一、函数：把一段活儿打包

1.1 为什么需要函数：看一段"复制粘贴"的代码

假设要算三次圆面积：

r1 = 5
area1 = 3.14159 * r1 * r1
print(f"半径 {r1} 的圆，面积是 {area1:.2f}")

r2 = 10
area2 = 3.14159 * r2 * r2
print(f"半径 {r2} 的圆，面积是 {area2:.2f}")

r3 = 2.5
area3 = 3.14159 * r3 * r3
print(f"半径 {r3} 的圆，面积是 {area3:.2f}")

问题很明显：3.14159 * r * r 抄了三遍。

• 想改精度（改成 3.14）？三处都得改，漏一处就是隐藏 bug。
• 想加个判断（半径不能是负数）？又得写三遍。

用函数改造：

import math

def circle_area(r):
    """算圆的面积"""
    if r < 0:
        return None
    return math.pi * r * r

for r in [5, 10, 2.5]:
    print(f"半径 {r} 的圆，面积是 {circle_area(r):.2f}")

1.2 定义与调用：def 和"打括号"

def say_hello():                # ← 定义：def 函数名(参数):  ← 冒号别忘
    print("你好！")              # ← 函数体：必须缩进 4 格

say_hello()                     # ← 调用：函数名 + 括号
say_hello()                     # 想用几次就叫几次

三件事要分清：

say_hello      # 没报错，也什么都没发生

1.3 参数：把"变化的部分"留成口子

def greet(name, times):
    for _ in range(times):          # _ 表示"这个变量我用不上，占个位"
        print(f"你好，{name}！")

greet("波仔", 2)

输出：

你好，波仔！
你好，波仔！

为什么参数很重要：因为函数要"能通用"。如果你把 波仔 写死在函数里，那这个函数就只能对一个人说你好。

1.4 返回值：return——这是最需要分清的一点

def add(a, b):
    return a + b                # 把结果"交出去"

result = add(3, 5)              # 用变量接住
print(result)                   # 8

def bad_add(a, b):
    print(a + b)              # 只能看，拿不走

def good_add(a, b):
    return a + b              # 能拿走

x = bad_add(3, 5)             # 屏幕上显示 8
print(x)                      # 但 x 是 None！因为函数没 return

y = good_add(3, 5)            # 屏幕上什么都不显示
print(y * 2)                  # 16 —— 结果能接着算

return 还有第二个作用：立刻结束函数（和循环里的 break 有点像）：

def check_age(age):
    if age < 0:
        return "年龄不能是负数"     # 直接结束，后面的代码不执行
    if age < 18:
        return "未成年"
    return "成年"

print(check_age(-5))      # 年龄不能是负数
print(check_age(10))      # 未成年
print(check_age(25))      # 成年

1.5 返回多个值（Python 的特产）

别的语言要返回两个值很麻烦，Python 直接返回：

def divide(a, b):
    """返回 (商, 余数)"""
    return a // b, a % b

shang, yu = divide(10, 3)      # 直接拆成两个变量接住
print(shang, yu)               # 3 1

1.6 默认参数：可以省略的"标配"

def connect(host, port=22):
    print(f"连接 {host}，端口 {port}")

connect("192.168.1.10")           # 用默认端口 22
connect("192.168.1.10", 5900)     # 指定端口 5900

def connect(port=22, host):       # ❌ SyntaxError: non-default argument follows default argument

还有个更好用的形式——按名字传参：

connect(host="192.168.1.10", port=5900)      # 名字写清楚，顺序无所谓

参数多的时候强烈建议这么写（读代码的人一眼知道哪个是哪个，不容易传错顺序）。

1.7 作用域：函数里的变量是"私有的"

count = 0                     # 全局变量（函数外面）

def add_one():
    count = 1                 # 这是新的局部变量！不是外面那个
    print(f"函数里看到的是 {count}")

add_one()                     # 函数里看到的是 1
print(f"函数外还是 {count}")   # 函数外还是 0

关键理解：函数内部新赋值的变量，默认是"局部"的——函数执行完就消失了，外面的同名变量动都没动。

count = 0

def add_one():
    global count              # 声明：我要改的是外面那个
    count += 1

add_one()
add_one()
print(count)                  # 2

1.8 文档字符串：给函数写一句"说明"

def circle_area(r):
    """算圆的半径 r 对应的面积（r 为负数时返回 None）"""
    if r < 0:
        return None
    return math.pi * r * r

