显示它，就会得到一个NameError：
print(cat) NameError: name 'cat' is not defined 在函数外部，cat是未定义的。
参数也是局部的。例如，在cat_twice外部，没有part1或part2这样的东西。
为了跟踪哪些变量可以在哪些地方使用，有时画一个堆栈图会很有用。像状态图一样，堆栈图展示了每个变量的值，但它们还展示了每个变量所属的函数。
每个函数都由一个框架表示。框架是一个外面写着函数名称、里面包含函数参数和局部变量的框。
这是上一个例子的堆栈图。
这些框架按照堆栈的顺序排列，表示哪个函数调用了哪个函数，依此类推。从底部开始，print由print_twice调用，print_twice由cat_twice调用，cat_twice由__main__调用——这是最上层框架的一个特殊名称。当你在任何函数外部创建一个变量时，它属于__main__。
在print的框架中，问号表示我们不知道参数的名称。如果你感到好奇，可以问虚拟助手：“Python 的 print 函数的参数是什么？”
当函数中发生运行时错误时，Python 会显示正在运行的函数的名称、调用它的函数的名称，依此类推，直到堆栈的顶部。为了看到一个例子，我将定义一个包含错误的print_twice版本——它试图打印cat，这是另一个函数中的局部变量。
def print_twice(string):
print(cat) # NameError
print(cat) 现在让我们来看一下运行cat_twice时会发生什么。
# This cell tells Jupyter to provide detailed debugging information
# when a runtime error occurs, including a traceback.
%xmode Verbose Exception reporting mode: Verbose cat_twice(line1, line2) ---------------------------------------------------------------------------
NameError Traceback (most recent call last)
Cell In[27], line 1
----> 1 cat_twice(line1, line2)
line1 = 'Always look on the '
line2 = 'bright side of life.'
Cell In[20], line 3, in cat_twice(part1='Always look on the ', part2='bright side of life.')
1 def cat_twice(part1, part2):
2 cat = part1 + part2
----> 3 print_twice(cat)
cat = 'Always look on the bright side of life.'
Cell In[25], line 2, in print_twice(string='Always look on the bright side of life.')
1 def print_twice(string):
----> 2 print(cat) # NameError
3 print(cat)
NameError: name 'cat' is not defined 错误信息包含一个追踪栈，显示了错误发生时正在运行的函数、调用该函数的函数等。在这个例子中，它显示了cat_twice调用了print_twice，并且错误发生在print_twice中。
追踪栈中函数的顺序与堆栈图中框架的顺序相同。正在运行的函数位于底部。
可能还不清楚为什么将程序划分为多个函数值得花费精力。这里有几个原因：
-
创建一个新函数让你有机会为一组语句命名，这使得程序更易于阅读和调试。
-
函数可以通过消除重复的代码使程序变得更小。以后，如果需要修改，你只需在一个地方做出更改。
-
将一个长程序拆分成多个函数可以让你逐个调试各个部分，然后将它们组合成一个完整的工作程序。
-
设计良好的函数通常对许多程序都有用。一旦你写并调试了一个函数，你可以重用它。
调试可能令人沮丧，但它也充满挑战、有趣，有时甚至是令人愉快的。而且它是你可以学习的最重要的技能之一。
从某种意义上说，调试就像侦探工作。你会得到线索，然后推测出导致你看到的结果的事件。
调试也像实验科学。一旦你对发生了什么有了一些想法，你就修改程序并再次尝试。如果你的假设是正确的，你就能预测修改的结果，并且离一个可用的程序更近一步。如果假设错了，你就得提出新的假设。
对某些人来说，编程和调试是同一回事；也就是说，编程是逐步调试程序，直到它按你想要的方式工作。这个想法是你应该从一个能正常工作的程序开始，然后逐步进行小的修改，并在修改时调试它们。
如果你发现自己花了很多时间调试，这通常是一个信号，说明你在开始测试之前写了太多的代码。如果你采取更小的步骤，你可能会发现自己能更快地前进。
function definition: 创建函数的语句。
header: 函数定义的第一行。
body: 函数定义内部的语句序列。
function object: 通过函数定义创建的值。函数的名称是一个引用函数对象的变量。
parameter: 在函数内部用于引用作为参数传递的值的名称。
loop: 一个运行一个或多个语句的语句，通常是重复的。
local variable: 在函数内部定义的变量，只能在函数内部访问。
stack diagram: 函数堆栈的图形表示，显示了它们的变量以及它们引用的值。
frame: 堆栈图中的一个框，表示一个函数调用。它包含该函数的局部变量和参数。
traceback: 当发生异常时打印的正在执行的函数列表。
# This cell tells Jupyter to provide detailed debugging information
# when a runtime error occurs. Run it before working on the exercises.
%xmode Verbose Exception reporting mode: Verbose 函数或for循环中的语句按照约定缩进四个空格。但并非所有人都同意这一约定。如果你对这一伟大的争论的历史感到好奇，可以让虚拟助手“告诉我关于 Python 中的空格和制表符”。
虚拟助手在编写小函数方面非常擅长。
-
请让你喜欢的虚拟助手“编写一个名为 repeat 的函数，它接收一个字符串和一个整数，并将该字符串打印指定的次数。”
-
如果结果使用了
for循环，你可以问：“能不能不用for循环？” -
从本章中任选一个其他函数，并请虚拟助手编写它。挑战在于准确描述函数，以便得到你想要的结果。使用你在本书中学到的词汇。
虚拟助手在调试函数方面也非常擅长。
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询问 VA，这个
print_twice版本有什么问题。def print_twice(string): print(cat) print(cat)
如果您在以下任何练习中遇到困难，请考虑向 VA 寻求帮助。
编写一个名为print_right的函数，它以名为text的字符串作为参数，并打印字符串，使得字符串的最后一个字母位于显示的第 40 列。
提示：使用len函数、字符串连接运算符（+）和字符串重复运算符（*）。
这里有一个示例展示它应该如何工作。
print_right("Monty")
print_right("Python's")
print_right("Flying Circus") Monty
Python's
Flying Circus 编写一个名为triangle的函数，它接受一个字符串和一个整数，并绘制一个具有给定高度的金字塔，由字符串的副本组成。这里有一个使用字符串'L'的 5 级金字塔的示例。
triangle('L', 5) L
LL
LLL
LLLL
LLLLL 编写一个名为rectangle的函数，它接受一个字符串和两个整数，并绘制一个具有给定宽度和高度的矩形，由字符串的副本组成。这里有一个宽度为5，高度为4的矩形的示例，由字符串'H'组成。
rectangle('H', 5, 4) HHHHH
HHHHH
HHHHH
HHHHH 歌曲“99 瓶啤酒”以这首诗歌开始：
墙上有 99 瓶啤酒
99 瓶啤酒
拿一个下来，传递它
墙上有 98 瓶啤酒
然后第二节是一样的，只是从 98 瓶开始，以 97 结束。歌曲会继续——很长时间——直到没有啤酒为止。
编写一个名为bottle_verse的函数，它以一个数字作为参数，并显示以给定数量的瓶子开头的诗句。
提示：考虑从能够打印诗歌的第一、第二或最后一行的函数开始，然后使用它来编写bottle_verse。
使用这个函数调用来显示第一节。
bottle_verse(99) 99 bottles of beer on the wall
99 bottles of beer
Take one down, pass it around
98 bottles of beer on the wall 如果你想打印整首歌，可以使用这个for循环，它从99数到1。你不必完全理解这个例子——我们稍后会更详细地了解for循环和range函数。
for n in range(99, 0, -1):
bottle_verse(n)
print() 版权所有 2024 年 Allen B. Downey
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