Python程序設計基礎項目化教程 課件 項目四 函數(shù)與模塊

《Python語言程序設計》項目四函數(shù)與模塊Contents函數(shù)的定義與調(diào)用函數(shù)的參數(shù)列表與返回值模塊的使用方法函數(shù)的定義與調(diào)用PART01函數(shù)就是由部分語句集合而成的一個通用的程序功能部件，是Python語言中最基本的組成工具。我們可以在程序中多次調(diào)用函數(shù)，令其在程序中執(zhí)行多次。在函數(shù)定義過程中，可以設定函數(shù)的返回值，并且也可以每次改變作為函數(shù)輸入的參數(shù)來得到不同的結(jié)果。以函數(shù)的形式去“包裹”一個具體的操作，使這個操作變成一個可以廣泛應用的工具，這樣在不同情形下我們都可以輕松調(diào)用函數(shù)完成目標操作。前言Python語言中使用函數(shù)分為兩個步驟：定義函數(shù)和調(diào)用函數(shù)。定義函數(shù)，即根據(jù)函數(shù)的輸入、輸出和數(shù)據(jù)處理完成函數(shù)代碼的編寫。定義函數(shù)只是規(guī)定了函數(shù)會執(zhí)行什么操作，但并不會真正去執(zhí)行。調(diào)用函數(shù)，即真正去執(zhí)行函數(shù)中的代碼，是指根據(jù)傳入的數(shù)據(jù)完成特定的運算，并將運算結(jié)果返回到函數(shù)調(diào)用位置的過程。函數(shù)的定義與調(diào)用函數(shù)的定義與調(diào)用【任務描述】了解函數(shù)的定義與調(diào)用【關(guān)鍵步驟】了解函數(shù)的定義與調(diào)用示例011 defCalCircleArea():#定義名字為CalCircleArea的函數(shù)2 s=3.14*3*3#計算半徑為3的圓的面積3 print('半徑為3的圓的面積為：%.2f'%s)#將計算結(jié)果輸出4 CalCircleArea()#調(diào)用函數(shù)CalCircleArea示例程序執(zhí)行完畢后，將在屏幕上輸出28.26。函數(shù)的定義與調(diào)用示例01流程圖程序運行后，會直接執(zhí)行第4行代碼CalCircleArea()，然后通過該函數(shù)調(diào)用轉(zhuǎn)去執(zhí)行第1-3行的代碼。CalCircleArea函數(shù)執(zhí)行結(jié)束后，會回到函數(shù)調(diào)用位置繼續(xù)執(zhí)行，因為后面沒有其他代碼，所以程序結(jié)束。函數(shù)的定義與調(diào)用參數(shù)列表與返回值PART02參數(shù)列表與返回值實際上就是實現(xiàn)一個函數(shù)的輸入和輸出功能。通過函數(shù)的參數(shù)列表，可以為函數(shù)傳入待處理的數(shù)據(jù)，從而使得一個函數(shù)更加通用。通過返回值，可以將函數(shù)的計算結(jié)果返回到函數(shù)調(diào)用的位置，從而可以利用函數(shù)調(diào)用返回的結(jié)果再去做其他運算。參數(shù)列表與返回值計算零件面積對于計算圓面積的函數(shù)CalCircleArea，可以將半徑r作為參數(shù)，這樣每次調(diào)用CalCircleArea函數(shù)時只要傳入不同的半徑值，函數(shù)就可以自動計算出傳入半徑所對應的圓的面積。我們要計算零件的面積，則需要先計算半徑分別為r1和r2的圓的面積C1和C2，以及邊長分別為d11和d12、d21和d22的兩個長方形的面積S1和S2，然后通過計算C1-C2-S1-S2或C1-(C2+S1+S2)得到零件面積。參數(shù)列表與返回值參數(shù)列表與返回值【任務描述】了解參數(shù)列表與返回值了解形參與實參的作用【關(guān)鍵步驟】了解參數(shù)列表與返回值了解形參與實參的作用示例021 defCalCircleArea(r):#定義名字為CalCircleArea的函數(shù)2 s=3.14*r*r#計算半徑為r的圓的面積3 print('半徑為%.2f的圓的面積為：%.2f'%(r,s))#將計算結(jié)果輸出4 defCalRectArea(a,b):#定義名字為CalRectArea的函數(shù)5 s=a*b#計算邊長分別為a和b的長方形的面積6 print('邊長為%.2f和%.2f的長方形的面積為：%.2f'%(a,b,s))#將計算結(jié)果輸出形參是定義函數(shù)時函數(shù)名后面的一對小括號中給出的參數(shù)列表。形參的作用是接收函數(shù)調(diào)用時傳入的參數(shù)值。參數(shù)列表與返回值示例021 a=eval(input('請輸入圓的半徑：'))2 CalCircleArea(a)3 x=eval(input('請輸入長方形的一條邊長：'))4 y=eval(input('請輸入長方形的另一條邊長：'))5 CalRectArea(x,y)實參是在調(diào)用函數(shù)時函數(shù)名后面的小括號中給出的參數(shù)列表。當調(diào)用函數(shù)時，會將實參的值傳遞給對應的形參。執(zhí)行程序后，如果輸入圓的半徑為3，輸入長方形的兩條邊長分別為3.5和2，則在屏幕上會輸出如下結(jié)果：請輸入圓的半徑：3半徑為10.00的圓的面積為：28.26請輸入長方形的一條邊長：3.5請輸入長方形的另一條邊長：2邊長為3.50和2.00的長方形的面積為：7.00參數(shù)列表與返回值示例02當實參傳遞給形參后，如果在函數(shù)體中對形參值做修改，則該修改并不會影響實參，即實參值不會改變。但如果實參是列表等對象時，可在函數(shù)體中通過形參修改實參列表中對應元素的值。同時定義多個變量定義多個變量【任務描述】了解多個變量的定義和使用方法【關(guān)鍵步驟】了解多個變量的定義和使用方法示例031 defModifyVal(x,y):#ModifyVal函數(shù)定義2 x=y#將y的值賦給形參x3 defModifyListElement(ls,idx,val):#ModifyListElement函數(shù)定義4 ls[idx]=val#將ls中下標為idx的元素值賦為val5 a,b=5,10#a和b的值分別賦為5和106 print(a,b)#輸出5和107 ModifyVal(a,10)#調(diào)用ModifyVal函數(shù)試圖將a賦為10，但實際不會修改a的值8 print(a,b)#仍輸出5和109 c=[1,2,3]#c的值賦為[1,2,3]10 print(c)#輸出[1,2,3]11 ModifyVal(c,[4,5,6])#調(diào)用ModifyVal函數(shù)試圖將c賦為[4,5,6]，但實際不會修改12 print(c)#仍輸出[1,2,3]13 ModifyListElement(c,1,5)#調(diào)用ModifyListElement函數(shù)將下標為1的元素賦為514 print(c)#輸出[1,5,3]定義多個變量示例03

