Содержание

Введение в Python. Часть 8. Функции

Функция в Python — это объект, принимающий аргументы и возвращающий значение. Со встроенными функциями вы уже сталкивались в предыдущих уроках. Например, когда когда мы хотели узнать сумму всех чисел в списке. Можете заглянуть в выпуск про списки.

Видео: Глеб Лиманский

Тогда мы использовали встроенную функцию sum(). На вход мы передавали аргумент — список с числами, а функция возвращала нам результат — сумму этих чисел.

Если бы такой функции в Python не существовало, то мы бы могли написать что-то вроде такого кода:

И это сразу несколько строчек кода, хоть и очень простого. А с функцией мы можем заменить их на всего лишь на одно слово, что гораздо удобнее. К тому же функция устроена более универсальным образом. Какой-бы список мы ей не передали, она все равно вернет нам сумму его элементов. Не важно как будут называться этот список и будет ли у него вообще название. Главное, чтобы в списке были числа!

Подписывайтесь на рассылку «Мастерской»

Вы узнаете о крутых инструментах для сбора, анализа и визуализации данных

А в нашем коде, где мы сами считаем сумму, речь идет о конкретном списке, который называется my_list. То есть без замены названия этот код нельзя будет использовать для другого списка. Поэтому, если бы функции суммы не существовало в питоне, то нам было бы удобнее написать ее самим. Давайте оформим наш кусочек кода в функцию.

Чтобы определить функцию используется конструкция def. Дальше пишем имя функции, скобки и двоеточие. После двоеточия вы кодом прописываете, что именно должна делать функция, а дальше с помощью return функция возвращает результат. А чтобы использовать функцию нужно написать ее название и в скобка и передать ей аргумент.

Вот так почти всегда будет выглядеть функция.

Но она не всегда должна что-то принимать на вход или что-то возвращать. Вот пример функции, которая просто здоровается — распечатывает «Hi!», но не принимает аргументов и ничего не возвращает. И если напишете print(say_hi()), то в ответе вы увидите None.

Функция может ничего не принимать на вход, но что-то все же возвращать, а не просто распечатывать. Вот, например, функция, которая спрашивает у пользователя имя и возвращает его.

При этом функция может принимать и возвращать практически любые объекты и данные. Вот функция, которая принимает на вход имя человека и здоровается с ним. Но мы можем передать ей не просто имя не в виде строчки с ним, а нашу функцию get_name(). Она спросит у пользователя имя, и передаст его функции, которая с ним поздоровается.

Также для функций существует отдельный вид аргументов. Один из них — необязательный аргумент. Например, мы хотим усовершенствовать нашу функцию say_hi_to(). Теперь она должна не просто здороваться с пользователем, но и заводить с ним небольшую беседу. Поэтому добавим в функцию необязательный аргумент small_talk.

По умолчанию мы назначили small_talk = «Как дела?». Когда мы будем вызывать функцию, нам не нужно указывать этот аргумент, он уже есть по умолчанию. Нам нужно лишь передать имя, дальше функция сама спросит пользователя «Как дела?».

Отдельно указывать аргумент small_talk при вывозе функции нужно только тогда, когда мы хотим внести в него какие-то изменения. Например, мы хотим, чтобы вместо «Как дела?» функция спросила что-то другое.

Давайте посмотрим, как функции могут использоваться на практике. Напишем функцию, которая будет очищать телефонный номер от пробелов, дефисов и скобок. Допустим у нас есть датасет, где содержатся данные о владельцах телефонных номеров. И нам нужно бы привести все телефоны к одному формату. Сначала мы будем писать функцию, а потом использовать ее для датасета. 

Допустим, наши данные у нас хранятся в виде подобного словаря — phone_book = {‘Alice’: ‘8-987-657 12 11’, ‘Bob’:’89012345678′, ‘Jack’:’8 (9 1 2) 3 4 5 6 7 8 9′}. Ключами тут являются имена, а значениями — телефоны, которые написаны по-разному: с пробелами, дефисами, скобками. Нам нужно к каждому из этих номеров приметь функцию clean_tel().

