27 января 2009 в 14:49

Основы Python - кратко. Часть 6. Расширенное определение функций.

• Python

В этом разделе мы поговорим более подробно про определение функций, и раскроем некоторые Python-специфичные особенности данного процесса. Так как информации много, то постараюсь излагать все достаточно кратко.

Параметры по-умолчанию

Для всех параметров функций можно указывать значения по-умолчанию, это дает возможность вызвать функцию с меньшим числом параметров. Например, у нас есть функция для авторизации пользователя на сайте:
def login(username="anonymous", password=None): """Тут какие-то действия""" pass # вызвать эу функцию мы можем одним # из нижеприведенных способов login("root", "ujdyzysqgfhjkm") login("guest") login() # мы можем указать какой из параметров мы передаем, # указав его имя в явном виде login(password="[email protected]")

В общем, те параметры что есть – сопоставляются слева направо (если имя не указано конкретно), остальные заменяются значениями по-умолчанию (если они конечно заданы).
Важной особенностью в данном случае является то, что значения по-умолчанию вычисляются и ассоциируются только один раз – в момент объявления функции. Все вытекающие из этого недостатки наглядно продемонстрирует пример:
def_val = 2 def our_func(val = def_val): print val our_func(4) # выведет 4 our_func() # выведет 2 – значение по-умолчанию def_val = 12 our_func() # все равно 2, так как def_val было равно 2 на момент объявления
Более неприятное следствие из этого. Допустим, мы хотим объявить функцию, принимающую на вход список, что-то с ним делающую и печатающую его. Причем если список не задан, то по умолчанию он равен пустому.
Попытка сделать это «в лоб» будет работать не совсем так как хотелось бы:
In : def lister(lst = ): ...: lst.append() ...: print lst ...: In : lister() [] In : lister() [, ] In : lister() [, , ]
Собственно, проблема тут в том, что переменная lst будет ассоциирована с пустым списком один раз, и между вызовами будет сохранять свое значение.
В данном случае, правильно будет описать нашу функцию следующим образом (как рекомендуют все учебники):
In : def lister2(lst=None): ...: if lst is None: ...: lst= ...: lst.append() ...: print lst ...: In : lister2() [] In : lister2() [] In : lister2() ]
Данная функция как раз будет работать так как хотелось бы изначально.

Position и keyword аргументы.

Зачастую случается необходимость сделать функцию, которая обрабатывает неопределенное число параметров. Например функция расчета суммы элементов списка.
Мы конечно можем передавать все аргументы как один параметр типа list, но это выглядит некрасиво. Потому в Пайтоне был придуман специальный механизм, называемый position-arguments. Вот пример, демонстрирующий использование.
In : def list_sum(*args): ...: smm = 0 ...: for arg in args: ...: smm += arg ...: return smm ...: In : list_sum(1, 2, 3) Out: 6 In : list_sum(1) Out: 1 In : list_sum() Out: 0
В данном случае, все наши параметры «упаковываются» в список args в соответствии с их «порядковым номером» при передаче.
Возможна и обратная операция, допустим у нас есть список значений, и мы хотим передать их как список параметров функции:
In : lst = In : list(range(*lst)) Out:
В этом примере список lst был «распакован» и подставлен на место параметров функции range, то есть вызов был аналогичен:
In : list(range(1, 10, 2)) Out:
Кроме position, можно использовать и т.н. keyword аргументы. Они отличаются тем что для них надо явно задавать имя. Вот пример – функция, генерирующая insert выражение для базы данных (NB: максимальная оптимизация не ставилась в данном случае за самоцель).
def enquote1(in_str): """Quotes input string with single-quote""" in_str = in_str.replace(""", r"\"") return ""%s"" % in_str def enquote2(in_str): """Quotes input string with double-quote""" in_str = in_str.replace(""", r"\"") return ""%s"" % in_str def gen_insert(table, **kwargs): """Generates DB insert statement""" cols = vals = for col, val in kwargs.items(): cols.append(enquote2(col)) vals.append(enquote1(str(val))) cols = ", ".join(cols) vals = ", ".join(vals) return "INSERT INTO "%s"(%s) VALUES(%s);" % (table, cols, vals) print gen_insert("workers", name="John", age=21, salary=1500.0) params = {"name": "Mary", "age": 19, "salary": 1200.0} print gen_insert("workers", **params)
На выходе мы получим то что и ожидалось:
INSERT INTO "workers"("salary", "age", "name") VALUES("1500.0", "21", "John"); INSERT INTO "workers"("salary", "age", "name") VALUES("1200.0", "19", "Mary");
Обратите внимание на второй вызов функции gen_insert – так мы можем вызвать функцию имея только словарь параметров. Это применимо к любой функции. Так же возможны различные сочетания positional и keyword аргументов.

