第5章 函數(shù)與模塊《Python語言程序設(shè)計》教學(xué)課件

《Python語言程序設(shè)計》?精品課件合集Python語言程序設(shè)計第5章函數(shù)與模塊第5章函數(shù)與模塊5.1函數(shù)的定義與調(diào)用函數(shù)（Function）是指可重復(fù)使用的語句塊，該語句塊通常用于實現(xiàn)一組特定的功能。在程序中可以通過定義和使用函數(shù)來提高代碼的復(fù)用性，從而提高編程效率及程序的可讀性。在程序中使用函數(shù)，也被稱為函數(shù)調(diào)用（Calling）。函數(shù)的定義3/63函數(shù)（Function）是指可重復(fù)使用的語句塊，該語句塊通常用于實現(xiàn)一組特定的功能。在程序中可以通過定義和使用函數(shù)來提高代碼的復(fù)用性，從而提高編程效率及程序的可讀性。在程序中使用函數(shù)，也被稱為函數(shù)調(diào)用（Calling）。函數(shù)在被調(diào)用之前，需要先通過關(guān)鍵字def來完成函數(shù)定義，語法格式如下所示。def函數(shù)名([參數(shù)1[,參數(shù)2…[,參數(shù)n]]]):

函數(shù)體函數(shù)的定義4/63由上述程序可知，函數(shù)定義中，函數(shù)名必須是合法的標(biāo)識符，函數(shù)名后的一對圓括號用于指定函數(shù)的參數(shù)，若沒有參數(shù)也可以省略。函數(shù)定義中的參數(shù)被稱為形式參數(shù)（FormalParameters），用于接受函數(shù)調(diào)用時傳遞來的實際參數(shù)值。為了正確表示函數(shù)體，需要在格式上將其向右縮進(jìn)。案例：函數(shù)的定義與調(diào)用5/63函數(shù)體的第一行語句可以是一個對函數(shù)作用進(jìn)行說明的字符串對象，被稱作文檔字符串（DocumentationString或docstring）。一個函數(shù)的文檔字符串可以通過該函數(shù)屬性__doc__訪問得到。例如，運行程序例5_1后，函數(shù)say_hello()被成功定義，此時可以使用如下語句訪問該函數(shù)的__doc__屬性。文檔字符串6/63函數(shù)定義后，便可以通過調(diào)用函數(shù)，以運行函數(shù)體中定義的代碼段，函數(shù)調(diào)用的語法格式為：函數(shù)名([參數(shù)1[,參數(shù)2…[,參數(shù)n]]])其中，函數(shù)名是定義函數(shù)時在def關(guān)鍵字后給出的標(biāo)識符，參數(shù)列表包含要傳入函數(shù)的一系列對象，函數(shù)調(diào)用中所使用的具體參數(shù)也被稱作實際參數(shù)（ActualParameters）。函數(shù)的調(diào)用7/63例如，編寫程序定義滿足以下功能的函數(shù)，該函數(shù)用來判斷給定的參數(shù)n是否為一個素數(shù)，并輸出判斷結(jié)果，程序如下。程序的運行結(jié)果如下：案例：判斷一個整數(shù)是否為素數(shù)8/63如果在函數(shù)調(diào)用時，需要傳遞不止1個實際參數(shù)，則需要在函數(shù)定義時構(gòu)造相同數(shù)量的形式參數(shù)，例如編寫程序定義滿足以下功能的函數(shù)，該函數(shù)用于計算兩個對象的和，并輸出計算結(jié)果，程序如下所示。程序的運行結(jié)果如下：案例：定義多個參數(shù)9/63在函數(shù)體中，可以使用由關(guān)鍵字return構(gòu)造的語句，其語法格式為：return[對象1[,對象2…[,對象n]]]該語句的作用是將return關(guān)鍵字后的對象返回給調(diào)用該函數(shù)的語句，并跳過函數(shù)體中剩下的語句，即終止函數(shù)體轉(zhuǎn)而運行函數(shù)調(diào)用之后的語句。