Python電子教案5-1-函數(shù)和代碼復(fù)用

Python電子教案5-1-函數(shù)和代碼復(fù)用第一頁，共58頁。函數(shù)是一段具有特定功能的、可重用的語句組，用函數(shù)名來表示并通過函數(shù)名完成功能調(diào)用。函數(shù)也可以看作一段具有名字的子程序，可以在需要的地方調(diào)用執(zhí)行，不需要在每個執(zhí)行地方重復(fù)編寫這些語句。每次使用函數(shù)可以提供不同的參數(shù)作為輸入，以實現(xiàn)對不同數(shù)據(jù)的處理；函數(shù)執(zhí)行后，還可以反饋相應(yīng)的結(jié)果。函數(shù)能夠完成特定功能，與黑盒類似，對函數(shù)的使用不需要了解函數(shù)內(nèi)部實現(xiàn)原理，只要了解函數(shù)的輸入輸出方式即可。嚴(yán)格說，函數(shù)是一種功能抽象。函數(shù)的定義第二頁，共58頁。有些函數(shù)是用戶自己編寫的，稱為自定義函數(shù)；Python安裝包也自帶了一些函數(shù)和方法，包括Python內(nèi)置的函數(shù)（如abs()、eval()）、Python標(biāo)準(zhǔn)庫中的函數(shù)（如math庫中的sqrt()）等。函數(shù)的定義第三頁，共58頁。使用函數(shù)主要有兩個目的：降低編程難度和代碼重用。函數(shù)是一種功能抽象，利用它可以將一個復(fù)雜的大問題分解成一系列簡單的小問題，然后將小問題繼續(xù)劃分成更小的問題，當(dāng)問題細化為足夠簡單時，就可以分而治之函數(shù)可以在一個程序中多個位置使用，也可以用于多個程序，當(dāng)需要修改代碼時，只需要在函數(shù)中修改一次，所有調(diào)用位置的功能都更新了，這種代碼重用降低了代碼行數(shù)和代碼維護難度。函數(shù)的定義第四頁，共58頁。Python定義一個函數(shù)使用def保留字，語法形式如下：def<函數(shù)名>(<參數(shù)列表>):<函數(shù)體>return<返回值列表>函數(shù)的定義第五頁，共58頁。函數(shù)名可以是任何有效的Python標(biāo)識符；參數(shù)列表是調(diào)用該函數(shù)時傳遞給它的值，可以有零個、一個或多個，當(dāng)傳遞多個參數(shù)時各參數(shù)由逗號分隔，當(dāng)沒有參數(shù)時也要保留圓括號。函數(shù)定義中參數(shù)列表里面的參數(shù)是形式參數(shù)，簡稱為“形參”。函數(shù)體是函數(shù)每次被調(diào)用時執(zhí)行的代碼，由一行或多行語句組成。如果需要返回值，使用保留字return和返回值列表。函數(shù)可以沒有return語句，在函數(shù)體結(jié)束位置將控制權(quán)返回給調(diào)用者。函數(shù)的定義第六頁，共58頁。函數(shù)調(diào)用和執(zhí)行的一般形式是：<函數(shù)名>(<參數(shù)列表>)此時，參數(shù)列表中給出要傳進入函數(shù)內(nèi)部的參數(shù)，這類參數(shù)稱為實際參數(shù)，簡稱為“實參”。函數(shù)的定義第七頁，共58頁。編寫程序為Mike和Lily輸出生日歌。最簡單的實現(xiàn)方法是重復(fù)使用print()語句，對Mike的生日歌輸出如下：微實例5.1：生日歌第八頁，共58頁。其中，第1、2、4行代碼相同，假如需要將birthday改為newyear，則每處都要修改。為了避免這種情況，可以用函數(shù)printHappy()進行封裝。除了Mike，如果再對Lily輸出生日歌，除第3行有微小不同外與上述代碼一致，這會帶來重復(fù)代碼。如果再有Eric,Adam呢？為了能夠復(fù)用語句，采用函數(shù)方式完成功能，代碼如下微實例5.1：生日歌第九頁，共58頁。微實例5.1：生日歌第十頁，共58頁。該程序輸出效果如下：微實例5.1：生日歌第十一頁，共58頁。