В качестве завершающего примера рассмотрим такую функцию:
def logging(func, *args, **kwargs): res = func(*args, **kwargs) print "calling %s, returned %r" % (func.__name__, res) return res def double(x): "Doubles a number" return 2*x print logging(double, 155)
Это – простейший способ отладки функции, мы как бы «оборачиваем» вызов одной функции другой что бы вывести промежуточную информацию.
Забегая вперед – скажу что в Пайтоне есть очень мощный инструмент для более удобного использования подобного рода «оборачивающих» функций, называемый декораторами, но про это позже.

На этом на сегодня все. Продолжение следует (либо мое, либо уважаемого

Быстрая навигация:
1.31 Списки - массивы. Первое знакомство. 1.30 Функции которые возвращают результат - return 1.29 Подпрограммы: функции и процедуры в Питоне 1.28 Преобразование типов данных - int() 1.27 Ввод данных с клавиатуры - input() 1.26 Типы и размеры данных 1.25 Цикл с предусловием - while. Числа Фибоначчи 1.24 Измерение длины строки, списки 1.23 Срезы строк - вывод определенного количества символов из имеющегося текста 1.22 Строки и управляющие символы 1.21 Системные ошибки в процессе отладки программы 1.20 Оператор ветвления - if, комментарии 1.19 Вывод на печать - print(), быстрый ввод данных, округление, комментарии 1.18 Типы программирования. Часть 2. Объектно-ориентированное программирование 1.17 Типы программирования. Часть 1. Структурное программирование. Циклы 1.16 Представление символьной информации - ASCII 1.15 Деление двоичных чисел 1.14 Математические операции с двоичными числами 1.13 Как хранится и записывается информация. Биты и байты 1.12 Перевод целых чисел десятичной системы счисления в другую систему 1.11 Перевод целых чисел из шестнадцатеричной системы счисления в десятичную 1.10 Перевод целого двоичного числа в шестнадцатеричное 1.9 Перевод целого двоичного числа в другую систему счисления 1.8 Системы счисления 1.7 Булевая алгебра. Логические выражения 1.6 Базовые понятия. Часть 3 - Числа, выражения, операнды, знаки операций 1.5 Базовые понятия. Часть 2 - Программа, данные 1.4 Базовые понятия. Часть 1 - Задача и алгоритм 1.3 Среда разработки СИ 1.2 История языков программирования 1.1 Введение

При написании программ в любом языке программирования необходимо стремиться к написанию компактных кодов, чтобы можно было легко ориентироваться в самом коде.
Бывает что реализовать таким образом свой код не представляется возможным и, зачастую, программный код выглядит как нескончаемой длинны свиток древнего документа, который занимает 10 - 15 экранов монитора по вертикали...
Конечно же разобраться в такой программе бывает крайне сложно самому автору такого творения.

В этом случае на помощь программисту приходит возможность разбиения кода программы на подпрограммы .

Подпрограмма - это некая законченная программа, но не самостоятельная.
Она вызывается из какой то программы более высокого уровня только для выполнения того или иного действия.

Как это выглядит на практике?
К примеру в какой то очень большой программе вам необходимо произвести (мы с вами уже рассматривали алгоритм его работы).
И вместо того, чтобы в этом большом программном коде каждый раз писать еще и код для расчета чисел Фибоначчи, мы просто выносим его в отдельный файл. Это и будет подпрограмма.
Тогда в том месте где должен производиться необходимый расчет этих чисел мы вставляем лишь некое указание на то, чтобы в этом месте была вызвана наша подпрограмма.

В этом случае программный код значительно уменьшается в объеме и разобраться в работе программы будет намного легче.

В разных языках программирования такие подпрограммы называются:

Процедурами или
- функциями

В языке СИ такие подпрограммы называются функциями.

Кстати мы с вами уже применяли функции на практике!
Например мы с вами использовали ВСТРОЕННЫЕ в интерпретатор функции:

Print() - для вывода данных на печать неких параметров, которые были заключены в круглые скобки
- str() - для преобразования данных к строковому типу. Именно ее предварительно запускает функция print()
- int() - для преобразования данных к целому числу
- float() - для преобразования целых чисел в дробный тип
- round() - для округления некоего значения
и т.п.

Итак.
Для вызова функции достаточно набрать ее имя и в скобках перечислить требуемые параметры (аргументы) которые мы хотим передать в данную функцию.