Давайте теперь напишем функцию, которая именно это и будет делать. На вход ей нужно будет передать словарь с «грязными» номерами, а вернет она список с чистыми данными.

Такой список можно будет легко сохранить в табличку.

Анонимная функция

В Python есть анонимные функции — лямбды. Они подчиняющиеся более строгому, но более лаконичному синтаксису, чем обычные функции Python. И работаю быстрее. Анонимные функции могут содержать лишь одно выражение. Они создаются с помощью инструкции lambda. Кроме этого, их не обязательно присваивать переменной.

Чтобы было проще, давайте сначала напишем уже известную обычную функцию, а потом перепишем ее с помощью lambda. Вот пример функции, которая просто складывает два числа.

А вот как она выглядит, если переписать ее с помощью lambda.

После инструкции lambda нужно указать аргументы, а через двоеточие, что функция должна сделать с этими аргументами.

Лямбда-функцию не обязательно как-то называть. Ее можно вызвать и без имени. Нужно поместить функцию в скобки. И рядом же в скобках указать аргументы.

Кстати, и нашу функцию say_hi() тоже можно переписать с помощью lambda.

Это все основные принципы работы функций в Python. Если вы хотите прочитать о дополнительных возможностях функций, можете сделать это здесь. И, как всегда, тетрадка Jupyter Notebook с этого урока лежит на нашем GitHub.

синтаксис, логика и применение ~ PythonRu

Введение

Определение

Вот пример простой функции:

def compute_surface(radius):
    from math import pi
    return pi * radius * radius

Для определения функции нужно всего лишь написать ключевое слово def перед ее именем, а после — поставить двоеточие. Следом идет блок инструкций.

Последняя строка в блоке инструкций может начинаться с return, если нужно вернуть какое-то значение. Если инструкции return нет, тогда по умолчанию функция будет возвращать объект None. Как в этом примере:

i = 0
def increment():
    global i
    i += 1

Функция инкрементирует глобальную переменную i и возвращает None (по умолчанию).

Вызовы

Для вызова функции, которая возвращает переменную, нужно ввести:

surface = compute_surface(1.)

Для вызова функции, которая ничего не возвращает:

increment()

Еще

Функцию можно записать в одну строку, если блок инструкций представляет собой простое выражение:

def sum(a, b): return a + b

Функции могут быть вложенными:

def func1(a, b):

    def inner_func(x):
        return x*x*x

    return inner_func(a) + inner_func(b)

Функции — это объекты, поэтому их можно присваивать переменным.

Инструкция return

Возврат простого значения

Аргументы можно использовать для изменения ввода и таким образом получать вывод функции. Но куда удобнее использовать инструкцию return, примеры которой уже встречались ранее. Если ее не написать, функция вернет значение None.

Возврат нескольких значений

Пока что функция возвращала только одно значение или не возвращала ничего (объект None). А как насчет нескольких значений? Этого можно добиться с помощью массива. Технически, это все еще один объект. Например:

def stats(data):
    """данные должны быть списком"""
    _sum = sum(data) 
    mean = _sum / float(len(data)) 
    variance = sum([(x-mean)**2/len(data) for x in data])
    return mean,variance   

m, v = stats([1, 2, 1])

Аргументы и параметры

В функции можно использовать неограниченное количество параметров, но число аргументов должно точно соответствовать параметрам. Эти параметры представляют собой позиционные аргументы. Также Python предоставляет возможность определять значения по умолчанию, которые можно задавать с помощью аргументов-ключевых слов.

Параметр — это имя в списке параметров в первой строке определения функции. Он получает свое значение при вызове. Аргумент — это реальное значение или ссылка на него, переданное функции при вызове. В этой функции:

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

x и y — это параметры, а в этой:

sum(1, 2)

1 и 2 — аргументы.