微實例5.1代碼中第3行定義了一個函數(shù)happyB()，括號中name是形參，用來指代要輸入到函數(shù)的實際變量，并參與完成函數(shù)內(nèi)部功能。第8和10行兩次調(diào)用happyB()函數(shù)，輸入的"Mike"和"Lily"是實參，替換name，用于函數(shù)執(zhí)行。微實例5.1：生日歌第十二頁，共58頁。程序調(diào)用一個函數(shù)需要執(zhí)行以下四個步驟：（1）調(diào)用程序在調(diào)用處暫停執(zhí)行；（2）在調(diào)用時將實參復(fù)制給函數(shù)的形參；（3）執(zhí)行函數(shù)體語句；（4）函數(shù)調(diào)用結(jié)束給出返回值，程序回到調(diào)用前的暫停處繼續(xù)執(zhí)行。函數(shù)的調(diào)用過程第十三頁，共58頁。對微實例5.1的生日歌程序跟蹤分析。第1到7行是函數(shù)定義，函數(shù)只有在被調(diào)用時才執(zhí)行，因此，前7行代碼不直接執(zhí)行。程序最先執(zhí)行的語句是第8行的happyB("Mike")。當(dāng)Python執(zhí)行到這行時，由于調(diào)用了happyB()函數(shù)，當(dāng)前執(zhí)行暫停，程序用實參"Mike"替換happyB(name)中的形參name，形參被賦值為實參的值，類似執(zhí)行了如下語句：name="Mike"函數(shù)的調(diào)用過程第十四頁，共58頁。然后，使用實參代替形參執(zhí)行函數(shù)體內(nèi)容。當(dāng)函數(shù)執(zhí)行完畢后，重新回到第8行，繼續(xù)執(zhí)行余下語句。函數(shù)第8行的執(zhí)行過程如圖5.1所示，這里函數(shù)happyB()的變量name被自動替換為"Mike"。函數(shù)的調(diào)用過程第十五頁，共58頁。當(dāng)程序執(zhí)行happyB()函數(shù)體時，第一條執(zhí)行語句是happy()函數(shù)，這也是一個函數(shù)調(diào)用。因此，Python暫停執(zhí)行happyB()函數(shù)，將控制傳遞給被調(diào)用的函數(shù)happy()。happy()函數(shù)體包含了一個簡單的print語句，該語句執(zhí)行后函數(shù)體結(jié)束，程序重新返回調(diào)用happy()函數(shù)的位置。圖5.2給出了happy()函數(shù)調(diào)用和返回的執(zhí)行過程。函數(shù)的調(diào)用過程第十六頁，共58頁。函數(shù)的調(diào)用過程第十七頁，共58頁。程序執(zhí)行完happyB()函數(shù)體后，返回調(diào)用該函數(shù)的原始位置，繼續(xù)執(zhí)行，如圖5.3所示。函數(shù)的調(diào)用過程第十八頁，共58頁。lambda用于定義一種特殊的函數(shù)——匿名函數(shù)，又稱lambda函數(shù)匿名函數(shù)并非沒有名字，而是將函數(shù)名作為函數(shù)結(jié)果返回<函數(shù)名>=lambda<參數(shù)列表>:<表達式>lambda函數(shù)與正常函數(shù)一樣，等價于下面形式：def<函數(shù)名>(<參數(shù)列表>):return<表達式>lambda函數(shù)第十九頁，共58頁。簡單說，lambda函數(shù)用于定義簡單的、能夠在一行內(nèi)表示的函數(shù)，返回一個函數(shù)類型，實例如下。lambda函數(shù)第二十頁，共58頁。函數(shù)的參數(shù)傳遞第二十一頁，共58頁。在定義函數(shù)時，如果有些參數(shù)存在默認值，即部分參數(shù)不一定需要調(diào)用程序輸入，可以在定義函數(shù)時直接為這些參數(shù)指定默認值。當(dāng)函數(shù)被調(diào)用時，如果沒有傳入對應(yīng)的參數(shù)值，則使用函數(shù)定義時的默認值替代，例如：可選參數(shù)和可變數(shù)量參數(shù)第二十二頁，共58頁。由于函數(shù)調(diào)用時需要按順序輸入?yún)?shù)，可選參數(shù)必須定義在非可選參數(shù)的后面，即dup()函數(shù)中帶默認值的可選參數(shù)times必須定義在str參數(shù)后面。