Но было бы совсем неинтересно, если бы у нас не было возможности создавать свои собственные функции для выполнения тех или иных задач.
Что касается Питона, то в нем существует специальный оператор определения функции, имеющий следующий синтаксис:

def ИМЯ_ФУНКЦИИ(СПИСОК_ПАРАМЕТРОВ):
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ_ВЫРАЖЕНИЙ

Имена функций следует подбирать также, как и имена переменных - по тем же правилам: имя должно начинаться с латинской буквы.
- В списке параметров находятся некие значения, которые передаются в функцию. Эти параметры перечисляются через запятую.

В Питоне для определения функции первым параметром пишется служебное слово def (заголовок функции) (от define - определить) - этим мы указываем, что будем вызывать функцию.
Заголовок функции после закрывающей круглой скобки заканчивается двоеточием (в Питоне) и далее следуют необходимые выражения начинающиеся со смещения относительно начала строки (используется как правило клавиша TAB).

Возвращаясь к расчету чисел Фибоначчи рассмотрим на его примере работу вызова функции.
Мы возьмем еще один вариант расчета чисел Фибоначчи, который не рассматривали ранее.
Он основан на параллельном присваивании значений переменным.

Def fib(n): a, b = 0, 1 while a < n: print(a, end = " ") a, b = b, a + b print()

Если вкратце, то строка:
a, b = 0, 1
означает запись (но не полностью эквивалентна ей):
a = 0 b = 1

А строка
a, b = b, a + b
означает запись:
a = b b = a + b

Рассмотрим код по строкам:

1
def fib(n):
- определить (def ) функцию по имени fib с параметрами (аргументами) указанными в круглых скобках которые мы хотим передать в эту самую функцию по имени fib .
Т.е. в качестве параметра n мы будем передавать значение для которого будет производиться расчет. Это число будет передаваться в нашу функцию в качестве аргумента.

После двоеточия вводимые данные в интерпретаторе Python печатаются с отступом. Это говорит о том, что эти данные имеют непосредственное отношение к данной функции.

2
a, b = 0, 1
Инициализируем переменные соответствующими значениями:
a = 0 b = 1

3
while a < n:
Оператор цикла while - будет выполняться до тех пор, пока будет выполнено условие цикла a
Здесь также после двоеточия открывается новый блок имеющий НЕПОСРЕДСТВЕННОЕ отношение только к циклу.
Этот блок будет печататься после перевода строки с дополнительным отступом.

4
print(a, end = " ")
Выводим на печать данные переменной а и пробел после каждого витка цикла

5
a, b = b, a + b
Присваиваем переменным соответствующие значения:
a = b b = a + b
Для изменения исходных данных и продолжения работы расчета чисел Фибоначчи

6
print()

Обратите внимание на то, что данный print() нужно печатать ПОД while ... т.е. он уже относится не к телу цикла while , а к телу функции fib
Однако для чего нам нужен второй print() да еще и с пустыми скобками?

В данном случае это вывод пустой строки - сделать "отбивку" - перенос строки. А еще вернее, данная функция выводит на печать символ перевода строки.
В нашем случае можно и не использовать.

Итак мы определили функцию fib для расчета чисел Фибоначчи и она, как вы заметили - не работает.

Для того, чтобы она заработала необходимо ее ВЫЗВАТЬ и передать ей некий параметр для расчетов.
Вызываем нашу функцию и передаем в качестве аргумента значение 40 .
В результате мы должны получить расчет чисел Фибоначчи для всех чисел до 40 :

Печатаем в интерпретаторе Python:
fib(40)
Получаем:

0 1 1 2 3 5 8 13 21 34

Вы можете еще раз вызвать функцию fib() с другим параметром и точно также получите вывод необходимых данных.
Например введем
fib(400)
И получим:

0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377

Таким образом нашу функцию можно запускать необходимое количество раз.

Во многих языках программирования процедура и функция не синонимы и имеют отличия друг от друга.
Чем же они отличаются друг от друга в таких языках программирования?

Функция - возвращает значение
- Процедура - не возвращает значение

Поясним на примере:

Если мы можем использовать такую запись (только в качестве примера):
x = fib(n) - то это функция, она присваивает полученное значение переменной x (в данном случае переменной x ничего записано не будет)

Если же возможна только запись fib(n) - то это процедура.

Таким образом мы можем сказать, что наш пример является ПРОЦЕДУРОЙ.

Как в Питоне использовать наш код для расчета чисел Фибоначчи в качестве функции мы рассмотрим несколько позже...

