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(yè)，共58頁(yè)。函數(shù)是一段具有特定功能的、可重用的語(yǔ)句組，用函數(shù)名來(lái)表示并通過(guò)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(gè)執(zhí)行地方重復(fù)編寫這些語(yǔ)句。每次使用函數(shù)可以提供不同的參數(shù)作為輸入，以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)函數(shù)的使用不需要了解函數(shù)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)原理，只要了解函數(shù)的輸入輸出方式即可。嚴(yán)格說(shuō)，函數(shù)是一種功能抽象。函數(shù)的定義第二頁(yè)，共58頁(yè)。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(kù)中的函數(shù)（如math庫(kù)中的sqrt()）等。函數(shù)的定義第三頁(yè)，共58頁(yè)。使用函數(shù)主要有兩個(gè)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(gè)復(fù)雜的大問(wèn)題分解成一系列簡(jiǎn)單的小問(wèn)題，然后將小問(wèn)題繼續(xù)劃分成更小的問(wèn)題，當(dāng)問(wèn)題細(xì)化為足夠簡(jiǎn)單時(shí)，就可以分而治之函數(shù)可以在一個(gè)程序中多個(gè)位置使用，也可以用于多個(gè)程序，當(dāng)需要修改代碼時(shí)，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(hù)難度。函數(shù)的定義第四頁(yè)，共58頁(yè)。Python定義一個(gè)函數(shù)使用def保留字，語(yǔ)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(yè)，共58頁(yè)。函數(shù)名可以是任何有效的Python標(biāo)識(shí)符；參數(shù)列表是調(diào)用該函數(shù)時(shí)傳遞給它的值，可以有零個(gè)、一個(gè)或多個(gè)，當(dāng)傳遞多個(gè)參數(shù)時(shí)各參數(shù)由逗號(hào)分隔，當(dāng)沒(méi)有參數(shù)時(shí)也要保留圓括號(hào)。函數(shù)定義中參數(shù)列表里面的參數(shù)是形式參數(shù)，簡(jiǎn)稱為“形參”。函數(shù)體是函數(shù)每次被調(diào)用時(shí)執(zhí)行的代碼，由一行或多行語(yǔ)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(méi)有return語(yǔ)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(yè)，共58頁(yè)。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(shí)，參數(shù)列表中給出要傳進(jìn)入函數(shù)內(nèi)部的參數(shù)，這類參數(shù)稱為實(shí)際參數(shù)，簡(jiǎn)稱為“實(shí)參”。函數(shù)的定義第七頁(yè)，共58頁(yè)。編寫程序?yàn)镸ike和Lily輸出生日歌。最簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方法是重復(fù)使用print()語(yǔ)句，對(duì)Mike的生日歌輸出如下：微實(shí)例5.1：生日歌第八頁(yè)，共58頁(yè)。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(jìn)行封裝。除了Mike，如果再對(duì)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(huì)帶來(lái)重復(fù)代碼。如果再有Eric,Adam呢？為了能夠復(fù)用語(yǔ)句，采用函數(shù)方式完成功能，代碼如下微實(shí)例5.1：生日歌第九頁(yè)，共58頁(yè)。微實(shí)例5.1：生日歌第十頁(yè)，共58頁(yè)。該程序輸出效果如下：微實(shí)例5.1：生日歌第十一頁(yè)，共58頁(yè)。微實(shí)例5.1代碼中第3行定義了一個(gè)函數(shù)happyB()，括號(hào)中name是形參，用來(lái)指代要輸入到函數(shù)的實(shí)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(shí)參，替換name，用于函數(shù)執(zhí)行。微實(shí)例5.1：生日歌第十二頁(yè)，共58頁(yè)。程序調(diào)用一個(gè)函數(shù)需要執(zhí)行以下四個(gè)步驟：（1）調(diào)用程序在調(diào)用處暫停執(zhí)行；（2）在調(diào)用時(shí)將實(shí)參復(fù)制給函數(shù)的形參；（3）執(zhí)行函數(shù)體語(yǔ)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(guò)程第十三頁(yè)，共58頁(yè)。