在函數(shù)定義時，也可以設(shè)計可變數(shù)量參數(shù)，通過參數(shù)前增加星號（*）實現(xiàn)。帶有星號的可變參數(shù)只能出現(xiàn)在參數(shù)列表的最后。調(diào)用時，這些參數(shù)被當(dāng)作元組類型傳遞到函數(shù)中，實例如下?？蛇x參數(shù)和可變數(shù)量參數(shù)第二十三頁，共58頁。vfunc()函數(shù)定義了可變參數(shù)b，調(diào)用vfunc()函數(shù)時輸入的(2,3,4,5)被當(dāng)作元組傳遞給b，與a累加后輸出。第6.1節(jié)將詳細介紹元組類型，這里請讀者將元組理解為一組元素。可選參數(shù)和可變數(shù)量參數(shù)第二十四頁，共58頁。函數(shù)調(diào)用時，實參默認采用按照位置順序的方式傳遞給函數(shù)，例如dup("knock~",4)中第一個實參默認賦值給形參str，第二個實參賦值給形參times。但當(dāng)參數(shù)很多時，這種調(diào)用參數(shù)方式可讀性較差。假設(shè)func()函數(shù)有6個參數(shù)，它的定義如下，參數(shù)分別表示2組三維坐標(biāo)值。func(x1,y1,z1,x2,y2,z2):return參數(shù)的位置和名稱傳遞第二十五頁，共58頁。它的一個實際調(diào)用如下： result=func(1,2,3,4,5,6,)如果僅看實際調(diào)用而不找到函數(shù)定義，很難理解這些輸入?yún)?shù)的含義。在規(guī)模稍大的程序中，函數(shù)定義可能在函數(shù)庫中，也可能與調(diào)用相差很遠，帶來較差的可讀性。參數(shù)的位置和名稱傳遞第二十六頁，共58頁。為了解決上述問題，Python提供了按照形參名稱輸入實參的方式，函數(shù)調(diào)用如下： result=func(x2=4,y2=5,z2=6,x1=1,y1=2,z1=3)

由于調(diào)用函數(shù)時指定了參數(shù)名稱，所以參數(shù)之間的順序可以任意調(diào)整。參數(shù)的位置和名稱傳遞第二十七頁，共58頁。return語句用來退出函數(shù)并將程序返回到函數(shù)被調(diào)用的位置繼續(xù)執(zhí)行。return語句同時可以將0個、1個或多個函數(shù)運算完的結(jié)果返回給函數(shù)被調(diào)用處的變量，例如。變量的返回值第二十八頁，共58頁。函數(shù)可以沒有return，此時函數(shù)并不返回值，如微實例5.1的happy()函數(shù)。函數(shù)也可以用return返回多個值，多個值以元組類型保存變量的返回值第二十九頁，共58頁。一個程序中的變量包括兩類：全局變量和局部變量。全局變量指在函數(shù)之外定義的變量，一般沒有縮進，在程序執(zhí)行全過程有效。局部變量指在函數(shù)內(nèi)部使用的變量，僅在函數(shù)內(nèi)部有效，當(dāng)函數(shù)退出時變量將不存在。例子如下。函數(shù)對變量的作用第三十頁，共58頁。函數(shù)對變量的作用第三十一頁，共58頁。這個例子說明，當(dāng)函數(shù)執(zhí)行完退出后，其內(nèi)部變量將被釋放。如果函數(shù)內(nèi)部使用了全局變量呢？例子如下。函數(shù)對變量的作用第三十二頁，共58頁。函數(shù)func()內(nèi)部使用了變量n，并且將變量參數(shù)b賦值給變量n，為何n值沒有改變？函數(shù)func()有自己的內(nèi)存空間，它將n=b語句理解為生成一個局部變量n，并將參數(shù)b賦值給它，此時func()函數(shù)沒有將n當(dāng)作全局變量。所以，函數(shù)退出后，局部變量n被釋放，全局變量n的值沒有修改。