如果函數(shù)體中不包含return語句或者return語句中省略了待返回的對象，則程序會把空值對象None返回給調(diào)用該函數(shù)的語句。函數(shù)的返回值和return語句10/63例如，編寫程序提示用戶輸入兩個整數(shù)，輸出其中較大的一個，如果兩者相同則輸出提示信息“兩個數(shù)字相等”，要求在程序中定義函數(shù)完成比較兩數(shù)大小的功能，程序如下所示。案例：定義函數(shù)求參數(shù)中較大的值11/63return語句也可以同時將多個對象返回給調(diào)用函數(shù)的語句。例如，編寫程序提示用戶輸入兩個整數(shù)，比較這兩個數(shù)并按照自小至大的順序輸出，如果兩者相同則輸出提示信息“兩個數(shù)字相等”，要求在程序中定義函數(shù)完成比較兩數(shù)大小的功能并按照自小至大的順序返回兩個數(shù)，程序如下所示。案例：定義函數(shù)返回排序后的參數(shù)值12/63當(dāng)函數(shù)的函數(shù)體特別簡單，僅使用一條表達(dá)式就可以表示其返回值的時候，可以使用lambda關(guān)鍵字構(gòu)造lambda表達(dá)式進(jìn)行函數(shù)定義，lambda表達(dá)式的語法格式如下：匿名函數(shù)與lambda表達(dá)式13/63當(dāng)函數(shù)的函數(shù)體特別簡單，僅使用一條表達(dá)式就可以表示其返回值的時候，可以使用lambda關(guān)鍵字構(gòu)造lambda表達(dá)式進(jìn)行函數(shù)定義，lambda表達(dá)式的語法格式如下：lambda[參數(shù)1[,參數(shù)2…[,參數(shù)n]]]:返回值表達(dá)式由于lambda表達(dá)式中僅包含函數(shù)的參數(shù)和返回值表達(dá)式，沒有用作函數(shù)名的標(biāo)識符，所以把以lambda表達(dá)式定義的函數(shù)稱作匿名函數(shù)（AnonymousFunctions）。匿名函數(shù)與lambda表達(dá)式14/63例如，使用lambda表達(dá)式定義一個求得兩數(shù)之和的函數(shù)，程序如下所示。案例：匿名函數(shù)的定義與使用15/63第5章函數(shù)與模塊5.2函數(shù)的參數(shù)傳遞

函數(shù)調(diào)用時，默認(rèn)按位置順序?qū)嶋H參數(shù)逐個傳遞給形式參數(shù)，也就是調(diào)用時，傳遞的實際參數(shù)和函數(shù)定義時確定的形式參數(shù)在順序、個數(shù)上要一致，否則調(diào)用時會出現(xiàn)錯誤。函數(shù)定義時可以給形式參數(shù)賦予默認(rèn)值，即存在默認(rèn)參數(shù)值（DefaultArgumentValues）的情況，當(dāng)形式參數(shù)被指定了默認(rèn)值時，如果在函數(shù)調(diào)用中沒有給這個參數(shù)傳遞具體的值，就以默認(rèn)值作為該參數(shù)的實際參數(shù)。默認(rèn)參數(shù)值17/63例如，編寫程序定義一個重復(fù)輸出對象內(nèi)容的函數(shù)，要求該函數(shù)包含2個參數(shù)，第一個參數(shù)為需要輸出的對象，第二個參數(shù)為需要重復(fù)輸出的次數(shù)，程序如下所示。函數(shù)調(diào)用的運行效果見下一頁案例：帶默認(rèn)參數(shù)值的函數(shù)定義18/63案例：以默認(rèn)參數(shù)值調(diào)用函數(shù)19/63那么，在實際使用過程中，如果遇到只希望對形式參數(shù)time進(jìn)行賦值的情況時，我們應(yīng)該如何對例5_6中定義的repeat()函數(shù)進(jìn)行調(diào)用呢？