При определении функции параметры со значениями по умолчанию нужно указывать до позиционных аргументов:

def compute_surface(radius, pi=3.14159):
    return pi * radius * radius

Если использовать необязательный параметр, тогда все, что указаны справа, должны быть параметрами по умолчанию.

Выходит, что в следующем примере допущена ошибка:

def compute_surface(radius=1, pi):
    return pi * radius * radius

Для вызовов это работает похожим образом. Сначала нужно указывать все позиционные аргументы, а только потом необязательные:

S = compute_surface(10, pi=3.14)

На самом деле, следующий вызов корректен (можно конкретно указывать имя позиционного аргумента), но этот способ не пользуется популярностью:

S = compute_surface(radius=10, pi=3.14)

А этот вызов некорректен:

S = compute_surface(pi=3.14, 10)

При вызове функции с аргументами по умолчанию можно указать один или несколько, и порядок не будет иметь значения:

def compute_surface2(radius=1, pi=3.14159):
    return pi * radius * radius
S = compute_surface2(radius=1, pi=3.14)
S = compute_surface2(pi=3.14, radius=10.)
S = compute_surface2(radius=10.)

Можно не указывать ключевые слова, но тогда порядок имеет значение. Он должен соответствовать порядку параметров в определении:

S = compute_surface2(10. , 3.14)
S = compute_surface2(10.)

Если ключевые слова не используются, тогда нужно указывать все аргументы:

def f(a=1,b=2, c=3):
    return a + b + c

Второй аргумент можно пропустить:

f(1,,3)

Чтобы обойти эту проблему, можно использовать словарь:

params = {'a':10, 'b':20}
S = f(**params)

Значение по умолчанию оценивается и сохраняется только один раз при определении функции (не при вызове). Следовательно, если значение по умолчанию — это изменяемый объект, например, список или словарь, он будет меняться каждый раз при вызове функции. Чтобы избежать такого поведения, инициализацию нужно проводить внутри функции или использовать неизменяемый объект:

def inplace(x, mutable=[]):
   mutable.append(x)
   return mutable
res = inplace(1)
res = inplace(2)
print(inplace(3))
[1, 2, 3]
def inplace(x, lst=None):
   if lst is None: lst=[]
   lst. append()
   return lst

Еще один пример изменяемого объекта, значение которого поменялось при вызове:

def change_list(seq):
    seq[0] = 100
original = [0, 1, 2]
change_list(original)
original
[100, 1, 2]

Дабы не допустить изменения оригинальной последовательности, нужно передать копию изменяемого объекта:

original = [0, 1, 2]
change_list(original[:])
original
[0, 1, 2]

Указание произвольного количества аргументов

Позиционные аргументы

Иногда количество позиционных аргументов может быть переменным. Примерами таких функций могут быть max() и min(). Синтаксис для определения таких функций следующий:

def func(pos_params, *args):
    block statememt

При вызове функции нужно вводить команду следующим образом:

func(pos_params, arg1, arg2, .
..)

Python обрабатывает позиционные аргументы следующим образом: подставляет обычные позиционные аргументы слева направо, а затем помещает остальные позиционные аргументы в кортеж (*args), который можно использовать в функции.

Вот так:

def add_mean(x, *data):
    return x + sum(data)/float(len(data))

add_mean(10,0,1,2,-1,0,-1,1,2)
10.5

Если лишние аргументы не указаны, значением по умолчанию будет пустой кортеж.

Произвольное количество аргументов-ключевых слов

Как и в случае с позиционными аргументами можно определять произвольное количество аргументов-ключевых слов следующим образом (в сочетании с произвольным числом необязательных аргументов из прошлого раздела):

def func(pos_params, *args, **kwargs):
    block statememt

При вызове функции нужно писать так:

func(pos_params, kw1=arg1, kw2=arg2, ...)

