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习题 — 第 2 章：函数

一组练习题，按它们所练习的小节分组。请自己动手；凡题目中给出代码，都当作给定数据或起点。每题都附示例输出，让你知道目标是什么。本页不提供解答。

1. 定义与调用函数

练习 1.1 — 你的第一个函数

写一个函数 double(x)，返回 x * 2，然后对 21 和 3.5 各调用一次。

示例输出 

42
7.0

练习 1.2 — 一个没有形参的函数

写 greet()，不取任何实参，返回 "Hello, class!"。调用它。然后打印 greet（不带括号），并解释其中的差别。

示例输出 

Hello, class!
<function greet at 0x...>

练习 1.3 — return vs print

写两个函数：add_return(a, b) 返回 a + b，add_print(a, b) 把它打印出来。把每次调用的结果存进一个变量并打印那个变量。为什么其中一个是 None？

示例输出 

7
7
None

练习 1.4 — 返回多个值

写 min_max(numbers)，把最小值和最大值作为一个元组一起返回，并把结果解包到 low, high。用 [4, 9, 1, 7] 测试。

示例输出 

1 9

练习 1.5 — 默认形参

写 power(base, exponent=2)，使 power(5) 求平方、power(5, 3) 求立方。

示例输出 

25
125

练习 1.6 — 被共享的可变默认值

先预测输出，再运行。解释是默认列表住在哪里，让第二次和第三次调用越长越大。

def append_to(element, to=[]):
    to.append(element)
    return to

print(append_to(1))
print(append_to(2))
print(append_to(3))

示例输出 

[1]
[1, 2]
[1, 2, 3]

练习 1.7 — 修好这个陷阱

用 None 哨兵的写法重写 append_to，让每次不带列表的调用都从头开始。确认 append_to(1) 和 append_to(2) 各返回一个单元素列表。

示例输出 

[1]
[2]

练习 1.8 — 局部是私有的

运行下面的代码。为什么最后一行抛出 NameError？

def square(n):
    result = n * n
    return result

print(square(4))
print(result)

示例输出 

16
NameError: name 'result' is not defined

2. 命名空间与作用域

练习 2.1 — 预测 LEGB

先预测全部三行输出，再运行。

x = "global"

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

outer()
print(x)

示例输出 

local
enclosing
global

练习 2.2 — 读取一个全局

写一个函数 show()，不把模块层变量 counter（设为 0）作为实参，而是直接打印它的值。解释这个名字是在哪个作用域里被找到的。

示例输出 

0

练习 2.3 — 遮蔽一个内置

先预测每一行。然后加一行，恢复对内置 max 的访问。

print(max(1, 2))
max = min
print(max(1, 2))

示例输出 

2
1

练习 2.4 — UnboundLocalError

解释这为什么会报错，并用两种方式修好它：一次用 global，一次把 counter 传进来、再返回新值。

counter = 0
def bump():
    counter = counter + 1
    return counter
bump()

示例输出 

UnboundLocalError: ...local variable 'counter'...

练习 2.5 — global 关键字

用 global 写 add(n)，使反复调用都累加进一个模块层的 total。调用 add(3) 再 add(4)，并打印 total。

示例输出 

7

练习 2.6 — nonlocal

写 outer()，定义 message = "before"，再写一个嵌套的 inner()，用 nonlocal 把它设为 "after"。调用 inner()，再从 outer 里打印 message。

示例输出 

after

练习 2.7 — 为什么一个交换函数会失败

运行这段代码。为什么之后 a 和 b 没变？用局部名称来讨论它。

def swap(x, y):
    x, y = y, x

a, b = 1, 2
swap(a, b)
print(a, b)

示例输出 

1 2

练习 2.8 — 查看命名空间

写一个有一个局部变量的函数，打印 list(locals())，以及名字 "print" 是否在 dir(__builtins__) 里。确认那个局部出现了、而 print 是个内置。

示例输出 

['note']
True

3. 一等与高阶函数

练习 3.1 — 字典里的函数

建一个字典 ops，把 "sq" 映射到一个求平方的函数、"neg" 映射到一个取反的函数，然后经由字典对值 4 各调用一次。

示例输出 

16
-4

练习 3.2 — 一个高阶函数

写 apply_twice(func, x)，返回 func(func(x))。用一个“加 3”的函数、从 10 开始测试。

示例输出 

16

练习 3.3 — 用 key 排序

给定 words = ["python", "is", "great"]，用带 key 的 sorted 按长度把它们排序。

示例输出 

['is', 'great', 'python']

练习 3.4 — 位置 vs 关键字

定义 rect(width, height)，返回面积。先按位置调用一次，再用两个关键字、以相反顺序调用一次；确认结果相同。然后解释为什么 rect(height=3, 4) 是个错误。

示例输出 

12
12

练习 3.5 — *args

写 my_sum(*args)，把它收到的、无论多少个数字相加。用两个、再用五个数字测试。

示例输出 

3
15

练习 3.6 — **kwargs

写 scoreboard(**players)，接受像 scoreboard(Alice=9, Bob=7) 这样的调用，并为每一项打印 "Alice: 9"。（回忆 kwargs 是一个字典。）

示例输出 

Alice: 9
Bob: 7

练习 3.7 — 解包谜题

预测每个名称被绑定到的值。

a, *b, c = 1, 2, 3, 4, 5
print(a, b, c)

*d, e = [10, 20, 30]
print(d, e)