5 августа 2008 в 16:14

Основы Python - кратко. Часть 5. Определение функций, основы.

• Python

Начав писать главу про ООП, понял что совсем забыл освятить такой большой и нужный раздел Пайтона как функции. Тема это большая и обширная, потому, чтобы не сильно растягивать паузу между уроками, решил разделить ее на 2 части. Сначала расскажу основы, потом уже углубленные особенности Пайтоновского функциестроения.

Функции в Пайтоне объявляются не просто, а очень просто. Вот пример самой простой:

Def empty_func(): pass
Начинается объявление с ключевого слова def, что как не сложно догадаться является сокращением от define. После него идет имя функции. После имени в круглых скобках задается список параметров, в данном случае отсутствующих.
Тело функции пишется с отступом со следующей строки. учтите, что в Пайтоне функции с пустым телом запрещены, потому в качестве тела приведенной выше функции используется «пустой оператор» pass.
Теперь рассмотрим пример посерьезнее.

Def safe_div(x, y): """Do a safe division:-) for fun and profit""" if y != 0: z = x / y print z return z else: print "Yippie-kay-yay, motherf___er!"
В этом примере есть несколько нововведений. первое, что бросается в глаза - это строка документации (docstring), идущая сразу после тела функции.
Обычно эта строка занимает не одну строку исходного текста (простите за каламбур) и потому задается в тройных кавычках. Она предназначена для описания функции, ее предназначения, параметров и т.п. Все хорошие ИДЕ умеют с этой строкой работать. Получить к ней доступ можно и из самой программы, используя свойство __doc__:

Print safe_div.__doc__
Этим свойством (да, да, именно свойством, в Пайтоне даже функции на самом деле - классы) удобно пользоваться во время сеансов работы интерактивной консоли.
>>> from ftplib import FTP >>> print FTP.__doc__ An FTP client class. To create a connection, call the class using these argument: host, user, passwd, acct These are all strings, and have default value "". Then use self.connect() with optional host and port argument. # дальнейшее почикано мною:-)
Вернемся к нашей исходной функции. Суть ее очень проста, она принимает 2 параметра: х и у. Если у не равен 0, она делит х на у, выводит результат на экран и возвращает свое частное в виде результата. Результат функции возвращают с помощью команды return. Благодаря механизму кортежей, описанному в прошлом уроке, функции в Пайтоне могут возвращать одновременно множество объектов.
Если же делитель все-таки равен нулю, функция выводит сообщение об ошибке. Неверно было бы предположить что в этом случае функция ничего не вернет. Правильнее будет сказать что функция вернет «ничего»:) Иначе говоря, если в функции отсутствует оператор return, или же он вызван без параметров, то функция возвращает специальное значение None. В этом легко убедиться вызвав что-то типа print safe_div(10, 0).

Вот пример слегка посложнее, он взят из доклада-презентации Гвидо ван Россума.

Def gcd(a, b): "Нахождение НОД" while a != 0: a,b = b%a,a # параллельное определение return b
Данная функция находит наибольший общий делитель двух чисел.

В общем, следует учитывать, что параметры в функции Пайтоном передаются по ссылке. Еще одним, возможно нетривиальным фактом к которому придется привыкать - является тот факт что сами функции являются значением, которое можно присваивать. Если воспользоваться нашей функцией safe_div для дальнейших экспериментов, то можно написать следующий код.

Mystic_function = safe_div print mystic_function(10, 4)
Вот на этот раз и все, «за бортом» осталось еще много аспектов определения функций в Пайтоне, которые будут освещены в следующий раз.

Упражнения для проверки.
1. На основе существующей функции нахождения НОД, напишите функцию поиска НОК двух чисел.
2. Напишите подпрограмму табулирования функции, переданной в качестве аргумента. Так же аргументами задается начальное, конечное значение и шаг табуляции.

PS кстати, каков оптимальный объем «урока»? Что лучше - реже выходящие большие главы, или «лучше меньше да чаще».

Напомним, что в математике факториал числа n определяется как n! = 1 ⋅ 2 ⋅ ... ⋅ n. Например, 5! = 1 ⋅ 2 ⋅ 3 ⋅ 4 ⋅ 5 = 120. Ясно, что факториал можно легко посчитать, воспользовавшись циклом for. Представим, что нам нужно в нашей программе вычислять факториал разных чисел несколько раз (или в разных местах кода). Конечно, можно написать вычисление факториала один раз, а затем используя Copy-Paste вставить его везде, где это будет нужно.

