Python 中的函式 (Function) 觀念 (Part 2)

1 前言

在Python 中的函式 (Function) 觀念 (Part 1)中，我們從最基本的函式開始，一路看到帶有參數的函式、帶有回傳值的函式，也順帶說明了 Python 中 None 與 NoneType 的概念。

這篇文章接著往下講三個實務上天天會用到的觀念：Default Argument (預設值參數)、Keyword Argument (關鍵字參數)，以及 Scope (範圍)。前兩個決定了「呼叫函式時可以怎麼傳參數」，最後一個則決定了「函式裡建立的變數活多久、誰看得到它」。

2 Python Function 的 Default Argument

先用一個簡單的例子回顧上一篇的內容：

def say_hello(name):
    print(f'hello, {name}')

上方程式碼定義了一個 say_hello 函式，這個函式接受一個參數。呼叫時傳入一個字串：

say_hello('Tom')

字串 “Tom” 就會對應到 name 這個參數。

問題來了，假如呼叫 say_hello 時什麼都不傳：

say_hello()

電腦會顯示錯誤訊息：

TypeError: say_hello() missing 1 required positional argument: 'name'

原因很單純：我們在定義 say_hello 時就講明了它會接受一個參數，呼叫時卻沒有傳任何東西進去，電腦不知道要把 name 替換成什麼數值，只好報錯。

順著這個想法，如果希望呼叫 say_hello 時就算沒傳東西也不要跳錯誤，我們可以替參數 name 加上一個預設值：

def say_hello(name="Johnny"):
    print(f'hello, {name}')

say_hello()

這樣一來，就算呼叫時沒傳任何東西，電腦也知道要把 name 當成 “Johnny” 來用。當然，如果有傳入數值，傳入的數值就會蓋掉預設值。

說白了，「Default Argument」指的就是帶有「預設值」的參數。

3 混用「有」預設值與「沒有」預設值的參數

定義函式時，如果參數有些有預設值、有些沒有，一定要確保：沒有預設值的參數要放在左邊。

舉例來說：

def say_hello(age, name="Johnny"):
    print(f'I am {name}')
    print(f'I am {age} years old')

say_hello 接受 age (沒有預設值) 與 name (有預設值) 兩個參數，age 就必須寫在 name 的左邊。如果放錯邊：

def say_hello(name="Johnny", age):
    print(f'I am {name}')
    print(f'I am {age} years old')

程式在定義的當下就會出錯，連呼叫都輪不到：

SyntaxError: non-default argument follows default argument

4 Python Function 的 Keyword Argument

呼叫函式時，我們傳入的資訊是靠「位置」對應到函式的參數的。

以上面定義的 say_hello 函式為例：

def say_hello(age, name="Johnny"):
    print(f'I am {name}')
    print(f'I am {age} years old')

因為 name 有預設值，呼叫時可以傳一個參數，也可以傳兩個。如果只傳一個：

say_hello(100)

這個參數 (100) 會對應到 say_hello 的 age 參數，name 則沿用預設值 “Johnny”。當我們傳入兩個參數：

say_hello(100, Tom)

傳入的第一個參數 (100) 對應到 say_hello 的第一個參數 age；傳入的第二個參數 (Tom) 對應到第二個參數 name。順序一旦搞混，值就會跑到錯的參數上。

除了靠「位置」對應，我們也可以直接用「關鍵字」指定要塞給哪一個參數：

say_hello(age=100, name="Tom")

用關鍵字指定之後，傳入參數的順序就可以任意變動，寫成這樣結果完全一樣：

say_hello(name="Tom", age=100)

參數一多的時候，這種寫法的可讀性會好非常多，光看呼叫的那一行就知道每個數值是幹嘛的，不用回頭去翻函式的定義。

5 print( ) 函式的 Keyword Argument

Keyword Argument 不是自己寫的函式才有，我們天天在用的 print() 其實也吃好幾個參數。舉例來說，print() 顯示完一段字串後，預設會在結尾補上一個「換行符號」，所以下一個 print() 印出來的東西會跑到下一行：

print('Hello')
print('Johnny')

