第5章 函数与作用域详解（def / return / 参数 / lambda / 高阶函数）

本章目标：全面掌握 Python 函数定义、调用、作用域规则与参数机制，并深入理解匿名函数与高阶函数（map/filter/reduce/lambda 等）的使用。

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1 函数的概念与定义

函数（Function）是实现代码复用和结构化程序设计的重要工具。
它将一段逻辑封装成可重复调用的模块。

1.1 定义语法

def 函数名(参数列表):
    """文档字符串（可选）"""
    函数体
    return 返回值

说明：

• def 是定义函数的关键字。
• 函数名遵循标识符命名规则。
• return 可返回任意对象；若省略则返回 None。

示例：

def greet(name):
    """打印问候语"""
    print(f"Hello, {name}!")

greet("Python")  # 调用函数

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2 return 语句与返回值

2.1 基本返回

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

result = add(3, 5)
print(result)  # 8

2.2 多个返回值（实为元组）

def calc(a, b):
    return a + b, a - b, a * b, a / b

res = calc(10, 2)
print(res)       # (12, 8, 20, 0)

s, d, m, q = calc(10, 2)
print(s, d, m, q)  # 解包赋值

💡 Python 的多返回值其实是将多个值打包成一个 tuple。

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3 函数的参数详解

3.1 位置参数（Positional Arguments）

调用时按顺序匹配参数：

    def greet(name, age):
        print(f"{name} is {age} years old.")

    greet("Alice", 25)

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3.2 关键字参数（Keyword Arguments）

可以不按顺序指定参数：

greet(age=30, name="Tom")

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3.3 默认参数（Default Arguments）

为参数设置默认值：

    def power(base, exp=2):
        return base ** exp

    print(power(3))      # 默认平方：9
    print(power(3, 3))   # 三次方：27

⚠️ 默认参数在定义时只会计算一次，不要将可变对象（如 []、{}）设为默认值。

def append_item(item, lst=[]):
    lst.append(item)
    return lst

print(append_item(1))  # [1]
print(append_item(2))  # [1, 2] ← 复用同一个列表！

正确写法：

    def append_item_safe(item, lst=None):
        if lst is None:
            lst = []
        lst.append(item)
        return lst

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3.4 可变参数：*args 与 **kwargs

• 收集位置参数（*args）

    def add_all(*args):
        return sum(args)

    print(add_all(1, 2, 3, 4))  # 10

• 收集关键字参数（**kwargs）

    def show_info(**kwargs):
        for k, v in kwargs.items():
            print(f"{k} = {v}")

    show_info(name="Alice", age=25, city="Tokyo")

• 混合使用顺序

  定义顺序必须为：

    位置参数 → 默认参数 → *args → **kwargs

示例：

def demo(a, b=10, *args, **kwargs):
    print(a, b, args, kwargs)

demo(1, 2, 3, 4, x=5, y=6)
# 输出：1 2 (3, 4) {'x': 5, 'y': 6}

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4 作用域与变量查找（LEGB 法则）

Python 查找变量遵循 LEGB 顺序：

级别	名称	说明
L	Local	当前函数内的局部作用域
E	Enclosing	嵌套函数外层（非全局）作用域
G	Global	当前模块的全局作用域
B	Built-in	内建作用域（如 len、range）

4.1 示例演示

x = "global"

def outer():
    x = "enclosing"
    def inner():
        x = "local"
        print(x)
    inner()

outer()  # 输出 local

Python 按 LEGB 从内到外依次查找变量。

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4.2 global 与 nonlocal

global：修改全局变量

count = 0

def add():
    global count
    count += 1

add()
print(count)  # 1

nonlocal：修改外层函数变量（闭包）

def outer():
    num = 10
    def inner():
        nonlocal num
        num += 5
        print(num)
    inner()

outer()  # 15

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5 lambda 表达式（匿名函数）

1 基本语法

lambda 参数: 表达式

示例：

add = lambda x, y: x + y
print(add(3, 5))  # 8

⚠️ 匿名函数只能写单个表达式，不可包含多条语句。

2 与内置函数配合使用

nums = [3, 1, 5, 2, 4]
nums.sort(key=lambda x: -x)  # 按降序排序
print(nums)

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6 高阶函数（Higher-Order Function）

高阶函数：接受函数作为参数或返回函数的函数。

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6.1 map()

将函数映射到序列：

nums = [1, 2, 3, 4, 5]
squares = list(map(lambda x: x**2, nums))
print(squares)  # [1, 4, 9, 16, 25]

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6.2 filter()

过滤序列中的元素：

nums = [10, 15, 20, 25, 30]
even = list(filter(lambda x: x % 2 == 0, nums))
print(even)  # [10, 20, 30]

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6.3 reduce()

对序列执行累计计算：

from functools import reduce

nums = [1, 2, 3, 4, 5]
product = reduce(lambda x, y: x * y, nums)
print(product)  # 120

reduce 位于 functools 模块中。

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6.4 sorted() + key

可结合 lambda、len、自定义函数使用：

words = ["Python", "Java", "C", "JavaScript"]
result = sorted(words, key=lambda w: len(w), reverse=True)
print(result)  # ['JavaScript', 'Python', 'Java', 'C']

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7 闭包（Closure）

闭包是函数中返回函数的结构，内部函数记住了外部函数的变量。

def make_adder(n):
    def adder(x):
        return x + n
    return adder

add5 = make_adder(5)
print(add5(10))  # 15

即使外层函数执行完毕，内部函数仍可访问其外部变量。

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8 装饰器（Decorator）—— 函数的高级用法

装饰器是对函数的“包装”，常用于日志记录、权限控制、性能统计等。

def logger(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        print(f"调用函数: {func.__name__}")
        result = func(*args, **kwargs)
        print("执行完毕")
        return result
    return wrapper

@logger
def add(a, b):
    return a + b

print(add(2, 3))

输出：

调用函数: add
执行完毕
5

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9 递归函数（Recursive Function）

函数调用自身的结构称为递归。

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

print(factorial(5))  # 120

递归要有终止条件，否则会导致栈溢出。

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10 综合案例：学生成绩分析函数

定义函数：输入成绩列表，返回平均分、最高分、最低分 { "Tom": [85, 92, 78], "Alice": [88, 90, 95], "Bob": [70, 80, 75] }

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11 小结

知识点	关键词	功能 / 特点
函数定义	def	定义可复用代码块
参数类型	位置 / 关键字 / 默认 / args / *kwargs	提高灵活性
作用域规则	LEGB	决定变量查找顺序
匿名函数	lambda	简洁表达式函数
高阶函数	map / filter / reduce / sorted	函数式编程核心
闭包	内层函数访问外层变量	延迟执行、状态保持
装饰器	@语法糖	函数增强与复用
递归	自身调用	分治与结构化逻辑

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