放在 def 下一行的三引号字符串，就是文档字符串（docstring）。 调用 help(circle_area) 就能看到它。

为什么要写：呼应 6-2 那个"报错里 Python 会告诉你 line N"——Python 对新手友好的一面，就是它处处留说明。你写的函数也留一句，过一个月回来还能立刻看懂。

二、模块：用别人写好的函数

2.1 模块是什么

一个 .py 文件就是一个模块。 你自己写的 hello.py 也是模块。

Python 自带一大批模块，叫标准库——装了 Python 就有，不用另外下载。

2.2 import 的三种写法

import random                    # ① 最常用：用的时候写 random.randint(...)
import random as rd              # ② 起个短别名：用的时候写 rd.randint(...)
from random import randint       # ③ 只拿一个函数出来：直接用 randint(...)

2.3 三个马上能用的标准库

import random
import math
from time import sleep

print(random.randint(1, 100))        # 1~100 的随机整数（含两端）
print(random.choice(["红", "绿", "蓝"]))  # 从一串里随机挑一个
print(math.sqrt(16))                 # 平方根 → 4.0
print(math.pi)                       # 圆周率 3.141592653589793
print(round(math.pi, 2))             # 四舍五入到两位 → 3.14

print("倒数 3 秒…")
for i in range(3):
    print(i + 1)
    sleep(1)                          # 停 1 秒（这就是 3-3 灯语实验里的那个 sleep）
print("开始！")

三、装第三方库：本节最大的坑（老教程在这儿全军覆没）

标准库解决不了的事（比如"发一个 HTTP 请求"），就需要第三方库。

网上几乎所有的中文教程都这么教你：

pip3 install requests          # ⚠️ 现在的树莓派上，这行会直接失败

你实际会看到：

error: externally-managed-environment

× This environment is externally managed
╰─> To install Python packages system-wide, try apt install
    python3-xyz, where xyz is the package you are trying to install.
    ...

现在正确的两条路：

3.1 路线 A：用 apt 装（最推荐，树莓派上首选）

很多常用库已经被 Debian 打包好了，直接用系统包管理器装：

sudo apt update
sudo apt install python3-requests

验证装好了：

python3 -c "import requests; print(requests.__version__)"

能打印出版本号就成功。

3.2 路线 B：虚拟环境（venv）——项目专用的小隔间

如果某个库 apt 里没有（或者版本太旧），就得用 venv：给这个项目单独开一个"小 Python 环境"，装什么都只影响这里，不碰系统。

# ① 进你的项目目录
cd ~/projects

# ② 建一个虚拟环境（名字随便，习惯叫 venv 或 .venv）
python3 -m venv venv

# ③ 激活它（注意前面那个点，还有中间的空格）
source venv/bin/activate

激活成功的标志：命令提示符前面多了一对括号，像这样：

(venv) 你的用户名@树莓派:~/projects$

# ④ 现在可以正常 pip install 了
pip install requests

# ⑤ 用完退出
deactivate

sudo apt install python3-venv

python3 -m venv --system-site-packages venv

3.3 三条路怎么选（一句话版）

四、动手 Demo：把猜数字游戏拆成函数

上一节那个猜数字游戏，现在用函数重写一遍——你会立刻感受到"代码变清楚了"。

cd ~/projects
nano guess2.py

内容：

import random


def make_secret():
    """随机生成一个 1~100 的整数"""
    return random.randint(1, 100)


def check(guess, secret):
    """比较猜测与答案，返回 (是否猜对, 提示文字)"""
    if guess < secret:
        return False, "小了，再大一点。"
    elif guess > secret:
        return False, "大了，再小一点。"
    else:
        return True, "猜对了！"


def play():
    """一整局游戏"""
    secret = make_secret()
    tries = 0
    print("我想了一个 1 到 100 之间的整数，你来猜。")

    while True:
        guess = int(input("请输入你的猜测："))
        tries += 1
        hit, msg = check(guess, secret)      # 一次接住两个返回值
        print(msg)
        if hit:
            print(f"答案就是 {secret}，你一共猜了 {tries} 次。")
            break


play()