Python обрабатывает аргументы-ключевые слова следующим образом: подставляет обычные позиционные аргументы слева направо, а затем помещает другие позиционные аргументы в кортеж (*args), который можно использовать в функции (см. предыдущий раздел). В конце концов, он добавляет все лишние аргументы в словарь (**kwargs), который сможет использовать функция.

Есть функция:

def print_mean_sequences(**kwargs): def mean(data): return sum(data)/float(len(data)) for k, v in kwargs.items(): print k, mean(v) print_mean_sequences(x=[1,2,3], y=[3,3,0])
y 2.0
x 2.0

Важно, что пользователь также может использовать словарь, но перед ним нужно ставить две звездочки (**):

print_mean_sequences(**{'x':[1,2,3], 'y':[3,3,0]})
y 2.0
x 2.0

Порядок вывода также не определен, потому что словарь не отсортирован.

Документирование функции

Определим функцию:

def sum(s,y): return x + y

Если изучить ее, обнаружатся два скрытых метода (которые начинаются с двух знаков нижнего подчеркивания), среди которых есть

__doc__. Он нужен для настройки документации функции. Документация в Python называется docstring и может быть объединена с функцией следующим образом:

def sum(x, y):
    """Первая срока - заголовок

    Затем следует необязательная пустая строка и текст 
    документации.
    """
    return x+y

Команда docstring должна быть первой инструкцией после объявления функции. Ее потом можно будет извлекать или дополнять:

print(sum.__doc__)
sum.__doc__ += "some additional text"

Методы, функции и атрибуты, связанные с объектами функции

Если поискать доступные для функции атрибуты, то в списке окажутся следующие методы (в Python все является объектом — даже функция):

sum.func_closure   sum.func_defaults  sum.func_doc       sum.func_name
sum.func_code      sum.func_dict      sum.func_globals

И несколько скрытых методов, функций и атрибутов. Например, можно получить имя функции или модуля, в котором она определена:

>>> sum.__name__
"sum"
>>> sum.__module
"__main__"

Есть и другие. Вот те, которые не обсуждались:

sum.__call__          sum.__delattr__       sum.__getattribute__     sum.__setattr__
sum.__class__         sum.__dict__          sum.__globals__       sum.__new__           sum.__sizeof__
sum.__closure__       sum.__hash__          sum.__reduce__        sum.__str__
sum.__code__          sum.__format__        sum.__init__          sum.__reduce_ex__     sum.__subclasshook__
sum.__defaults__      sum.__get__           sum.__repr__

Рекурсивные функции

Рекурсия — это не особенность Python. Это общепринятая и часто используемая техника в Computer Science, когда функция вызывает сама себя. Самый известный пример — вычисление факториала n! = n * n — 1 * n -2 * … 2 *1. Зная, что 0! = 1, факториал можно записать следующим образом:

def factorial(n):
    if n != 0:
        return n * factorial(n-1)
    else:
        return 1

Другой распространенный пример — определение последовательности Фибоначчи:

f(0) = 1
f(1) = 1
f(n) = f(n-1) + f(n-2)

Рекурсивную функцию можно записать так:

def fibbonacci(n):
    if n >= 2:
        else:
    return 1

Важно, чтобы в ней было была конечная инструкция, иначе она никогда не закончится. Реализация вычисления факториала выше, например, не является надежной. Если указать отрицательное значение, функция будет вызывать себя бесконечно. Нужно написать так:

def factorial(n):
    assert n > 0
    if n != 0:
        return n * factorial(n-1)
    else:
        return 1

Важно!
Рекурсия позволяет писать простые и элегантные функции, но это не гарантирует эффективность и высокую скорость исполнения.

Если рекурсия содержит баги (например, длится бесконечно), функции может не хватить памяти. Задать максимальное значение рекурсий можно с помощью модуля sys.

