2.5　函数

随着程序的复杂度增大、代码量增多，如何写出可重复使用的代码就是读者必须要思考的问题了，谁都不希望类似的功能编写多次，而函数则可以解决这样的问题。

2.5.1　基本函数体

函数是一种可复用的、用于实现相关联功能的代码块，通过函数可以降低代码的重复使用率。在前面的内容中，我们已经使用了大量的函数，如print函数、input函数等，通常我们也可将函数称为方法。

在Python中，我们通过def关键字来定义函数，示例代码如下：

函数定义的具体规则如下。

（1）函数代码块以def关键字开头，后接函数名、圆括号与冒号。

（2）函数可以接收任何参数，但参数必须放在圆括号内。

（3）函数中的代码块以冒号起始，并且要有缩进。

（4）函数的最后可以通过return关键字结束函数，并返回函数代码块执行的结果。如果不使用return关键字，则默认返回None，即空。

定义好函数后，我们可以通过函数加参数的形式来调用函数。示例代码如下：

上述代码定义了名为add并具有start_num与end_num两个参数的函数，该函数的作用就是计算start_num累加到end_num的值，并通过return关键字返回计算结果。在定义好函数后，我们通过函数名就可以调用函数了，将不同的参数传入函数以此获得不同的结果。

如果不使用函数的形式计算多个不同值之间的累加值，那么就需要重复编写多次for 循环的逻辑代码；而如果使用函数，则只需将具体的逻辑通过函数的形式进行定义，即可轻松复用多次。

2.5.2　局部作用域与全局作用域

要进一步理解函数，局部作用域与全局作用域的概念是无法绕开的。当一个函数被定义后，函数内部就是函数的局部作用域，函数内部新创建的变量被称为局部变量；而函数外部就是全局作用域，全局作用域中的变量被称为全局变量。

局部作用域与全局作用域之间存在对应的规则，下面我们通过不同的示例代码来理解这些规则。

全局作用域不可使用局部变量，示例代码如下：

如果在全局作用域中直接使用函数局部作用域中定义的局部变量，则会出现变量未定义的情况，因为全局作用域无法直接读取局部作用域中定义的变量，此时如果使用局部变量，编译器会认为当前变量不存在，便会抛出变量未定义的错误。

在局部作用域中可以读取全局变量，示例代码如下：

有时，我们在局部作用域中使用全局变量却会报错，我们看下面这段代码：

上述代码定义了function函数，在function函数中我们尝试在局部作用域中修改全局变量，此时抛出了UnboundLocalError: local variable 'variable' referenced before assignment错误，这会让很多人以为在局部作用域中不能修改全局作用域的变量，其实不是的，报错的内容是说变量variable在赋值之前被使用了。

如果我们在局部作用域中有变量赋值操作，那么Python解释器会认为该变量是局部变量。在报错代码variable = variable + 1中，Python解释器发现variable变量有赋值操作，会认为它是局部作用域中的变量，而variable变量其实并没有定义在局部作用域中，所以在使用variable变量时，就抛出了错误。

一个函数中的局部作用域不能使用其他函数中的局部变量，示例代码如下：

上述代码中定义了名为function1与function2的函数，两个函数都在自身的局部作用域中定义了相应的变量，而function2函数除定义局部变量外，还尝试读取function1中自定义的局部变量，这会抛出NameError: name 'a' is not defined错误。在Python中，不同函数所拥有的局部作用域是相互独立且不可相互访问的。

不同作用域可以使用相同名称的变量，示例代码如下：

上述代码中，不同的作用域使用了同名变量，虽然同名，但它们并不是同一个变量，这从输出结果也可以看出。

局部作用域与全局作用域之间的规则如下。

（1）全局作用域不可使用局部变量。

（2）局部作用域可以读取全局变量，但不能直接对其进行修改。

（3）一个函数中的局部作用域不能使用其他函数中的局部变量。

（4）不同作用域可以使用相同名称的变量。

2.5.3　global关键字

如果我们想在局部作用域中修改全局变量的值，就需要使用global关键字，在局部作用域中通过global关键字将局部变量声明成全局变量，此时就可以在局部作用域中修改全局变量。示例代码如下：

上述代码定义了名为add的函数，其中使用了全局变量a与全局变量b。因为我们要对其进行修改，所以在add函数的局部作用域中使用global关键字声明变量a与变量b为全局变量。从输出结果可以看出，全局变量a与全局变量b被add函数改变了。

global关键字虽然可以让用户在局部作用域中修改全局作用域中的变量，但我们并不提倡这种形式，当代码比较复杂时，过度使用global关键字会让代码逻辑变得复杂，容易出现Bug。

程序员通常将错误程序称为Bug，Bug直译为虫子，为什么要将错误程序称为虫子呢？

1949年9月9日，天气炎热，当时人们还在使用真空管制作的计算机，这种计算机通过电流来控制逻辑开关，从而实现不同的目的。这种形式的计算机会发出大量的光和热，再加上天气炎热，工作人员就将计算机所在房间的窗户全部打开通风。

可能是被房间内计算机的光线所吸引，一只飞蛾飞进了计算机的70号继电器中，导致计算机无法运行。

经过工作人员一天的排查，名为Grace Hopper的女性工作人员发现了这只飞蛾，她用自己的发夹将飞蛾夹出，并将它的尸体贴在自己的管理日志中，上面写道：“就是这个Bug（虫子），让我们一天都无法工作”，如图2.2所示。

Grace Hopper的管理日志目前保存在美国国家历史博物馆中，从此计算机程序中出现的错误都被称为Bug，而修改程序错误的行为便被称为Fix Bug。

2.5.4　实现斐波那契数列

简单来说，若一个数列中的每项都是前两项的和，那么这个数列就是斐波那契数列，具体如下：

如何通过程序输出斐波那契数列？

仔细思考，如果要获得完整的斐波那契数列，则必须使用for循环或while循环。此外，获得完整斐波那契数列的关键在于如何实现“每项都是前两项的和”的逻辑。具体代码如下：