對(duì)微實(shí)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(shí)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(yǔ)句是第8行的happyB("Mike")。當(dāng)Python執(zhí)行到這行時(shí)，由于調(diào)用了happyB()函數(shù)，當(dāng)前執(zhí)行暫停，程序用實(shí)參"Mike"替換happyB(name)中的形參name，形參被賦值為實(shí)參的值，類似執(zhí)行了如下語(yǔ)句：name="Mike"函數(shù)的調(diào)用過(guò)程第十四頁(yè)，共58頁(yè)。然后，使用實(shí)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(yǔ)句。函數(shù)第8行的執(zhí)行過(guò)程如圖5.1所示，這里函數(shù)happyB()的變量name被自動(dòng)替換為"Mike"。函數(shù)的調(diào)用過(guò)程第十五頁(yè)，共58頁(yè)。當(dāng)程序執(zhí)行happyB()函數(shù)體時(shí)，第一條執(zhí)行語(yǔ)句是happy()函數(shù)，這也是一個(gè)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(gè)簡(jiǎn)單的print語(yǔ)句，該語(yǔ)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(guò)程。函數(shù)的調(diào)用過(guò)程第十六頁(yè)，共58頁(yè)。函數(shù)的調(diào)用過(guò)程第十七頁(yè)，共58頁(yè)。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(guò)程第十八頁(yè)，共58頁(yè)。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(méi)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(dá)式>lambda函數(shù)與正常函數(shù)一樣，等價(jià)于下面形式：def<函數(shù)名>(<參數(shù)列表>):return<表達(dá)式>lambda函數(shù)第十九頁(yè)，共58頁(yè)。簡(jiǎn)單說(shuō)，lambda函數(shù)用于定義簡(jiǎn)單的、能夠在一行內(nèi)表示的函數(shù)，返回一個(gè)函數(shù)類型，實(shí)例如下。lambda函數(shù)第二十頁(yè)，共58頁(yè)。函數(shù)的參數(shù)傳遞第二十一頁(yè)，共58頁(yè)。在定義函數(shù)時(shí)，如果有些參數(shù)存在默認(rèn)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(shí)直接為這些參數(shù)指定默認(rèn)值。當(dāng)函數(shù)被調(diào)用時(shí)，如果沒(méi)有傳入對(duì)應(yīng)的參數(shù)值，則使用函數(shù)定義時(shí)的默認(rèn)值替代，例如：可選參數(shù)和可變數(shù)量參數(shù)第二十二頁(yè)，共58頁(yè)。由于函數(shù)調(diào)用時(shí)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(rèn)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(shí)，也可以設(shè)計(jì)可變數(shù)量參數(shù)，通過(guò)參數(shù)前增加星號(hào)（*）實(shí)現(xiàn)。帶有星號(hào)的可變參數(shù)只能出現(xiàn)在參數(shù)列表的最后。調(diào)用時(shí)，這些參數(shù)被當(dāng)作元組類型傳遞到函數(shù)中，實(shí)例如下?？蛇x參數(shù)和可變數(shù)量參數(shù)第二十三頁(yè)，共58頁(yè)。vfunc()函數(shù)定義了可變參數(shù)b，調(diào)用vfunc()函數(shù)時(shí)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(xì)介紹元組類型，這里請(qǐng)讀者將元組理解為一組元素?？蛇x參數(shù)和可變數(shù)量參數(shù)第二十四頁(yè)，共58頁(yè)。函數(shù)調(diào)用時(shí)，實(shí)參默認(rèn)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(gè)實(shí)參默認(rèn)賦值給形參str，第二個(gè)實(shí)參賦值給形參times。但當(dāng)參數(shù)很多時(shí)，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(gè)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(yè)，共58頁(yè)。它的一個(gè)實(shí)際調(diào)用如下： result=func(1,2,3,4,5,6,)如果僅看實(shí)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(kù)中，也可能與調(diào)用相差很遠(yuǎn)，帶來(lái)較差的可讀性。參數(shù)的位置和名稱傳遞第二十六頁(yè)，共58頁(yè)。