〔程式教學〕Python 中的函式 (Function) 觀念
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前言
在前幾篇的 Python 教學文章中,我們介紹到了函式 (Function) 這一個名詞,並使用了一些 Python 中的內建函式 (Built-in Function)。例如:print()、len() 與 input()。在本篇文章中,我們將會理解 Python 中函式的概念,並學習定義自己的函式。
Python 中的函式 (Function)
我們首先觀察以下的程式碼:
def first_function(): print('Hello World') first_function()
上方的程式碼中,我們定義了一個名為「first_function」的函式,並呼叫這一個函式。我們接著理解 Python 中函式的組成元素。
首先,在上方程式碼的第 1 行中,使用「def」關鍵字,表示我們正在「定義」一個函式。跟在 def 之後的「first_function」是這一個函式的「名稱」。名稱之後之後還需要加上一個「括號」,我們等一下會解釋它的用途。
當我們撰寫好「def」、「函式名稱」與「括號」時,我們還需要說明函式內部應該要執行什麼樣的程式碼。類似 for loop 與 while loop 的語法,我們會在後方加上一個「冒號」,函式內部的程式碼則必須「縮排」。當函式被呼叫時,函式內部的程式碼就會被執行。在上方的程式碼中,函式內部僅包含「print(‘Hello World’)」。
在上方程式碼區塊的最後一行,我們呼叫了這一個函式。呼叫函式的方式很簡單,僅需要撰寫「函式名稱」與「括號」,即可以呼叫該函式。
在「括號」中,我們可以提供一些參數給這一個函式。例如,當我們使用 Python 的內建函式「print()」時,我們就會將我們想要顯示的字串放到括號中:
print('Hello World')
當電腦執行到「呼叫函式」的程式碼時,就會跳到該函式的內部程式碼的第一行,並開始執行。當電腦執行完函式中所有的程式碼之後,又會再回到剛剛「呼叫函式」的程式碼,並繼續執行後續的程式碼。
舉例來說:
def first_function(): print('Hello World') first_function() #1 print('執行完 1 次') #2 first_function() #3 print('執行完 2 次') #4
如同上述程式碼所示,我們在第一次呼叫 first_function (#1) 之後,電腦會來到 first_function 的第一行程式碼,並執行「print(‘Hello World’)」,執行完 first_function 中的所有程式碼後,又會再回到剛剛呼叫的地方 (#1),並繼續執行後方的程式碼。最終的輸出為:
Hello World 執行完 1 次 Hello World 執行完 2 次
Python 中帶有參數的函式
走到 Python 程式語言基礎教學的第 7 篇文章,相信你已經非常熟悉如何透過 print() 函式,顯示我們想要的字串,我們在括號中所放的字串稱為 Argument,Argument 會在我們呼叫該函式的過程傳入該函式中。
舉例來說:
def second_function(name): print(f'Hello, {name}') second_function('Johnny')
在函式名稱 second_function 的後方括號中,我們放入一個變數「name」,這一個變數又稱為 Parameter,表示這個函式可以接受什麼參數傳入。因此,我在呼叫該函式的地方傳入了一個字串 ‘Johnny’,最後的顯示結果為:
Hello, Johnny
看到這裡也許你已經被 Parameter 與 Argument 搞得暈頭轉向,其實我們不需要太糾結於這些專有名詞,僅需了解它的意義:
- Parameter : 在「定義函式」階段,規定這一個函式能夠接受哪些東西。例如,上方程式碼中的「name」
- Argument : 在「呼叫函式」階段,實際上傳入函式的東西。例如,上方程式碼中的「’Johnny’」。
需要特別注意的是,函式所接受的 Parameter 在函式的內部可以當作一邊變數使用,然而當函式執行完畢之後,這一個變數也會被消滅掉,因此我們無法在函式的外部使用這一個變數。
舉例來說,我們在 second_function(‘Johnny’) 的下方加上一行:
def second_function(name): print(f'Hello, {name}') second_function('Johnny') print(name)
執行的結果為:
NameError: name 'name' is not defined
原因在於,name 這一個變數在 second_function 函式執行完畢之後就會被消滅,因此無法在函式的外面使用這一個變數。
Python 中帶有回傳值的函式
除了 print() 函式之外,我們也經常使用 len() 函式來取得字串的長度。
舉例來說:
name = 'Johnny' length = len(name) print(length)
上述程式碼將會顯示 name 這一個字串的長度。len() 函式呼叫後,會回傳一個整數,我們將這一個整數存到 length 變數中。
如果希望函式在執行後,能夠回傳數值到原來呼叫的地方,則必須使用「return」關鍵字。舉例來說:
def third_function(name): return f'Hello, {name}' output = third_function('Johnny') print(output)
在 third_function 中,我們透過 return 關鍵字回傳一個字串。因此,third_function(‘Johnny’) 執行完的結果會是 “Hello, Johnny”,並存到 output 變數中。
需要特別注意的是,當函式執行到「return」關鍵字時,則表示該函式執行結束,「return」之下的東西將不會被執行。
def fourth_function(name): return f'Hello, {name}' print('under return keyword') output = fourth_function('Johnny') print(output)
這段程式碼的執行結果將會與原來的相同。因為在 fourth_function 中,print(‘under return keyword’) 在 return 之後,因此將不會被執行。
Python 中的 NoneType 與 None
在Python 中的變數與資料類型文章中,我們介紹過 Python 中基本的資料型態,有 Integer、String 與 Floating-Point Number 等類型。
今天我們要再介紹一種新的 Data Type 稱為 NoneType,NoneType 只有唯一一個數值,稱為「None」。一個 Type 裡頭只包含 1 個或 2 個數值並不奇怪,我們之前學到的 Boolean Type 裡頭就只有 True 與 False 兩種數值。
那為什麼我們需要多學習 NoneType 這種神奇的 Data Type 呢?原因與函式的回傳值有關係!
實際上,每一個函式都應該要有回傳值,也就是每次呼叫函式過後必須都可以得到一個數值。例如,呼叫 third_function()、fourth_function() 與 len() 函式都可以得到一個數值。如果函式要有回傳值,就必須在函式的最後加上一個「return …」,然而我們並不是每一次都會在函式的最後加上這個東西。
為了解決這一個問題,只要我們在 Python 中所定義的函式沒有「return …」的話,那麼 Python 就會自動幫我們加上一個「return None」。我們再回來看看 first_function():
def first_function(): print('Hello World') output = first_function() if(output == None): print(f"output is None")
我們將 first_function() 的執行結果存到 output 變數中,並判斷 output 是不是等於 None。最後的輸出為:
Hello World output is None
由此我們可以理解,即使在 first_function() 中我們沒有回傳任何數值,也就是沒有使用「return …」,Python 仍會自動幫我們加上「return None」,使得函式最終的回傳值為 None。
結語
在本篇文章中,我們學習 Python 中函式的基本觀念,我們從最基本的函式開始,又來到帶有參數的函式,最後則是帶有回傳值的函式,並說明 Python 中的 NoneType 與 None 的觀念。
在下一篇文章中,我們會介紹 Python 中函式更深入的觀念,學習函式的範疇 (Function Scope)。
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