函数

复习

• 高级语言：再加一层：从“控制机器”转向“描述问题”
• 变量、类型与表达式：名字如何代表数据，表达式如何变成运算
• 分支与循环：高级语言结构如何落到比较和跳转指令

TL;DR

• 函数把一段工作打包并命名，需要时按名字调用
• 参数是传给它的输入，返回值是它交回的结果
• 调用函数＝跳进去执行，做完再跳回来
• “怎么跳回来、局部数据放哪”先当黑箱，下一章打开

正文

　　试试写这样一个程序：求两个数的最大值。上一章我们已经会了：

if x > y:
    m = x
else:
    m = y

　　可如果程序里有五处都要“求最大值”，难道把这四行抄五遍？

　　抄写的问题不只是累，更要命的是 改起来麻烦 ：哪天逻辑要调整，五处都得改，漏一处就出 bug。这和前面“手工数地址”的困境如出一辙。

　　老办法还是那句： 起名字，打包。

把一段工作命名

　　我们把“求最大值”这件事打包成一个 函数 （function）：

function max(a, b):
    if a > b:
        return a
    else:
        return b

　　这段代码给“求最大值”起了个名字 max，并规定它收两个输入 a、b，算完交回一个结果。用起来就像用一个新指令：

m = max(x, y)

　　这一行叫 函数调用 （call）。上面那段定义，则叫 函数定义 。

参数与返回值

　　函数和外界打交道，靠两样东西：

• 参数 （parameter）：a、b 就是参数，是调用者传进来的 输入
• 返回值 （return value）：return 后面那个值，是函数交还给调用者的 输出

　　一旦进到函数内部，a、b 就像两个普通的局部变量——它们只在函数里有意义。同一个函数被不同地方调用，各次传入的 a、b 互不干扰。

　　你也许会觉得，这不就是把代码换个写法吗？可它的意义很大： 函数让“一段工作”有了名字和边界 。调用者只需知道“max 能给我较大的那个数”，不必关心里面怎么比。又是一层抽象。

调用时机器在忙什么

　　高级语言里一句 m = max(x, y)，落到机器上，大致是三步：

1. 把参数 x、y 送到函数能拿到的地方
2. 跳到 max 的代码去执行
3. 算完之后，带着结果跳回原来那句话的后面，继续往下走

　　第 2 步不难，就是一次跳转。真正的谜题在第 3 步： 函数怎么知道该跳回哪里？

　　同一条函数可能被调用于很多个不同的地方，返回时得跳回“当初调用的那处”。这个“回来的地址”必须被记下来，而且——如果函数里又调用了别的函数呢？——得能一层层记下去。这里显然藏着一点门道。

　　还有，函数的参数和局部变量又存在哪里？总不能全塞进那几个固定寄存器里。

先留一个黑箱

　　这一章，我们先把“调用与返回”当成一个黑箱： 给它参数，它给回结果 ，中间怎么办到的，暂时不追究。

　　下一章，我们再打开这个黑箱，看看“记住回来的路”“安置局部数据”这两件事，是怎么用一个叫作 栈 的东西一次解决的。

思考题

　　假设 max 函数被程序里三个地方调用。返回时，它怎么知道该回到哪一处？如果把“回来的地址”只记在一个固定位置，会发生什么问题？

小结

知识点

• 函数：给一段工作命名并打包
• 参数是输入，返回值是输出
• 函数调用＝传参、跳入、执行、返回
• 函数让代码可复用、可读、便于修改

参考资料

1. Wikipedia(zh)：子程序：函数与过程
2. Wikipedia(zh)：参数：函数的参数与返回值

思考题答案（仅供参考）

　　函数必须在调用时把“回来的地址”记下来，返回时再跳回那里。如果只用一个固定位置记录返回地址，那么当 max 里又调用了别的函数、或者发生更深的调用时，后来的返回地址会把先前的覆盖掉，返回时就跳错了地方。这正是下一章要用“栈”解决的问题：把一串返回地址按顺序叠起来，后进的先出。

协议

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设计师 | 南国微雪