針對上述問題，Python提供了使用參數(shù)名而非參數(shù)位置進(jìn)行參數(shù)傳遞的方式，這種參數(shù)傳遞方式被稱為關(guān)鍵字參數(shù)（KeywordArguments），該方式要求程序在函數(shù)調(diào)用時以“形式參數(shù)名=實際參數(shù)值“的形式表明實際參數(shù)與形式參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系。關(guān)鍵字參數(shù)20/63例如，以下對repeat()函數(shù)的調(diào)用形式表示將實際參數(shù)5賦值給形式參數(shù)time。案例：以關(guān)鍵字參數(shù)調(diào)用函數(shù)21/63Python還支持可變數(shù)量參數(shù)（VariadicArguments），也就是用一個形式參數(shù)接受不確定個數(shù)的實際參數(shù)。定義函數(shù)時，如果使用可變數(shù)量的參數(shù)，需要在其參數(shù)名稱前放置一個星號*，其語法格式為：def函數(shù)名([參數(shù)1[,參數(shù)2…[,參數(shù)n]]][,*可變數(shù)量參數(shù)]):由上述格式可知，在可變數(shù)量參數(shù)之前，可能會出現(xiàn)零個或多個普通參數(shù)，即當(dāng)普通參數(shù)接受完對應(yīng)的實際參數(shù)值之后，可變數(shù)量參數(shù)可以接受傳遞給函數(shù)的所有剩余實際參數(shù)?？勺償?shù)量參數(shù)22/63例如，編寫程序完成以下功能的函數(shù)定義，要求該函數(shù)能夠統(tǒng)計某位同學(xué)各門課課程的平均分并輸出計算結(jié)果，其中第一個參數(shù)用于接受學(xué)生姓名，其后的所有參數(shù)均代表該同學(xué)的各門課成績。案例：定義可變數(shù)量參數(shù)23/63第5章函數(shù)與模塊5.3變量的作用域Python語言中，在程序不同位置被賦值的變量，它們在程序中可以被訪問的范圍也會不同。某個變量在程序中可以被正常訪問的范圍，被稱作該變量的作用域（Scope）。根據(jù)變量的作用域不同，將變量分為局部變量和全局變量。在函數(shù)內(nèi)部被賦值的變量（包括函數(shù)的形式參數(shù)）是局部變量，它的作用域為當(dāng)前函數(shù)的函數(shù)體部分，函數(shù)體外的語句是無法訪問當(dāng)前函數(shù)中的局部變量的。局部變量25/63例如，編寫程序分別在不同位置輸出在函數(shù)體內(nèi)被賦值的變量，其程序如例5_8所示。運行效果見下頁：案例：輸出不同位置的變量26/63上述程序中，變量var在函數(shù)體內(nèi)被賦值，在函數(shù)fun()被調(diào)用時，程序可以正常輸出該變量的內(nèi)容，但是函數(shù)調(diào)用完畢后再次輸出變量var的內(nèi)容時，便會產(chǎn)生報錯，運行效果如下所示。案例：輸出不同位置的變量27/63為了防止在程序中訪問不存在的變量或者函數(shù)等對象，可以使用locals()函數(shù)查看當(dāng)前作用域中的標(biāo)識符名稱及其內(nèi)容，函數(shù)的語法格式為：locals()該函數(shù)的作用是返回當(dāng)前函數(shù)調(diào)用位置的局部作用域中，所有已經(jīng)定義的標(biāo)識符名稱以及這些標(biāo)識符關(guān)聯(lián)的對象內(nèi)容。內(nèi)置函數(shù)locals()28/63程序的運行結(jié)果如下：案例：locals()函數(shù)的使用29/63在Python程序文件的頂層結(jié)構(gòu)中被賦值的變量是全局變量，它的作用域是從該變量的賦值語句開始直到程序文件結(jié)束的全部范圍，即它可以被整個程序文件中該變量賦值語句之后的所有語句訪問。