[python筆記] 12. python的 function 是個好工具Blog 程式開發

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前言：

這個系列的筆記來到尾聲，這章主要筆記 function，在之前的筆記裡，有提到方法與函式幾乎是同一個東西，只是一個屬於物件，一個則是單純的函數。
函數對語言來說就是專職於某件事情的機器，就像打蛋器只負責打蛋，果汁機只負責榨汁。通常會將函數指定某項特定的功能，當需要使用該功能的時候，就可以直接呼叫函數。

那麼馬上就來認識函數。

閱讀時間：12 分鐘

認識函數

function 函式又或是函數。在我的觀念裡，它就是最簡單的系統，有輸入、輸出以及處理，因此撰寫函數就必須有這三部分，稱為定義函數。不過函數只有被定義，需要喚醒，而使用它的方式被稱為呼叫函數。

定義函數

想像程式檔案是一個房間，而函數就是房間裡的各種功能性設備，例如：電腦、書櫃、冷氣…，當你想為房間添加設備，打造一個功能，這個過程就是定義函數，增加函數的方式是透過 def 命令實現。

呼叫函數

再說一次，定義函數與呼叫函數是不同的。定義函數就是計畫書，呼叫函數才是真正執行計畫的行動。

函數在程式檔案裡只是程式的存在，就像沒有開機的電腦，靜靜地躺在你的房間，所以需要一些命令來讓它啟動，才會完成你的功能，而這樣的命令與文法，就是呼叫函數，呼叫函數的方式有很多種，一開始先知道最簡單也最常用的就好。
大部分語言呼叫函數的方式是使用函數名稱 + ()，python 也不例外，不過定義函數就有很多不一樣，以下就來看看 python的定義函數與呼叫方式。

python 使用 def 關鍵字來定義函數，而如同其他語言使用函數名稱 + () 呼叫函數。

# 定義函數
def print_hello_twice():
    print("Hello")
    print("Hello")

# 呼叫函數
print_hello_twice()

使用參數與回傳值

函數包含輸入、輸出以及運算，這三部分都與資料相關，輸入的資料稱為參數( parameter )；輸出的資料稱為回傳值( return value )。
參數有一些不成文的規定，通常數量不會多於五個，認為當參數多了就容易造成混亂，使功能不明確。而回傳值就有硬性規定，最多只能夠有一個回傳值。可以想像函數就是果汁機，放入許多的水果、牛奶以及冰塊，最後只會生成果汁或冰沙。

那麼參數與回傳值是否都是必要的呢？這個依語言而定，python 認為這兩者都不是必要的，如同上面的範例，就都沒有使用到。因此來看一個都有使用的例子。

# 定義函數
def add(a,b):                     # a與b，都是參數
    if type(a)==type(b):
        return a+b                # a+b 的結果就是回傳值
    else:
        return "型態不同無法相加"  # 字串的文字內容就是回傳值

# 由於程式只會選 if 以及 else 其中一個路徑執行，所以程式裡雖然有兩個 return 都結果一定都是一個回傳值

# 呼叫函數
c=add(1,3)                   # 4
d=add("hello", " world")     # hello, world
e=add(1, "h")                # 型態不同無法相加

簡單的做一個加法運算函數，參數有兩個分別是 a 與 b ，回傳值根據判斷而有不同，但結果都只有一個。

了解函數的結構之後，再深入對於參數、變數以及回傳值進行一些了解。

函數的區塊與變數使用

讓我們再來複習一下區塊的概念，區塊就是一個獨立工作區，每個區塊裡的變數只屬於該區塊。
而函數的處理過程也是建立在新區塊之上，因此讓我們來看看不同區塊的變數，可以如何使用與傳遞。python 有一些很有趣的操作，一起來看看。
以下的例子要好好注意名詞：參數是參數，變數是變數，只有函數( ) 裡的，才可以被稱為參數。

關於參數

參數是將父區塊的資料，給子區塊(函數)來進行使用。看以下的例子：

a,b=1,2
def add_1(x,y):
    x=x+10000
    return x+y

print(add_1(a,b))  # 10003 呼叫函數(函數執行)時，會開闢一個新的空間(子區塊)來執行函數，執行結束後會回收子區塊
print(a)           # 1

從上面的例子，add_1 函數執行時，會由原本的父區塊產生子區塊，子區塊就是執行函數的空間。這個空間裡，有來自父區塊的資料 a 與 b ，是透過參數的方式進入子區塊的( 變數a -> 參數x )。

當 add_1函數執行結束後，會回收子區塊空間，這時我們發現變數 a ，雖然在子區塊裡作為參數 x ，經過 x=x+10000 的運算，卻沒有影響其在父區塊空間的值。因此我們可以想作，函數的參數就像是跟父區塊借了一張白紙，秉持著「有借有還，再借不難」的心態，當函數想要在白紙上畫畫時，為了還給父區塊乾淨的白紙，會選擇依樣畫葫蘆另外做一張白紙，而畫的顏料都塗在新白紙上，最後還回去的就會是原本的那張乾淨白紙。

