在 Julia 中定义和调用函数

随着程序变得更复杂，你常常会发现在多个地方编写相同或非常相似的代码块。这种重复会使代码更长，更难阅读，更容易出错。如果你需要修改那部分逻辑，你将不得不找到并更新每个实例。函数提供了一种简洁的解决方案，它允许你将一系列操作打包成一个独立的、命名的单元。你只需定义这个单元一次，然后就可以根据需要多次执行或“调用”它，每次可能使用不同的输入。这种方法对于编写结构良好、易于维护和高效的 Julia 代码非常重要。

Julia 函数的结构

在 Julia 中，你使用 function 关键字来定义一个函数，其后是函数名、一对括号中包含的参数 (parameter)列表，然后是函数体。函数的定义以 end 关键字结束。

这是通用结构：

function function_name(parameter1, parameter2, ...)
    # 代码块：函数执行的语句
    # ...
    return result # 可选：将一个值返回给调用者
end

我们来分解一下：

• function: 这个关键字表示函数定义的开始。
• function_name: 这是你给函数起的名称。你稍后将使用此名称调用函数。好的函数名通常具有描述性，并遵循 Julia 的约定，即使用小写字母，如果需要，单词之间用下划线分隔（例如，calculate_area）。
• parameters (例如，parameter1, parameter2): 这些是函数被调用时期望接收的值（输入）的占位符。参数在函数内表现为局部变量。如果函数不需要任何输入，你仍然使用空括号：function_name()。
• 函数体: 这些是 function 和 end 之间缩进的代码行。你在这里编写函数执行时将执行的指令。
• return result: return 关键字用于指定函数应输出的值。当 return 语句执行时，函数会立即停止并将 result 返回给调用它的程序部分。如果函数没有显式 return 语句，它会自动返回其主体中最后计算的表达式的值。对于初学者来说，使用显式 return 通常更清晰。
• end: 这个关键字标志着函数定义的结束。

定义你的第一个函数

让我们从一个非常简单的函数开始，它不接受任何输入，也不显式返回任何值。它的目的只是打印一句问候语。

function say_hello()
    println("来自 Julia 函数的问候！")
end

在这个例子中：

• say_hello 是函数名。
• 它不接受参数 (parameter)，因此括号 () 是空的。
• 函数体由一个 println 语句组成。
• 没有显式 return 语句。当被调用时，它将执行 println，然后隐式返回一个特殊值 nothing。

现在，让我们定义一个接受输入（参数）并返回计算值的函数。

function add_two_numbers(x, y)
    sum_value = x + y
    return sum_value
end

这里：

• add_two_numbers 是函数名。
• 它接受两个参数：x 和 y。当我们调用这个函数时，需要提供两个值，它们将分别赋值给 x 和 y。
• 在函数内部，sum_value = x + y 计算两个参数的和并将其存储在局部变量 sum_value 中。
• return sum_value 将计算出的和返回给调用者。

调用函数

定义函数并不会执行它。它只是告诉 Julia 函数的作用。要运行函数内部的代码，你必须“调用”它。你通过写函数名，后面跟括号来调用函数。如果函数需要参数 (parameter)（为其形参提供的值），你就在括号内部提供它们。

让我们调用刚刚定义的函数：

# 调用 say_hello 函数
say_hello()

当 Julia 遇到 say_hello() 时，它会执行 say_hello 函数内部的 println("来自 Julia 函数的问候！") 语句。输出将是：

来自 Julia 函数的问候！

现在，让我们调用 add_two_numbers。因为它需要两个实参，我们需要提供它们。函数返回的值可以存储在变量中，也可以直接使用。

# 使用实参 5 和 10 调用 add_two_numbers
first_sum = add_two_numbers(5, 10)
println("第一个和是：", first_sum)

# 再次使用不同的实参调用它
second_sum = add_two_numbers(3.14, 2.71)
println("第二个和是：", second_sum)

输出：

第一个和是：15
第二个和是：5.85

请注意 add_two_numbers(5, 10) 如何将 5 传递给函数内的形参 x，将 10 传递给形参 y。函数计算 5 + 10，返回 15，然后将其存储在 first_sum 变量中。可重用性很明显：我们用不同的输入调用了相同的 add_two_numbers 函数，得到了不同的结果，而无需重写加法逻辑。

以下图表说明了调用 first_sum = add_two_numbers(5, 10) 时的执行流程：

函数调用期间控制流和数据的过程。程序将实参传递给函数，函数执行并返回一个值，然后程序从中断处继续执行。

区分形参和实参很重要：

• 形参 是函数定义中列出的变量名（例如，add_two_numbers(x, y) 中的 x 和 y）。它们就像占位符。
• 实参 是你调用函数时传递给函数的实际值（例如，add_two_numbers(5, 10) 中的 5 和 10）。

短函数语法

对于可以在单行代码中表达的非常简单的函数，Julia 提供了一种更紧凑的语法。这通常用于数学运算或简单的转换。

语法是： function_name(parameter1, parameter2, ...) = expression

例如，我们的 add_two_numbers 函数可以简洁地写成：

add_two_numbers_short(x, y) = x + y

以及一个将数字求平方的函数：

square(n) = n * n

你调用这些短形式函数的方式与使用 function...end 块定义的函数完全相同：

another_sum = add_two_numbers_short(7, 8)
println("短函数求和：", another_sum) # 输出：短函数求和：15

squared_value = square(9)
println("9 的平方是：", squared_value)       # 输出：9 的平方是：81

这种紧凑形式仅仅是标准 function...end 定义的“语法糖”，当函数体只是一个提供返回值的表达式时。它可以使你的简单操作代码更易读。

通过定义和调用函数，你开始构建更结构化、更易于管理的程序。你将逻辑封装成可重用部分，使你的代码更容易理解、测试和修改。随着我们继续，你将学习更多关于函数实参、返回值以及其他使函数成为 Julia 中功能强大的工具的特性。