# вычислим 3! res = 1 for i in range(1, 4): res *= i print(res) # вычислим 5! res = 1 for i in range(1, 6): res *= i print(res)

Однако, если мы ошибёмся один раз в начальном коде, то потом эта ошибка попадёт в код во все места, куда мы скопировали вычисление факториала. Да и вообще, код занимает больше места, чем мог бы. Чтобы избежать повторного написания одной и той же логики, в языках программирования существуют функции.

Функции — это такие участки кода, которые изолированы от остальный программы и выполняются только тогда, когда вызываются. Вы уже встречались с функциями sqrt(), len() и print(). Они все обладают общим свойством: они могут принимать параметры (ноль, один или несколько), и они могут возвращать значение (хотя могут и не возвращать). Например, функция sqrt() принимает один параметр и возвращает значение (корень числа). Функция print() принимает переменное число параметров и ничего не возвращает.

Покажем, как написать функцию factorial(), которая принимает один параметр — число, и возвращает значение — факториал этого числа.

Def factorial(n): res = 1 for i in range(1, n + 1): res *= i return res print(factorial(3)) print(factorial(5))

Дадим несколько объяснений. Во-первых, код функции должен размещаться в начале программы, вернее, до того места, где мы захотим воспользоваться функцией factorial(). Первая строчка этого примера является описанием нашей функции. factorial - идентификатор, то есть имя нашей функции. После идентификатора в круглых скобках идет список параметров, которые получает наша функция. Список состоит из перечисленных через запятую идентификаторов параметров. В нашем случае список состоит из одной величины n. В конце строки ставится двоеточие.

Далее идет тело функции, оформленное в виде блока, то есть с отступом. Внутри функции вычисляется значение факториала числа n и оно сохраняется в переменной res. Функция завершается инструкцией return res, которая завершает работу функции и возвращает значение переменной res.

Инструкция return может встречаться в произвольном месте функции, ее исполнение завершает работу функции и возвращает указанное значение в место вызова. Если функция не возвращает значения, то инструкция return используется без возвращаемого значения. В функциях, которым не нужно возвращать значения, инструкция return может отсутствовать.

Приведём ещё один пример. Напишем функцию max(), которая принимает два числа и возвращает максимальное из них (на самом деле, такая функция уже встроена в Питон).

10 20 def max(a, b): if a > b: return a else: return b print(max(3, 5)) print(max(5, 3)) print(max(int(input()), int(input())))

Теперь можно написать функцию max3(), которая принимает три числа и возвращает максимальное их них.

Def max(a, b): if a > b: return a else: return b def max3(a, b, c): return max(max(a, b), c) print(max3(3, 5, 4))

Встроенная функция max() в Питоне может принимать переменное число аргументов и возвращать максимум из них. Приведём пример того, как такая функция может быть написана.

Def max(*a): res = a for val in a: if val > res: res = val return res print(max(3, 5, 4))

Все переданные в эту функцию параметры соберутся в один кортеж с именем a, на что указывает звёздочка в строке объявления функции.

2. Локальные и глобальные переменные

Внутри функции можно использовать переменные, объявленные вне этой функции

Def f(): print(a) a = 1 f()

Здесь переменной a присваивается значение 1, и функция f() печатает это значение, несмотря на то, что до объявления функции f эта переменная не инициализируется. В момент вызова функции f() переменной a уже присвоено значение, поэтому функция f() может вывести его на экран.

Такие переменные (объявленные вне функции, но доступные внутри функции) называются глобальными .

Но если инициализировать какую-то переменную внутри функции, использовать эту переменную вне функции не удастся. Например:

Def f(): a = 1 f() print(a)

Получим ошибку NameError: name "a" is not defined . Такие переменные, объявленные внутри функции, называются локальными . Эти переменные становятся недоступными после выхода из функции.

Интересным получится результат, если попробовать изменить значение глобальной переменной внутри функции:

Def f(): a = 1 print(a) a = 0 f() print(a)

Будут выведены числа 1 и 0. Несмотря на то, что значение переменной a изменилось внутри функции, вне функции оно осталось прежним! Это сделано в целях “защиты” глобальных переменных от случайного изменения из функции. Например, если функция будет вызвана из цикла по переменной i , а в этой функции будет использована переменная i также для организации цикла, то эти переменные должны быть различными. Если вы не поняли последнее предложение, то посмотрите на следующий код и подумайте, как бы он работал, если бы внутри функции изменялась переменная i.