全局變量30/63例如，編寫程序輸出相同名稱的全局變量和局部變量的內(nèi)容，其程序如例5_11所示。運行結(jié)果如下：案例：同名變量的使用31/63與locals()函數(shù)類似，Python還提供了內(nèi)置函數(shù)globals()，用于在程序中查看可以全局訪問的標(biāo)識符名稱及其內(nèi)容，函數(shù)的語法格式為：globals()該函數(shù)的作用是返回當(dāng)前函數(shù)調(diào)用位置的全局作用域中，所有已經(jīng)定義的標(biāo)識符名稱以及這些標(biāo)識符關(guān)聯(lián)的對象內(nèi)容。內(nèi)置函數(shù)globals()32/63觀察上述程序的運行結(jié)果可知，無論在函數(shù)內(nèi)部，還是在程序的頂層結(jié)構(gòu)中，運行g(shù)lobal()函數(shù)都可以返回函數(shù)調(diào)用處可訪問的全局對象案例：globals()函數(shù)的使用33/63前兩節(jié)中介紹了局部變量和全局變量的使用方法，由此可知，在函數(shù)內(nèi)部被賦值的變量會被認(rèn)為是局部變量，如果需要在函數(shù)內(nèi)部對全局變量進(jìn)行賦值，就需要使用global關(guān)鍵字對其進(jìn)行聲明，其語法格式為：global標(biāo)識符1[,標(biāo)識符2…[,標(biāo)識符n]]上述語句將global關(guān)鍵字后的標(biāo)識符所對應(yīng)的內(nèi)容聲明為全局對象，包括變量、函數(shù)等。全局變量聲明與global語句34/63程序的運行結(jié)果如下：案例：聲明全局變量35/63第5章函數(shù)與模塊5.4函數(shù)的遞歸在一個函數(shù)內(nèi)部如果直接或者間接地出現(xiàn)了對該函數(shù)本身的調(diào)用，稱作函數(shù)的遞歸。函數(shù)的遞歸是一種常見的編程方法，適用于把一個大型復(fù)雜的問題逐層轉(zhuǎn)化為一個與原問題性質(zhì)相似，但規(guī)模較小的問題來求解的場景。函數(shù)遞歸37/63程序的運行結(jié)果如下：案例：使用函數(shù)遞歸求n的階乘38/63程序的運行結(jié)果如下：案例：使用函數(shù)遞歸求Fibonacci數(shù)列的第n項39/63第5章函數(shù)與模塊5.5模塊與包程序由一條條語句實現(xiàn)，當(dāng)程序功能復(fù)雜，代碼行數(shù)很多時，如果不采取一定的組織方法，就會使程序的可讀性變差，后期也難以維護(hù)。

組織項目中的多個程序文件41/63程序由一條條語句實現(xiàn)，當(dāng)程序功能復(fù)雜，代碼行數(shù)很多時，如果不采取一定的組織方法，就會使程序的可讀性變差，后期也難以維護(hù)。在Python中，代碼可以按如下方式一層層地組織起來。（1）使用函數(shù)將完成特定功能的代碼進(jìn)行封裝，然后通過函數(shù)的調(diào)用完成該功能。（2）將一個或幾個相關(guān)的函數(shù)保存為擴展名為.py的程序文件，構(gòu)成一個模塊（Modules）。導(dǎo)入模塊，就可以調(diào)用該模塊中定義的函數(shù)。（3）一個或多個模塊連同一個特殊的文件__init__.py保存在一個文件夾下，形成包（Packages）。包能方便地分層次組織模塊。組織項目中的多個程序文件42/63Python語言中，模塊就是文件名以.py為后綴的程序文件。例如，程序文件abc.py就是一個名為abc的模塊。在程序中導(dǎo)入模塊后，就可以調(diào)用定義在該模塊中的函數(shù)，達(dá)到將函數(shù)內(nèi)的代碼進(jìn)行反復(fù)使用的目的。程序中如果要使用某個模塊中定義的變量或者函數(shù)，首先要導(dǎo)入該模塊。模塊43/63導(dǎo)入模塊以及調(diào)用模塊中已經(jīng)定義好的函數(shù)的操作方法有兩種，如：導(dǎo)入模塊中函數(shù)的方法