而為了簡單化這個過程，程式的處理方式是這樣的：
在借給子區塊時，會將變數a 丟給參數b，當函數要改變參數b，就會在自己的空間製造一個變數b ，之後所有的操作都會以變數b 進行，因此結束後變數b 的資料即使被改了，也不影響原本的參數b。

但是，所有的參數都是這樣嗎？好像有一些例外存在！
你可能開始疑惑，到底是怎樣？我們馬上來看下一個例子。

c=[1,2,3]
def add_2(z):
    z[0] = z[0]+1000
    return z[0]+z[1]
print(add_2(c))       # 10003 呼叫函數(函數執行)時，會開闢一個新的空間(子區塊)來執行函數，執行結束後會回收子區塊
print(c[0])           # 10001

從上面的例子，add_2 函數執行時，一樣會由原本的父區塊產生子區塊作為執行函數的空間。這個空間裡，只有來自父區塊的資料 list c ，一樣也是透過參數的方式進入子區塊的。

不過意外的是，list c 序列 0 (c[0]) 在函數裡作為 z[0]，經過函數的處理之後，回到父區塊居然仍保持被處理的樣子，那這又是怎麼一回事呢？
這就是 python 有趣的地方，因為變數c 的 list 其實是一個大空間的入口( 只有大空間才可以裝入很多資料 )，一樣的秉持「有借有還，再借不難」的心態，當函數想要改變參數的資料時，複製了參數z ，但沒想到的是兩個空間入口居然通向相同的空間，所以當函數更改資料時，也就改了空間裡的資料。

總結兩個例子，函數是個禮貌卻有大神經的人，當函數要改變資料的時候，就會去將資料進行複製來使用，但卻沒有仔細檢查複製的東西，是一張白紙還是一個神秘空間的入口。

python 將像是白紙的型別稱為 immutable 型別，不可變型別；而像是空間入口的型別稱為 mutable 型別，可變型別。

參數資料的型別	可變型別	不可變型別
型別有	`list` `Dictionary` `Set` `class`	`int` `float` `bool` `string` `tuple`
像是	空間入口	白紙
在函數中被修改時	父區塊的變數也被修改	父區塊的變數沒有影響

關於變數

變數是存在區塊中的資料，一般來說各區塊的資料互不相通，所以想要讓 function 能夠使用父區塊的變數，應該就要透過參數進行傳遞。我們來看，如果不使用參數傳遞，強制使用會怎樣？

x,y = 1,2

def sum():
    x=x+y
    return x

print(sum()) # UnboundLocalError: local variable 'x' referenced before assignment

沒有意外，你應該要得到一個 UnboundLocalError 的錯誤訊息，它在告訴你沒有找到與 x 變數關聯的資料。
不過再來看下面這個例子：

x,y = 1,2

def sum():
    return x+y

print(sum()) # 3

咦？怎麼又可以用了？你應該會出現這樣的疑問，這是 python 的機制之一，當子區塊使用的資料是讀取( readonly )時，子區塊沒有找到該變數，就會往上去找父區塊，找到就會取用它。如果父區塊也沒有，就會再往上找爺區塊，當壓根沒有爺區塊時，就會報錯表示沒有找到。

再來，一樣的也考慮一下，如果是 list ，有沒有可能會跟參數一樣，有不一樣的結果呢？所以我們繼續看下一段：

a = [1,2]

def sum():
    a[0]=a[0]+a[1]
    return a[0]

print(sum()) # 3
print(a[0]) # 3

哇！太神奇了！這又是怎麼回事？還記得前面我們把 list 稱為「可變型別」吧，那麼順著這個邏輯思考，當使用父區塊的變數發現是一張白紙，那麼函數害怕弄髒它，就不會去使用，但當發現是空間入口時，就會義無反顧的進去。

看到這裡，你可能已經發現一個秘密了：當面對可變變數的時候，無論它是作為參數還是父區塊變數使用，都會有一樣的結果。
所以有些工程師使用 python 時，當他希望他的資料肯定能夠隨著 function 做改變，且資料量大又沒那麼重要，就可能會選擇使用這樣的方式，又或是希望回傳的資料不止一個時，也會使用。

結語

這一次的筆記，因為比較多討論了參數與變數在函數的處理，也提到了兩個可能不是那麼容易明白的名詞：「可變型別」與「不可變型別」，所以可能需要多一點的時間消化，另外也想提醒，白紙與空間入口的說法在真正的程式底層，其實並不完全正確，為了好記又能清楚介紹，簡化了不少概念。如果對此有興趣，可以多去查相關資料，但建議你對於資料儲存有所了解在先，不然大機率可能會看得很辛苦。

那麼接下來，就只剩最後一節了，完成 module 後，幾乎已經入門 python ，可以開始自己的練習並往更進步的方向前進。

This article was written by 洋洋. Any similarities to other works are purely coincidental.