為了解決上述問(wèn)題，Python提供了按照形參名稱輸入實(shí)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(shí)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(yè)，共58頁(yè)。return語(yǔ)句用來(lái)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(yǔ)句同時(shí)可以將0個(gè)、1個(gè)或多個(gè)函數(shù)運(yùn)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(yè)，共58頁(yè)。函數(shù)可以沒(méi)有return，此時(shí)函數(shù)并不返回值，如微實(shí)例5.1的happy()函數(shù)。函數(shù)也可以用return返回多個(gè)值，多個(gè)值以元組類型保存變量的返回值第二十九頁(yè)，共58頁(yè)。一個(gè)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(méi)有縮進(jìn)，在程序執(zhí)行全過(guò)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(shí)變量將不存在。例子如下。函數(shù)對(duì)變量的作用第三十頁(yè)，共58頁(yè)。函數(shù)對(duì)變量的作用第三十一頁(yè)，共58頁(yè)。這個(gè)例子說(shuō)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(duì)變量的作用第三十二頁(yè)，共58頁(yè)。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(méi)有改變？函數(shù)func()有自己的內(nèi)存空間，它將n=b語(yǔ)句理解為生成一個(gè)局部變量n，并將參數(shù)b賦值給它，此時(shí)func()函數(shù)沒(méi)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(méi)有修改。函數(shù)對(duì)變量的作用第三十三頁(yè)，共58頁(yè)。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(duì)變量的作用第三十四頁(yè)，共58頁(yè)。如果此時(shí)的全局變量不是整數(shù)n，而是列表類型ls，會(huì)怎么樣呢？理解如下代碼。函數(shù)對(duì)變量的作用第三十五頁(yè)，共58頁(yè)。請(qǐng)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(gè)數(shù)據(jù)，所以它們?cè)谑褂弥杏袆?chuàng)建和引用的分別。當(dāng)列表變量被方括號(hào)（[]，無(wú)論是否為空）賦值時(shí)，這個(gè)列表才被真實(shí)創(chuàng)建，否則只是對(duì)之前創(chuàng)建列表的一次引用。函數(shù)對(duì)變量的作用第三十六頁(yè)，共58頁(yè)。上述代碼func()函數(shù)的ls.append(b)語(yǔ)句執(zhí)行時(shí)需要一個(gè)真實(shí)創(chuàng)建過(guò)的列表，此時(shí)func()函數(shù)專屬的內(nèi)存空間中沒(méi)有已經(jīng)創(chuàng)建過(guò)且名稱為ls的列表，因此，func()函數(shù)進(jìn)一步去尋找全局內(nèi)存空間，自動(dòng)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(jiǎn)單說(shuō)，對(duì)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(jìn)行聲明。函數(shù)對(duì)變量的作用第三十七頁(yè)，共58頁(yè)。如果func()函數(shù)內(nèi)部存在一個(gè)真實(shí)創(chuàng)建過(guò)且名稱為ls的列表，則func()函數(shù)將操作該列表而不會(huì)修改全局變量，例子如下。函數(shù)對(duì)變量的作用第三十八頁(yè)，共58頁(yè)?？偨Y(jié)一下，Python函數(shù)對(duì)變量的作用遵守如下原則：簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)類型變量無(wú)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(jiǎn)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(duì)變量的作用第三十九頁(yè)，共58頁(yè)。對(duì)于組合數(shù)據(jù)類型的全局變量，如果在函數(shù)內(nèi)部沒(méi)有被真實(shí)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(shí)創(chuàng)建了組合數(shù)據(jù)類型變量，無(wú)論是否有同名全局變量，函數(shù)僅對(duì)局部變量進(jìn)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(duì)變量的作用第四十頁(yè)，共58頁(yè)。datetime庫(kù)的使用第四十一頁(yè)，共58頁(yè)。