方法一導(dǎo)入模塊的語法import模塊名1[as別名1]…[,模塊名nas別名n]函數(shù)調(diào)用的語法格式模塊名.函數(shù)名(實際參數(shù))在使用別名的情況下：別名.函數(shù)名(實際參數(shù))方法二導(dǎo)入模塊中函數(shù)的語法from模塊名import函數(shù)名1[as函數(shù)別名1]…[,函數(shù)名nas函數(shù)別名n]或者：from模塊名import*（導(dǎo)入模塊中定義的所有內(nèi)容）函數(shù)調(diào)用的語法格式函數(shù)名(實際參數(shù))在使用別名的情況下：函數(shù)別名(實際參數(shù))44/63上述函數(shù)的調(diào)用方式見后頁案例：編制函數(shù)并在其他模塊中調(diào)用45/63導(dǎo)入模塊或模塊中的對象時，可以使用別名：案例：調(diào)用其他模塊中的函數(shù)（方式一）46/63如果要在當(dāng)前程序中導(dǎo)入funs模塊中的所有內(nèi)容，也可以使用下方的語句來實現(xiàn)。其中，語句中的星號*，代表的就是該模塊中的所有內(nèi)容案例：調(diào)用其他模塊中的函數(shù)（方式二）47/63在不清楚模塊中都定義了哪些對象的時候，可以借助內(nèi)置函數(shù)dir()來幫忙，該函數(shù)的語法格式為：dir([object])其中，參數(shù)object就是待查詢的對象，函數(shù)運行后會返回對象object中定義的所有內(nèi)容。如果以沒有參數(shù)的形式調(diào)用dir()函數(shù)，其運行后會返回當(dāng)前作用域中可訪問的所有對象名稱。內(nèi)置函數(shù)dir()48/63程序的運行結(jié)果如下：觀察上述運行結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，除了函數(shù)fact()之外，還有一些以2個下劃線開始和結(jié)束的標(biāo)識符，這些標(biāo)識符所代表的的對象是每一個Python模塊都會有的通用屬性，比如代表當(dāng)前模塊的說明文字的標(biāo)識符__doc__、代表當(dāng)前模塊的文件路徑的標(biāo)識符__file__、代表當(dāng)前模塊名稱的標(biāo)識符__name__等。案例：查看模塊funs中定義的所有對象49/63特別需要注意的是代表當(dāng)前模塊名稱的標(biāo)識符__name__。當(dāng)一個模塊不是以導(dǎo)入的方式被運行，而是以一個單獨的模塊被運行時，其__name__屬性中的值為"__main__"，例如編寫程序，在程序中輸入當(dāng)前模塊的__name__屬性，程序如例5_20所示。直接運行該程序的運行結(jié)果如下：這表示上述程序不是以導(dǎo)入的方式被運行的，而是作為一個單獨的模塊被Python解釋器直接運行的。反之，在交互方式中以導(dǎo)入模塊的方式運行該程序的結(jié)果如下所示。模塊的__name__屬性50/63利用模塊的__name__屬性的特殊性，可以完成一些有用的功能。例如編寫程序定義函數(shù)fact(n)，要求該函數(shù)實現(xiàn)計算n的階乘的功能，并且當(dāng)該模塊并非以導(dǎo)入的方式被運行時，輸出5的階乘，該程序如例5_21所示。運行效果見下頁。案例：在非導(dǎo)入方式時運行的程序51/63上述程序在被直接運行時，會在屏幕上輸出5的階乘，效果如下所示。