示例输出 

1 [2, 3, 4] 5
[10, 20] 30

练习 3.8 — 铺进一次调用

给定 pair = (3, 4) 和返回 base ** exp 的 power(base, exp)，用 * 把 pair 铺开来调用 power。

示例输出 

81

练习 3.9 — 一个造函数的闭包

写 make_adder(n)，返回一个把 n 加到其实参上的函数。造出 add10 和 add100，各对 5 调用一次。

示例输出 

15
105

练习 3.10 — 一个计数器闭包

写 make_counter()，返回一个在相继调用时返回 1、2、3、… 的函数（用 nonlocal）。展示两个计数器彼此独立。

示例输出 

1 2 3
1

练习 3.11 — 带私有状态的闭包

写 make_account(balance)，返回一个含两个函数的字典：deposit(amount) 和 withdraw(amount)，它们共享一个私有的 balance（外面无法直接访问它）。从起始余额 100 存入 50、取出 30 后，一个 balance() 报告器应当显示 120。

示例输出 

120

练习 3.12 — lambda

给定 people = [("Ada", 36), ("Bob", 41), ("Cleo", 29)]，用一个 lambda key 配合 max 找出最年长者，并按名字排序。

示例输出 

('Bob', 41)
[('Ada', 36), ('Bob', 41), ('Cleo', 29)]

4. 实践用例

装饰器

练习 4.1 — 一个记日志的装饰器

写一个装饰器 announce，使装饰 add(a, b) 后调用 add(2, 3) 时，会在前后各打印一行，然后返回结果。

示例输出 

add is being called.
finished calling add.
5

练习 4.2 — 一个计时装饰器

写一个装饰器 timed，打印被包装函数花了多长时间（前后各用一次 time.perf_counter()）。把它用到一个对 range(1_000_000) 求和的函数上。

示例输出 

sum_range took 0.02s
499999500000

练习 4.3 — 记忆化

写一个装饰器 memoize，把结果缓存进一个字典，让用相同实参的重复调用瞬间完成。把它用到一个慢的递归 fib 上，确认答案一致。

示例输出 

55

练习 4.4 — assert 作为守卫

写 mean(values)，用 assert 拒绝空列表和含 None 的列表，否则返回平均值。

示例输出 

4.0
AssertionError: mean() needs at least one value

递归

练习 4.5 — 阶乘

写一个递归的 factorial(n)（基准情形 n == 0 返回 1）。用 5 测试。

示例输出 

120

练习 4.6 — 递归求和

写 total(xs)，用递归（而非循环）返回一个列表之和（基准情形：空列表返回 0）。

示例输出 

10

练习 4.7 — 斐波那契

写一个递归的 fib(n)，fib(0) = 0、fib(1) = 1，并打印前十个斐波那契数。

示例输出 

[0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34]

练习 4.8 — 递归的幂

递归地写 power(base, exp)（基准情形 exp == 0 返回 1）。测试 power(2, 10)。

示例输出 

1024

练习 4.9 — 倒计时

写一个递归的 count_down(n)，打印 n, n-1, …, 1，然后是 "liftoff!"。

示例输出 

3
2
1
liftoff!

map、filter、reduce

练习 4.10 — map

用 map 把 ["1", "2", "3"] 变成列表 [1, 2, 3]。（提示：传 int。）

示例输出 

[1, 2, 3]

练习 4.11 — filter

用 filter 从 ["hi", "there", "ok", "world"] 里只保留长度超过三个字母的词。

示例输出 

['there', 'world']

练习 4.12 — reduce

用 reduce（来自 functools）计算 [1, 2, 3, 4, 5] 的乘积。

示例输出 

120

生成器

练习 4.13 — 一个偶数生成器

写一个生成器 evens(limit)，产出 0、2、4、… 直到（不含）limit，并打印 list(evens(10))。

示例输出 

[0, 2, 4, 6, 8]

练习 4.14 — 完全平方数

写一个生成器，永远产出完全平方数 1、4、9、16、…，并用它打印前五个。

示例输出 

1 4 9 16 25

练习 4.15 — 生成器表达式

用一个生成器表达式，构建一个 0–4 立方的生成器，打印它的 type，再打印它的 list(...)。

示例输出 

<class 'generator'>
[0, 1, 8, 27, 64]

练习 4.16 — 一次性

生成器是一次性的。预测下面第二次 list(...) 并解释。

g = (x for x in range(3))
print(list(g))
print(list(g))

示例输出 

[0, 1, 2]
[]

错误处理

练习 4.17 — 安全除法

写 safe_divide(a, b)，返回 a / b，或在除以零时打印一条消息并返回 None。

示例输出 

5.0
can't divide by zero
None

练习 4.18 — 安全取下标

写 safe_index(seq, i)，返回 seq[i]，或在下标越界时返回 None（接住 IndexError）。

示例输出 

20
None

练习 4.19 — try / except / else / finally

写 read_int(text)，成功时返回 int(text)、遇 ValueError 时返回 None，在 else 里打印 "ok"、在 finally 里打印 "done"。对 "42" 和 "oops" 各调用一次。

示例输出 

ok
done
42
done
None

5. 补遗与风格

练习 5.1 — 给函数写文档

给一个函数 add(a, b) 加上一行文档字符串和类型提示。然后打印它的 __doc__。

示例输出 

Return the sum of a and b.

练习 5.2 — 仅关键字形参

定义 make_user(name, *, admin=False)。展示 make_user("Ada", True) 抛出 TypeError、而 make_user("Ada", admin=True) 能用。解释为什么。

示例输出 

TypeError: make_user() takes 1 positional argument but 2 were given

练习 5.3 — 收拾干净（PEP 8）

把这个重写成符合 PEP 8 的样子（命名、空格、排布），保持行为完全一致。

def Mul (A,B):return A*B

示例输出 

6

练习 5.4 — 偏应用（选做）

用 functools.partial，把一个两实参的 power(base, exp) 通过固定 exp=2 造出 square，并调用 square(7)。

示例输出 

49