Def factorial(n): res = 1 for i in range(1, n + 1): res *= i return res for i in range(1, 6): print(i, "! = ", factorial(i), sep="")

Если бы глобальная переменная i изменялась внутри функции, то мы бы получили вот что:

5! = 1 5! = 2 5! = 6 5! = 24 5! = 120

Итак, если внутри функции модифицируется значение некоторой переменной, то переменная с таким именем становится локальной переменной, и ее модификация не приведет к изменению глобальной переменной с таким же именем.

Более формально: интерпретатор Питон считает переменную локальной для данной функции, если в её коде есть хотя бы одна инструкция, модифицирующая значение переменной, то эта переменная считается локальной и не может быть использована до инициализации. Инструкция, модифицирующая значение переменной — это операторы = , += , а также использование переменной в качестве параметра цикла for . При этом даже если инструкция, модицифицирующая переменную никогда не будет выполнена, интерпретатор это проверить не может, и переменная все равно считается локальной. Пример:

Def f(): print(a) if False: a = 0 a = 1 f()

Возникает ошибка: UnboundLocalError: local variable "a" referenced before assignment . А именно, в функции f() идентификатор a становится локальной переменной, т.к. в функции есть команда, модифицирующая переменную a , пусть даже никогда и не выполняющийся (но интерпретатор не может это отследить). Поэтому вывод переменной a приводит к обращению к неинициализированной локальной переменной.

Чтобы функция могла изменить значение глобальной переменной, необходимо объявить эту переменную внутри функции, как глобальную, при помощи ключевого слова global:

Def f(): global a a = 1 print(a) a = 0 f() print(a)

В этом примере на экран будет выведено 1 1, так как переменная a объявлена, как глобальная, и ее изменение внутри функции приводит к тому, что и вне функции переменная будет доступна.

Тем не менее, лучше не изменять значения глобальных переменных внутри функции. Если ваша функция должна поменять какую-то переменную, пусть лучше она вернёт это значением, и вы сами при вызове функции явно присвоите в переменную это значение. Если следовать этим правилам, то функции получаются независимыми от кода, и их можно легко копировать из одной программы в другую.

Например, пусть ваша программа должна посчитать факториал вводимого числа, который вы потом захотите сохранить в переменной f. Вот как это не стоит делать:

5 def factorial(n): global f res = 1 for i in range(2, n + 1): res *= i f = res n = int(input()) factorial(n) # дальше всякие действия с переменной f

Этот код написан плохо, потому что его трудно использовать ещё один раз. Если вам завтра понадобится в другой программе использовать функцию «факториал», то вы не сможете просто скопировать эту функцию отсюда и вставить в вашу новую программу. Вам придётся поменять то, как она возвращает посчитанное значение.

Гораздо лучше переписать этот пример так:

5 # начало куска кода, который можно копировать из программы в программу def factorial(n): res = 1 for i in range(2, n + 1): res *= i return res # конец куска кода n = int(input()) f = factorial(n) # дальше всякие действия с переменной f

Если нужно, чтобы функция вернула не одно значение, а два или более, то для этого функция может вернуть список из двух или нескольких значений:

Тогда результат вызова функции можно будет использовать во множественном присваивании:

3. Рекурсия

Def short_story(): print("У попа была собака, он ее любил.") print("Она съела кусок мяса, он ее убил,") print("В землю закопал и надпись написал:") short_story()

Как мы видели выше, функция может вызывать другую функцию. Но функция также может вызывать и саму себя! Рассмотрим это на примере функции вычисления факториала. Хорошо известно, что 0!=1, 1!=1. А как вычислить величину n! для большого n? Если бы мы могли вычислить величину (n-1)!, то тогда мы легко вычислим n!, поскольку n!=n⋅(n-1)!. Но как вычислить (n-1)!? Если бы мы вычислили (n-2)!, то мы сможем вычисли и (n-1)!=(n-1)⋅(n-2)!. А как вычислить (n-2)!? Если бы... В конце концов, мы дойдем до величины 0!, которая равна 1. Таким образом, для вычисления факториала мы можем использовать значение факториала для меньшего числа. Это можно сделать и в программе на Питоне:

Def factorial(n): if n == 0: return 1 else: return n * factorial(n - 1) print(factorial(5))

Подобный прием (вызов функцией самой себя) называется рекурсией, а сама функция называется рекурсивной.

