Python核心技术开发指南(033)——函数的嵌套

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• 本文原创作者：谷哥的小弟
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一、函数嵌套调用的基本语法

函数嵌套调用指的是在一个函数的函数体内部，调用另一个已定义的函数。其基本语法结构如下：

def 函数A():# 函数A的功能实现函数B()  # 在函数A内部调用函数B# 函数A的其他功能实现def 函数B():# 函数B的功能实现# 调用外层函数
函数A()

在上述结构中，函数A被称为外层函数，函数B被称为内层被调用函数。当执行函数A时，程序会在遇到函数B调用的位置暂停函数A的执行，转而执行函数B；函数B执行完毕后，程序会返回到函数A中函数B调用的位置，继续执行函数A的后续代码。

二、函数嵌套调用的示例描述与实现

示例1：数学运算中的嵌套调用

示例描述：定义两个函数，square函数用于计算一个数的平方，sum_of_squares函数用于计算两个数的平方和，其中sum_of_squares函数内部嵌套调用square函数。

示例实现：

def square(x):"""计算一个数的平方"""return x **2def sum_of_squares(a, b):"""计算两个数的平方和，嵌套调用square函数"""# 嵌套调用square函数计算a的平方square_a = square(a)# 嵌套调用square函数计算b的平方square_b = square(b)return square_a + square_b# 调用外层函数sum_of_squares
result = sum_of_squares(3, 4)
print(f"3的平方与4的平方之和为：{result}")  # 输出：3的平方与4的平方之和为：25

说明：sum_of_squares函数通过两次嵌套调用square函数，分别获取3和4的平方值，再将其相加得到结果25。

示例2：文本处理中的嵌套调用

示例描述：定义三个函数，capitalize_first函数用于将字符串首字母大写，trim_whitespace函数用于去除字符串首尾空格，process_text函数用于对文本进行综合处理（先去除空格，再首字母大写），其中process_text函数嵌套调用前两个函数。

示例实现：

def capitalize_first(s):"""将字符串的首字母大写，其余字母小写"""if len(s) == 0:return sreturn s[0].upper() + s[1:].lower()def trim_whitespace(s):"""去除字符串首尾的空格"""return s.strip()def process_text(text):"""综合处理文本：先去除空格，再首字母大写"""# 第一步：嵌套调用trim_whitespace去除空格trimmed_text = trim_whitespace(text)# 第二步：嵌套调用capitalize_first处理首字母processed_text = capitalize_first(trimmed_text)return processed_text# 测试不同输入的处理结果
print(process_text("   hello world   "))  # 输出：Hello world
print(process_text("  python programming  "))  # 输出：Python programming
print(process_text("   "))  # 输出：（空字符串）

说明：process_text函数通过嵌套调用两个专用函数，分步骤完成文本处理，使代码逻辑清晰，每个函数仅负责单一功能，便于维护和扩展。

示例3：流程控制中的多层嵌套调用

示例描述：定义四个函数，log_action函数用于记录操作日志，validate_input函数用于验证输入是否为正整数，calculate_factorial函数用于计算正整数的阶乘，process_factorial函数作为外层函数，依次嵌套调用前三个函数完成"输入验证→计算阶乘→记录日志"的完整流程。

示例实现：

def log_action(message):"""记录操作日志，在消息前添加时间标识"""import timetimestamp = time.strftime("%H:%M:%S", time.localtime())return f"[{timestamp}] 操作日志：{message}"def validate_input(n):"""验证输入是否为正整数，返回验证结果（布尔值）和提示信息"""if not isinstance(n, int):return False, "输入必须是整数"if n <= 0:return False, "输入必须是正整数"return True, "输入有效"def calculate_factorial(n):"""计算正整数n的阶乘"""result = 1for i in range(1, n + 1):result *= ireturn resultdef process_factorial(num):"""处理阶乘计算的完整流程：验证输入→计算阶乘→记录日志"""# 第一层嵌套：验证输入is_valid, msg = validate_input(num)if not is_valid:# 嵌套调用日志函数记录错误信息return log_action(f"阶乘计算失败：{msg}")# 第二层嵌套：计算阶乘factorial = calculate_factorial(num)# 第三层嵌套：记录成功日志return log_action(f"{num}的阶乘为{factorial}，计算成功")# 测试不同输入的处理结果
print(process_factorial(5))   # 输出：[当前时间] 操作日志：5的阶乘为120，计算成功
print(process_factorial(-3))  # 输出：[当前时间] 操作日志：阶乘计算失败：输入必须是正整数
print(process_factorial(3.5)) # 输出：[当前时间] 操作日志：阶乘计算失败：输入必须是整数

说明：该示例展示了多层嵌套调用的场景，process_factorial函数通过三次嵌套调用，将复杂流程分解为独立的验证、计算和日志记录步骤。

示例4：图形绘制中的嵌套调用

示例描述：定义两个函数，draw_line函数用于绘制指定长度和字符的直线，draw_rectangle函数用于绘制矩形，其中draw_rectangle函数多次嵌套调用draw_line函数绘制矩形的上下边和侧边。

示例实现：

def draw_line(length, char):"""绘制一条由指定字符组成的、指定长度的直线"""if length <= 0:returnprint(char * length)def draw_rectangle(width, height, border_char):"""绘制矩形，嵌套调用draw_line函数绘制各边"""if width < 2 or height < 2:print("矩形的宽和高必须至少为2")return# 绘制上边框draw_line(width, border_char)# 绘制侧边（中间部分）for _ in range(height - 2):# 侧边由一个边框字符、中间空格和另一个边框字符组成print(border_char + " " * (width - 2) + border_char)# 绘制下边框draw_line(width, border_char)# 调用函数绘制不同的矩形
print("3x5的矩形：")
draw_rectangle(3, 5, "*")print("\n6x4的矩形：")
draw_rectangle(6, 4, "#")print("\n无效尺寸的矩形：")
draw_rectangle(1, 3, "*")  # 输出：矩形的宽和高必须至少为2

运行结果：

3x5的矩形：
***
* *
* *
* *
***6x4的矩形：
######
#    #
#    #
######无效尺寸的矩形：
矩形的宽和高必须至少为2

说明：draw_rectangle函数通过嵌套调用draw_line函数绘制上下边框，使代码避免了重复编写绘制直线的逻辑，同时将矩形绘制的整体逻辑与直线绘制的细节逻辑分离。

三、函数嵌套调用的执行流程总结

函数嵌套调用的执行遵循"先进后出"的原则：

1. 程序执行外层函数时，遇到内层函数调用即暂停外层函数的执行。
2. 转入执行内层函数，若内层函数中还有更深层次的函数调用，则重复步骤1。
3. 最内层函数执行完毕后，返回其结果到上一层函数的调用位置，恢复该层函数的执行。
4. 依次类推，直至外层函数执行完毕，返回最终结果。