函數(shù)對變量的作用第三十三頁，共58頁。如果希望讓func()函數(shù)將n當(dāng)作全局變量，需要在變量n使用前顯式聲明該變量為全局變量，代碼如下。函數(shù)對變量的作用第三十四頁，共58頁。如果此時的全局變量不是整數(shù)n，而是列表類型ls，會怎么樣呢？理解如下代碼。函數(shù)對變量的作用第三十五頁，共58頁。請讀者注意，奇跡產(chǎn)生了，全局列表變量在函數(shù)func()調(diào)用后竟然發(fā)生了改變!列表等組合數(shù)據(jù)類型由于操作多個數(shù)據(jù)，所以它們在使用中有創(chuàng)建和引用的分別。當(dāng)列表變量被方括號（[]，無論是否為空）賦值時，這個列表才被真實創(chuàng)建，否則只是對之前創(chuàng)建列表的一次引用。函數(shù)對變量的作用第三十六頁，共58頁。上述代碼func()函數(shù)的ls.append(b)語句執(zhí)行時需要一個真實創(chuàng)建過的列表，此時func()函數(shù)專屬的內(nèi)存空間中沒有已經(jīng)創(chuàng)建過且名稱為ls的列表，因此，func()函數(shù)進一步去尋找全局內(nèi)存空間，自動關(guān)聯(lián)全局ls列表，并修改其內(nèi)容。當(dāng)func()函數(shù)退出后，全局ls列表中的內(nèi)容被修改。簡單說，對于列表類型，函數(shù)可以直接使用全局列表而不需要采用global進行聲明。函數(shù)對變量的作用第三十七頁，共58頁。如果func()函數(shù)內(nèi)部存在一個真實創(chuàng)建過且名稱為ls的列表，則func()函數(shù)將操作該列表而不會修改全局變量，例子如下。函數(shù)對變量的作用第三十八頁，共58頁?？偨Y(jié)一下，Python函數(shù)對變量的作用遵守如下原則：簡單數(shù)據(jù)類型變量無論是否與全局變量重名，僅在函數(shù)內(nèi)部創(chuàng)建和使用，函數(shù)退出后變量被釋放，如有全局同名變量，其值不變；簡單數(shù)據(jù)類型變量在用global保留字聲明后，作為全局變量使用，函數(shù)退出后該變量保留且值被函數(shù)改變；函數(shù)對變量的作用第三十九頁，共58頁。對于組合數(shù)據(jù)類型的全局變量，如果在函數(shù)內(nèi)部沒有被真實創(chuàng)建同名變量，則函數(shù)內(nèi)部可以直接使用并修改全局變量的值；如果函數(shù)內(nèi)部真實創(chuàng)建了組合數(shù)據(jù)類型變量，無論是否有同名全局變量，函數(shù)僅對局部變量進行操作，函數(shù)退出后局部變量被釋放，全局變量值不變。函數(shù)對變量的作用第四十頁，共58頁。datetime庫的使用第四十一頁，共58頁。以不同格式顯示日期和時間是程序中最常用到的功能。Python提供了一個處理時間的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫datetime，它提供了一系列由簡單到復(fù)雜的時間處理方法。datetime庫可以從系統(tǒng)中獲得時間，并以用戶選擇的格式輸出。datetime庫以格林威治時間為基礎(chǔ)，每天由3600*24秒精準(zhǔn)定義。該庫包括兩個常量：datetime.MINYEAR與datetime.MAXYEAR，分別表示datetime所能表示的最小、最大年份，值分別為1與9999。datetime庫概述第四十二頁，共58頁。datetime庫以類的方式提供多種日期和時間表達方式：datetime.date：日期表示類，可以表示年、月、日等。datetime.time：時間表示類，可以表示小時、分鐘、秒、毫秒等datetime.datetime：日期和時間表示的類，功能覆蓋date和timedatetime.timedelta：時間間隔有關(guān)的類。datetime.tzinfo：與時區(qū)有關(guān)的信息表示類。datetime庫概述第四十三頁，共58頁。