Рекурсивные функции являются мощным механизмом в программировании. К сожалению, они не всегда эффективны. Также часто использование рекурсии приводит к ошибкам. Наиболее распространенная из таких ошибок - бесконечная рекурсия, когда цепочка вызовов функций никогда не завершается и продолжается, пока не кончится свободная память в компьютере. Пример бесконечной рекурсии приведен в эпиграфе к этому разделу. Две наиболее распространенные причины для бесконечной рекурсии:

1. Неправильное оформление выхода из рекурсии. Например, если мы в программе вычисления факториала забудем поставить проверку if n == 0 , то factorial(0) вызовет factorial(-1) , тот вызовет factorial(-2) и т. д.
2. Рекурсивный вызов с неправильными параметрами. Например, если функция factorial(n) будет вызывать factorial(n) , то также получится бесконечная цепочка.

Поэтому при разработке рекурсивной функции необходимо прежде всего оформлять условия завершения рекурсии и думать, почему рекурсия когда-либо завершит работу.

Функция в программировании представляет собой обособленный участок кода, который можно вызывать, обратившись к нему по имени, которым он был назван. При вызове происходит выполнение команд тела функции.

Функции можно сравнить с небольшими программками, которые сами по себе, т. е. автономно, не исполняются, а встраиваются в обычную программу. Нередко их так и называют – подпрограммы. Других ключевых отличий функций от программ нет. Функции также при необходимости могут получать и возвращать данные. Только обычно они их получают не с ввода (клавиатуры, файла и др.), а из вызывающей программы. Сюда же они возвращают результат своей работы.

Существует множество встроенных в язык программирования функций. С некоторыми такими в Python мы уже сталкивались. Это print(), input(), int(), float(), str(), type(). Код их тела нам не виден, он где-то "спрятан внутри языка". Нам же предоставляется только интерфейс – имя функции.

С другой стороны, программист всегда может определять свои функции. Их называют пользовательскими. В данном случае под "пользователем" понимают программиста, а не того, кто пользует программу. Разберемся, зачем нам эти функции, и как их создавать.

Предположим, надо три раза подряд запрашивать на ввод пару чисел и складывать их. С этой целью можно использовать цикл:

i = 0 while i < 3 : a = int (input () ) b = int (input () ) print (a+b) i += 1

Однако, что если перед каждым запросом чисел, надо выводить надпись, зачем они нужны, и каждый раз эта надпись разная. Мы не можем прервать цикл, а затем вернуться к тому же циклу обратно. Придется отказаться от него, и тогда получится длинный код, содержащий в разных местах одинаковые участки:

print () a = int (input () ) b = int (input () ) print ("Всего" , a+b, "шт." ) print () a = int (input () ) b = int (input () ) print ("Всего" , a+b, "шт." )

Пример исполнения программы:

Сколько бананов и ананасов для обезьян? 15 5 Всего 20 шт. Сколько жуков и червей для ежей? 50 12 Всего 62 шт. Сколько рыб и моллюсков для выдр? 16 8 Всего 24 шт.

Внедрение функций позволяет решить проблему дублирования кода в разных местах программы. Благодаря им можно исполнять один и тот же участок кода не сразу, а только тогда, когда он понадобится.

Определение функции. Оператор def

В языке программирования Python функции определяются с помощью оператора def. Рассмотрим код:

def countFood() : a = int (input () ) b = int (input () ) print ("Всего" , a+b, "шт." )

Это пример определения функции. Как и другие сложные инструкции вроде условного оператора и циклов функция состоит из заголовка и тела. Заголовок оканчивается двоеточием и переходом на новую строку. Тело имеет отступ.

Ключевое слово def сообщает интерпретатору, что перед ним определение функции. За def следует имя функции. Оно может быть любым, также как и всякий идентификатор, например, переменная. В программировании весьма желательно давать всему осмысленные имена. Так в данном случае функция названа "посчитатьЕду" в переводе на русский.

После имени функции ставятся скобки. В приведенном примере они пустые. Это значит, что функция не принимает никакие данные из вызывающей ее программы. Однако она могла бы их принимать, и тогда в скобках были бы указаны так называемые параметры.

После двоеточия следует тело, содержащее инструкции, которые выполняются при вызове функции. Следует различать определение функции и ее вызов. В программном коде они не рядом и не вместе. Можно определить функцию, но ни разу ее не вызвать. Нельзя вызвать функцию, которая не была определена. Определив функцию, но ни разу не вызвав ее, вы никогда не выполните ее тела.

Вызов функции

Рассмотрим полную версию программы с функцией:

def countFood() : a = int (input () ) b = int (input () ) print ("Всего" , a+b, "шт." ) print ("Сколько бананов и ананасов для обезьян?" ) countFood() print ("Сколько жуков и червей для ежей?" ) countFood() print ("Сколько рыб и моллюсков для выдр?" ) countFood()

После вывода на экран каждого информационного сообщения осуществляется вызов функции, который выглядит просто как упоминание ее имени со скобками. Поскольку в функцию мы ничего не передаем скобки опять же пустые. В приведенном коде функция вызывается три раза.