Глобальная переменная

Вот уже знакомый пример с глобальной переменной:

i = 0
def increment():
    global i
    i += 1

Здесь функция увеличивает на 1 значение глобальной переменной i. Это способ изменять глобальную переменную, определенную вне функции. Без него функция не будет знать, что такое переменная i. Ключевое слово global можно вводить в любом месте, но переменную разрешается использовать только после ее объявления.

За редкими исключениями глобальные переменные лучше вообще не использовать.

Присвоение функции переменной

С существующей функцией func синтаксис максимально простой:

variable = func

Переменным также можно присваивать встроенные функции. Таким образом позже есть возможность вызывать функцию другим именем. Такой подход называется непрямым вызовом функции.

Менять название переменной также разрешается:

def func(x): return x
a1 = func
a1(10)
10
a2 = a1
a2()
10

В этом примере a1, a2 и func имеют один и тот же id. Они ссылаются на один объект.

Практический пример — рефакторинг существующего кода. Например, есть функция sq, которая вычисляет квадрат значения:

def sq(x): return x*x

Позже ее можно переименовать, используя более осмысленное имя. Первый вариант — просто сменить имя. Проблема в том, что если в другом месте кода используется sq, то этот участок не будет работать. Лучше просто добавить следующее выражение:

square = sq

Последний пример. Предположим, встроенная функция была переназначена:

dir = 3

Теперь к ней нельзя получить доступ, а это может стать проблемой. Чтобы вернуть ее обратно, нужно просто удалить переменную:

del dir
dir()

Анонимная функция: лямбда

Лямбда-функция — это короткая однострочная функция, которой даже не нужно имя давать. Такие выражения содержат лишь одну инструкцию, поэтому, например, if, for и while использовать нельзя. Их также можно присваивать переменным:

product = lambda x,y: x*y

В отличие от функций, здесь не используется ключевое слово return. Результат работы и так возвращается.

С помощью type() можно проверить тип:

>>> type(product)
function

На практике эти функции редко используются. Это всего лишь элегантный способ записи, когда она содержит одну инструкцию.

power = lambda x=1, y=2: x**y
square = power
square(5.)
25
power = lambda x,y,pow=2: x**pow + y
[power(x,2, 3) for x in [0,1,2]]
[2, 3, 10]

Изменяемые аргументы по умолчанию

>>> def foo(x=[]):
...     x.append(1)
...     print x
...
>>> foo()
[1]
>>> foo()
[1, 1]
>>> foo()
[1, 1, 1]

Вместо этого нужно использовать значение «не указано» и заменить на изменяемый объект по умолчанию:

>>> def foo(x=None):
...     if x is None:
. ..         x = []
...     x.append(1)
...     print x
>>> foo()
[1]
>>> foo()
[1]

Функции в программировании. Курс «Python. Введение в программирование»

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, то есть 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("Сколько бананов и ананасов для обезьян?")
a = int(input())
b = int(input())
print("Всего", a+b, "шт. ")
 
print("Сколько жуков и червей для ежей?")
a = int(input())
b = int(input())
print("Всего", a+b, "шт.")
 
print("Сколько рыб и моллюсков для выдр?")
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("1-прямоугольник, 
2-треугольник, 3-круг: ")
 
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».

Понятно, что вызов test() должен следовать после определения функций. Однако имеет ли значение порядок определения самих функций? То есть должны ли определения positive() и negative() предшествовать test() или могут следовать после него? Проверьте вашу гипотезу, поменяв объявления функций местами. Попробуйте объяснить результат.

Примеры решения и дополнительные уроки в android-приложении и pdf-версии курса

Интерактивный учебник языка Python

1. Функции

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[0]
    for val in a[1:]:
        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.

Ссылки на задачи доступны в меню слева. Эталонные решения теперь доступны на странице самой задачи.

Определяемые пользователем функции — Python — Azure Databricks — Workspace