執行後的結果，Hello 在第一行、Johnny 在第二行：

Hello
Johnny

如果希望 Johnny 不要換行、直接接在 Hello 後面，可以透過 end 這個 Keyword Argument 指定要附加在字串最後面的字元。

例如，在 Hello 字串的最後方不要附加任何字元：

print('Hello', end="")
print('Johnny')

此時顯示的結果為：

HelloJohnny

或者，在 Hello 字串的最後方附加「一個空格」：

print('Hello', end=" ")
print('Johnny')

此時顯示的結果為：

Hello Johnny

換句話說，平常看到的換行只是 end 的預設值剛好是換行符號而已，不是 print() 寫死的行為。

6 Python 中的 Scope 觀念

在上一篇文章中我們提過，如果在函式「外部」存取函式「內部」的變數，電腦會跳出錯誤訊息。舉例來說：

def say_hello(age, name="Johnny"):
    print(f'I am {name}')
    print(f'I am {age} years old')

print(age)

NameError: name 'age' is not defined

因為 age 這個變數只存在於 say_hello 函式內部，所以在函式外部存取不到。一個函式會有自己的「範圍」、自己的「界線」，這就是程式語言中的 Scope 觀念。

7 Local Scope 與 Global Scope

Scope 可以分為 Local Scope 與 Global Scope：函式內部會形成一個 Local Scope，函式外部則屬於 Global Scope。在 Local Scope 中建立的變數稱為 Local Variable (區域變數)；在 Global Scope 中建立的變數稱為 Global Variable (全域變數)。一個變數只能擁有一個身份，不是 Local Variable 就是 Global Variable，不可能兩者兼具。

a = 5
b = 10

def example():
    c = 15
    d = 20

e = 25

以上述程式碼為例，變數 a、b 與 e 都在 Global Scope 中，屬於 Global Variable；變數 c 與 d 寫在函式裡，在 Local Scope 中，屬於 Local Variable。

相信聰明的你已經發現：函式內部的變數就是 Local Variable，函式外部的變數就是 Global Variable。一個程式可以有很多個 Local Scope (有幾個函式就可能有幾個)，但是只會有一個 Global Scope。

8 Python 中變數的生命週期

知道變數分成 Local Variable 與 Global Variable 之後，接著要看的是這兩種變數各自「活多久」。

當一個**「函式」**被執行時，屬於這個函式的 Local Scope 也會被建立，函式中所建立的變數都會存放在這個 Local Scope 裡。當函式執行結束，這個 Local Scope 隨之被消滅，存放在裡面的區域變數當然也跟著消失。這也解釋了為什麼前面 print(age) 會拿不到東西：函式跑完，age 就不存在了。

當一個完整的**「程式」** (.ipynb 或 .py) 開始執行時，屬於這個程式的 Global Scope 也會被建立，程式中所建立的變數都會存放在這個 Global Scope 裡。當程式執行結束，這個 Global Scope 隨之被消滅，存放在裡面的全域變數也會跟著消失。

9 Python 中 Scope 的重要性質

了解 Local Scope 與 Global Scope 之後，可以整理出 Scope 的四項重要性質：

• 在 Global Scope 中的程式碼，不可以存取 Local Scope 中的變數 (Local Variable)
• 在 Local Scope 中的程式碼，可以存取 Global Scope 中的變數 (Global Variable)
• 在 Local Scope 中的程式碼，不可以存取其他 Local Scope 中的變數 (Local Variable)
• 假設兩個變數處在不同的 Scope 中，這兩個變數可以使用相同的名字

10 結論

這篇文章介紹了 Python 函式中的 Default Argument 與 Keyword Argument，讓我們在定義與呼叫函式時更有彈性；也說明了 Scope 的概念，以及 Local Variable (區域變數) 與 Global Variable (全域變數) 各自的生命週期。

最後列出的四項 Scope 性質，是理解「變數為什麼有時候讀得到、有時候讀不到」的關鍵。下一篇文章 (Python 中的函式 (Function) 觀念 Part 3) 會針對這四項性質逐一說明它們的意義。