Когда функция вызывается, поток выполнения программы переходит к ее определению и начинает исполнять ее тело. После того, как тело функции исполнено, поток выполнения возвращается в основной код в то место, где функция вызывалась. Далее исполняется следующее за вызовом выражение.

В языке Python определение функции должно предшествовать ее вызовам. Это связано с тем, что интерпретатор читает код строка за строкой и о том, что находится ниже по течению, ему еще неизвестно. Поэтому если вызов функции предшествует ее определению, то возникает ошибка (выбрасывается исключение NameError):

print ("Сколько бананов и ананасов для обезьян?" ) countFood() print ("Сколько жуков и червей для ежей?" ) countFood() print ("Сколько рыб и моллюсков для выдр?" ) countFood() def countFood() : a = int (input () ) b = int (input () ) print ("Всего" , a+b, "шт." )

Результат:

Сколько бананов и ананасов для обезьян? Traceback (most recent call last ) : File "test.py" , line 2 , in < module> countFood() NameError: name "countFood" is not defined

Для многих компилируемых языков это не обязательное условие. Там можно определять и вызывать функцию в произвольных местах программы. Однако для удобочитаемости кода программисты даже в этом случае предпочитают соблюдать определенные правила.

Функции придают программе структуру

Польза функций не только в возможности многократного вызова одного и того же кода из разных мест программы. Не менее важно, что благодаря им программа обретает истинную структуру. Функции как бы разделяют ее на обособленные части, каждая из которых выполняет свою конкретную задачу.

Пусть надо написать программу, вычисляющую площади разных фигур. Пользователь указывает, площадь какой фигуры он хочет вычислить. После этого вводит исходные данные. Например, длину и ширину в случае прямоугольника. Чтобы разделить поток выполнения на несколько ветвей, следует использовать оператор if-elif-else:

figure = input () if figure == "1" : a = float (input ("Ширина: " ) ) b = float (input ("Высота: " ) ) print ("Площадь: %.2f" % (a*b) ) elif figure == "2" : a = float (input ("Основание: " ) ) h = float (input ("Высота: " ) ) print ("Площадь: %.2f" % (0.5 * a * h) ) elif figure == "3" : r = float (input ("Радиус: " ) ) print ("Площадь: %.2f" % (3.14 * r**2 ) ) else : print ("Ошибка ввода" )

Здесь нет никаких функций, и все прекрасно. Но напишем вариант с функциями:

def rectangle() : a = float (input ("Ширина: " ) ) b = float (input ("Высота: " ) ) print ("Площадь: %.2f" % (a*b) ) def triangle() : a = float (input ("Основание: " ) ) h = float (input ("Высота: " ) ) print ("Площадь: %.2f" % (0.5 * a * h) ) def circle() : r = float (input ("Радиус: " ) ) print ("Площадь: %.2f" % (3.14 * r**2 ) ) figure = input ("1-прямоугольник, 2-треугольник, 3-круг: " ) if figure == "1" : rectangle() elif figure == "2" : triangle() elif figure == "3" : circle() else : print ("Ошибка ввода" )

Он кажется сложнее, а каждая из трех функций вызывается всего один раз. Однако из общей логики программы как бы убраны и обособлены инструкции для нахождения площадей. Программа теперь состоит из отдельных "кирпичиков Лего". В основной ветке мы можем комбинировать их как угодно. Она играет роль управляющего механизма.

Если нам когда-нибудь захочется вычислять площадь треугольника по формуле Герона, а не через высоту, то не придется искать код во всей программе (представьте, что она состоит из тысяч строк кода как реальные программы). Мы пойдем к месту определения функций и изменим тело одной из них.

Если понадобиться использовать эти функции в какой-нибудь другой программе, то мы сможем импортировать их туда, сославшись на данный файл с кодом (как это делается в Python, будет рассмотрено позже).

Практическая работа

В программировании можно из одной функции вызывать другую. Для иллюстрации этой возможности напишите программу по следующему описанию.

Основная ветка программы, не считая заголовков функций, состоит из одной строки кода. Это вызов функции test(). В ней запрашивается на ввод целое число. Если оно положительное, то вызывается функция positive(), тело которой содержит команду вывода на экран слова "Положительное". Если число отрицательное, то вызывается функция negative(), ее тело содержит выражение вывода на экран слова "Отрицательное".