跑：

python3 guess2.py

看到什么算成功：和 6-4 那个版本几乎一样。唯一的差别是最后两行分开了——新版先打印 猜对了！（这是 check() 返回的提示文字），再打印成绩（这句由 play() 打印）。

我想了一个 1 到 100 之间的整数，你来猜。
请输入你的猜测：50
小了，再大一点。
请输入你的猜测：80
大了，再小一点。
请输入你的猜测：65
猜对了！
答案就是 65，你一共猜了 3 次。

读结果 —— 对比一下两版有什么不同：

play()
print("再来一局！")
play()

五、30 秒实验

实验一：print 和 return 的差别，亲手验一遍

>>> def bad(a, b):
...     print(a + b)
...
>>> def good(a, b):
...     return a + b
...
>>> x = bad(3, 5)
8
>>> print(x)
None                          # ← 只能看，拿不走
>>> y = good(3, 5)            # 屏幕上什么都不显示
>>> print(y * 2)
16                            # ← 能接着算

亲自看见那个 None，比读十遍解释都管用。

实验二：感受"局部变量"

>>> x = 100
>>> def change():
...     x = 1
...     print(f"函数里：{x}")
...
>>> change()
函数里：1
>>> print(f"函数外：{x}")
函数外：100                    # ← 外面这个没被改

实验三：import 三种写法跑一遍

>>> import random
>>> random.randint(1, 100)
42
>>> import random as rd
>>> rd.randint(1, 100)
87
>>> from random import randint
>>> randint(1, 100)
13

三种写法都能拿到随机数，只是"叫它"的方式不同。

实验四（本节的重量级实验）：亲手撞一次 PEP 668 的墙

先确认自己没在虚拟环境里（提示符前面没有 (venv)），然后：

pip3 install requests

你会看到那个 externally-managed-environment 报错。 恭喜——你亲眼见到了"老教程失效"的现场。

然后走正确路线：

sudo apt update
sudo apt install python3-requests
python3 -c "import requests; print('装上啦，版本', requests.__version__)"

说明一下：requests 在 Debian 仓库里是有的，所以这条路能走通。如果换成 apt 里没有的库，就得上 venv（见 3.2）。

六、常见误区

1. "print 就是 return，反正都出结果了" —— 完全不同。print 给人看（拿不走，函数返回 None），return 给程序用（能接着算）。 这是新手最常混淆的一对。
2. "函数名后面加不加括号都一样" —— 不一样。func 只是"提到它"，func() 才是"用"它。 少了括号不报错，但什么都不发生——这是最阴的一类 bug。
3. "pip install 装库天经地义" —— 在现在的树莓派上会直接被拒（PEP 668）。首选 sudo apt install python3-xxx；要 pip 就先进 venv。
4. "apt 装了 python3-requests，代码里就该 import python3-requests" —— 错。包名带 python3- 前缀，import 时去掉：装 python3-requests，写 import requests。
5. "建了 venv 就一劳永逸了" —— 每次新开终端都要重新 source venv/bin/activate。不激活就 pip install，照样被 PEP 668 拒绝。
6. "from math import * 挺省事的" —— 隐患大。它会把几十个名字搬进你的代码里（pow、e、pi…），很容易和你自己的变量撞名，撞了之后行为莫名其妙。写全 import math，用 math.pi 更清楚。
7. "函数里改全局变量直接改就行" —— 直接赋值只会新建一个局部变量，外面那个纹丝不动（而且不报错，最难查）。真要改就声明 global；更好的做法是用参数和 return 传。

• ☐ 下一节（6-6 Python 列表与字符串）

相关笔记

• Python 流程控制 —— 上一节：本节 Demo 是把它那个猜数字游戏拆成了函数
• 使用命令行安装和卸载应用程序 —— apt install 的完整用法；python3-xxx 这种包名规则就是那里学的
• Raspberry Pi OS 应用程序界面 —— 「程序名 ≠ 软件包名」这件事的出处，本节又出现一次（python3-requests vs import requests）
• 函数的定义 —— 函数思想的对照；C++ 里还要区分"声明"和"定义"，Python 里直接 def 一步到位
• 你需要知道的背景知识 —— 那里说过 GPIO 要用 gpiozero，本节讲了"为什么它必须靠 apt 装"
• 🍓 树莓派 · 索引 —— 全课路线图