以不同格式顯示日期和時(shí)間是程序中最常用到的功能。Python提供了一個(gè)處理時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫(kù)datetime，它提供了一系列由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的時(shí)間處理方法。datetime庫(kù)可以從系統(tǒng)中獲得時(shí)間，并以用戶選擇的格式輸出。datetime庫(kù)以格林威治時(shí)間為基礎(chǔ)，每天由3600*24秒精準(zhǔn)定義。該庫(kù)包括兩個(gè)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(kù)概述第四十二頁(yè)，共58頁(yè)。datetime庫(kù)以類的方式提供多種日期和時(shí)間表達(dá)方式：datetime.date：日期表示類，可以表示年、月、日等。datetime.time：時(shí)間表示類，可以表示小時(shí)、分鐘、秒、毫秒等datetime.datetime：日期和時(shí)間表示的類，功能覆蓋date和timedatetime.timedelta：時(shí)間間隔有關(guān)的類。datetime.tzinfo：與時(shí)區(qū)有關(guān)的信息表示類。datetime庫(kù)概述第四十三頁(yè)，共58頁(yè)。由于datetime.datetime類表達(dá)形式最為豐富，主要介紹這個(gè)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(kù)概述第四十四頁(yè)，共58頁(yè)。datetime類（datetime.datetime類，以下簡(jiǎn)稱為datetime類）的使用方式是首先創(chuàng)建一個(gè)datetime對(duì)象，然后通過(guò)對(duì)象的方法和屬性顯示時(shí)間。創(chuàng)建datetime對(duì)象共包括3個(gè)方法datetime.now()datetime.utcnow()datetime.datetime()datetime庫(kù)解析第四十五頁(yè)，共58頁(yè)。datetime.now()作用：返回一個(gè)datetime類型，表示當(dāng)前的日期和時(shí)間，精確到微秒。參數(shù)：無(wú)datetime庫(kù)解析第四十六頁(yè)，共58頁(yè)。調(diào)用該函數(shù)，執(zhí)行結(jié)果如下：datetime庫(kù)解析第四十七頁(yè)，共58頁(yè)。使用datetime.utcnow()獲得當(dāng)前日期和時(shí)間對(duì)應(yīng)的UTC（世界標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間）時(shí)間對(duì)象，使用方法如下：datetime.utcnow()作用：返回一個(gè)datetime類型，表示當(dāng)前日期和時(shí)間的UTC表示，精確到微秒。參數(shù)：無(wú)datetime庫(kù)解析第四十八頁(yè)，共58頁(yè)。調(diào)用該函數(shù)，執(zhí)行結(jié)果如下：datetime庫(kù)解析第四十九頁(yè)，共58頁(yè)。datetime.now()和datetime.utcnow()都返回一個(gè)datetime類型的對(duì)象，也可以直接使用datetime()構(gòu)造一個(gè)日期和時(shí)間對(duì)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(gè)datetime類型，表示指定的日期和時(shí)間，可以精確到微秒。datetime庫(kù)解析第五十頁(yè)，共58頁(yè)。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(duì)應(yīng)的日期上限hour:指定的小時(shí)，0<=hour<24minute:指定的分?jǐn)?shù)，0<=minute<60second:指定的秒數(shù)，0<=second<60microsecond:指定的微秒數(shù)，0<=microsecond<1000000datetime庫(kù)解析第五十一頁(yè)，共58頁(yè)。調(diào)用datetime()函數(shù)直接創(chuàng)建一個(gè)datetime對(duì)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(kù)解析第五十二頁(yè)，共58頁(yè)。到此，程序已經(jīng)有了一個(gè)datetime對(duì)象，進(jìn)一步可以利用這個(gè)對(duì)象的屬性顯示時(shí)間，為了區(qū)別datetime庫(kù)名，采用上例中的someday代替生成的datetime對(duì)象，常用屬性如表5.1所示datetime庫(kù)解析第五十三頁(yè)，共58頁(yè)。datetime庫(kù)解析屬性描述屬性someday.min固定返回datetime的最小時(shí)間對(duì)象，datetime(1,1,1,0,0)someday.minsomeday.max固定返回datetime的最大時(shí)間對(duì)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(shí)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