但是，如果該程序被import語句導(dǎo)入的話，由于if語句中的判定條件不成立，所以此時程序不輸出任何內(nèi)容，如果需要計算5的階乘，則需要另外輸入對函數(shù)fact()的調(diào)用語句，例如：案例：不同運行方式下的效果52/63包是Python引入的分層次的文件目錄結(jié)構(gòu)，它定義了一個由模塊以及嵌套在包內(nèi)的包組成的多級層次的Python程序文件結(jié)構(gòu)。每個包的目錄中都會包含名為__init__.py的特殊文件，該文件中的程序會在導(dǎo)入包中對象的時候被運行，這個過程也被稱為包的初始化。雖然程序文件__init__.py的內(nèi)容可以為空，但是該文件必須存在，因為它表明這個目錄不是一個普通的文件目錄，而是Python語言中的包，其中會包含模塊或者嵌套在其中的包。包53/63上述描述中，所謂包的嵌套關(guān)系，就是在包中還可以包含包，對應(yīng)在文件系統(tǒng)中表示可以有多級目錄進(jìn)行嵌套，以組成多級層次的包結(jié)構(gòu)。同樣，嵌套在外層的包中的內(nèi)層的包，其中也都需要包含一個__init__.py文件。例如，構(gòu)建一個包含包的嵌套關(guān)系的Python程序文件結(jié)構(gòu)，如圖所示。包的嵌套54/63在頂層目錄中包含名為例5_22.py的模塊，用于演示如何在頂層模塊中導(dǎo)入包含在模塊h1.py和h2.py中的函數(shù)定義程序的運行結(jié)果如下：案例：在頂層模塊中導(dǎo)入對象55/63第5章函數(shù)與模塊5.6常用的標(biāo)準(zhǔn)模塊Python中的模塊有3種：自定義模塊、標(biāo)準(zhǔn)模塊和第三方模塊。前面的章節(jié)已經(jīng)介紹了如何編寫自定義模塊，以及在自定義模塊中完成函數(shù)定義，并根據(jù)實際需要在程序中進(jìn)行函數(shù)調(diào)用。標(biāo)準(zhǔn)模塊是隨著Python安裝程序一并被裝入計算機的模塊，是Python運行的核心，提供了關(guān)于系統(tǒng)管理、網(wǎng)絡(luò)通信、文本處理等功能。大部分標(biāo)準(zhǔn)模塊的使用方法和用戶自定義模塊一樣，需要先使用import語句進(jìn)行導(dǎo)入，才可以使用模塊中定義的函數(shù)。但是包含在builtins模塊中的函數(shù)會被直接包含在Python解釋器中，所以無需導(dǎo)入builtins模塊便可以直接使用其中定義的函數(shù)。第三方模塊，也被稱為第三方程序庫，是在Python發(fā)展過程中針對各種領(lǐng)域，如科學(xué)計算、Web開發(fā)、數(shù)據(jù)庫接口、圖形系統(tǒng)等逐步形成的，需要獨立安裝后才可以在Python中使用。Python官網(wǎng)上給出了第三方模塊索引功能（thePythonPackageIndex,PyPI）。Python中的模塊57/63Python解釋器中直接包含了builtins模塊中定義的函數(shù)，這些函數(shù)被稱為內(nèi)置函數(shù)。表5?2羅列出了一些常用的內(nèi)置函數(shù)及其功能，如果想了解這些內(nèi)置函數(shù)的相關(guān)細(xì)節(jié)，可以查詢書中的對應(yīng)章節(jié)。內(nèi)建模塊builtinsabs()all()any()bin()bool()chr()complex()delattr()dict()dir()divmod()enumerate()eval()filter()float()format()frozenset()getattr()globals()hasattr()help()hex()id()input()int()isinstance()issubclass()len()list()locals()map()max()min()oct()open()ord()pow()print()range()reversed()round()set()setattr()sorted()str()sum()super()tu