由于datetime.datetime類表達形式最為豐富，主要介紹這個類的使用。使用datetime類需要用import保留字，具體引用datetime類的方式如下：fromdatetimeimportdatetimedatetime庫概述第四十四頁，共58頁。datetime類（datetime.datetime類，以下簡稱為datetime類）的使用方式是首先創(chuàng)建一個datetime對象，然后通過對象的方法和屬性顯示時間。創(chuàng)建datetime對象共包括3個方法datetime.now()datetime.utcnow()datetime.datetime()datetime庫解析第四十五頁，共58頁。datetime.now()作用：返回一個datetime類型，表示當(dāng)前的日期和時間，精確到微秒。參數(shù)：無datetime庫解析第四十六頁，共58頁。調(diào)用該函數(shù)，執(zhí)行結(jié)果如下：datetime庫解析第四十七頁，共58頁。使用datetime.utcnow()獲得當(dāng)前日期和時間對應(yīng)的UTC（世界標(biāo)準(zhǔn)時間）時間對象，使用方法如下：datetime.utcnow()作用：返回一個datetime類型，表示當(dāng)前日期和時間的UTC表示，精確到微秒。參數(shù)：無datetime庫解析第四十八頁，共58頁。調(diào)用該函數(shù)，執(zhí)行結(jié)果如下：datetime庫解析第四十九頁，共58頁。datetime.now()和datetime.utcnow()都返回一個datetime類型的對象，也可以直接使用datetime()構(gòu)造一個日期和時間對象，使用方法如下：datetime(year,month,day,hour=0,minute=0,second=0,microsecond=0)作用：返回一個datetime類型，表示指定的日期和時間，可以精確到微秒。datetime庫解析第五十頁，共58頁。參數(shù)：year:指定的年份，MINYEAR<=year<=MAXYEARmonth:指定的月份，1<=month<=12day:指定的日期，1<=day<=月份所對應(yīng)的日期上限hour:指定的小時，0<=hour<24minute:指定的分數(shù)，0<=minute<60second:指定的秒數(shù)，0<=second<60microsecond:指定的微秒數(shù)，0<=microsecond<1000000datetime庫解析第五十一頁，共58頁。調(diào)用datetime()函數(shù)直接創(chuàng)建一個datetime對象，表示2016年9月16日22:33，32秒7微秒，執(zhí)行結(jié)果如下：datetime庫解析第五十二頁，共58頁。到此，程序已經(jīng)有了一個datetime對象，進一步可以利用這個對象的屬性顯示時間，為了區(qū)別datetime庫名，采用上例中的someday代替生成的datetime對象，常用屬性如表5.1所示datetime庫解析第五十三頁，共58頁。datetime庫解析屬性描述屬性someday.min固定返回datetime的最小時間對象，datetime(1,1,1,0,0)someday.minsomeday.max固定返回datetime的最大時間對象，datetime(9999,12,31,23,59,59,999999)someday.maxsomeday.year返回someday包含的年份someday.yearsomeday.month返回someday包含的月份someday.monthsomeday.day返回someday包含的日期someday.daysomeday.hour返回someday包含的小時someday.hoursomeday.minute返回someday包含的分鐘someday.minutesomeday.second返回someday包含的秒鐘someday.secondsomeday.microsecond