程序執(zhí)行結(jié)束后，會在屏幕上輸出如下結(jié)果：510510[1,2,3][1,2,3][1,5,3]示例03默認參數(shù)【任務描述】了解自定義函數(shù)中的默認參數(shù)【關(guān)鍵步驟】了解自定義函數(shù)中的默認參數(shù)示例041 defStudentInfo(name,country='中國'):#參數(shù)country的默認參數(shù)值為'中國'2 print('姓名：%s，國家：%s'%(name,country))3 StudentInfo('李曉明')#這里沒有給country傳實參值，但因為有默認參數(shù)所以不會出錯4 StudentInfo('大衛(wèi)','美國')#給country傳了實參，則不再使用默認參數(shù)函數(shù)的默認參數(shù)就是缺省參數(shù)，即當調(diào)用函數(shù)時，如果沒有為某些形參傳遞對應的實參，則這些形參會自動使用默認參數(shù)值。程序執(zhí)行完畢后，將在屏幕上輸入如下結(jié)果：姓名：李曉明，國家：中國姓名：大衛(wèi)，國家：美國默認參數(shù)示例04關(guān)鍵字參數(shù)【任務描述】了解關(guān)鍵字參數(shù)的使用方式【關(guān)鍵步驟】了解關(guān)鍵字參數(shù)的使用方式示例051 defStudentInfo(name,chineselevel='良好',country='中國'):2 print('姓名：%s，中文水平：%s，國家：%s'%(name,chineselevel,country))3 StudentInfo('李曉明')4 StudentInfo('大衛(wèi)',country='美國')5 StudentInfo(country='美國',chineselevel='一般',name='約翰')關(guān)鍵字參數(shù)的形式為“形參=實參”程序執(zhí)行完畢后，將在屏幕上輸入如下結(jié)果：姓名：李曉明，國家：中國姓名：大衛(wèi)，國家：美國關(guān)鍵字參數(shù)示例05def函數(shù)名([普通形參列表,]*不定長參數(shù)名[,普通形參列表]):

函數(shù)體或def函數(shù)名([普通形參列表,]**不定長參數(shù)名):

函數(shù)體不定長參數(shù)，即在調(diào)用函數(shù)時可以接收任意數(shù)量的實參，這些實參在傳遞給函數(shù)時會被封裝成元組（位置參數(shù)）或字典（關(guān)鍵字參數(shù)）形式。第一種定義方法使用“*不定長參數(shù)名”的方式，表示這個不定長參數(shù)對應的是一組位置參數(shù)；而第二種定義方法使用“**不定長參數(shù)名”的方式，表示這個不定長參數(shù)對應的是一組關(guān)鍵字參數(shù)。不定長參數(shù)不定長參數(shù)【任務描述】了解不定長參數(shù)的使用方法【關(guān)鍵步驟】了解不定長參數(shù)的使用方法示例051 defStudentInfo1(name,*args):#定義函數(shù)StudentInfo12 print('姓名：',name,'，其他：',args)3 defStudentInfo2(name,**args):#定義函數(shù)StudentInfo24 print('姓名：',name,'，其他：',args)5 defStudentInfo3(name,*args,country='中國'):#定義函數(shù)StudentInfo36 print('姓名：',name,'，國家：',country,'，其他：',args)7 StudentInfo1('李曉明','良好','中國')8 StudentInfo2('李曉明',中文水平='良好',國家='中國')9 StudentInfo3('李曉明',19,'良好')10 StudentInfo3('大衛(wèi)',19,'良好',country='美國')不定長參數(shù)示例05程序執(zhí)行完畢后，將會輸出如下結(jié)果：姓名：李曉明，其他：('良好','中國')姓名：李曉明，其他：{'中文水平':'良好','國家':'中國'}姓名：李曉明，國家：中國，其他：(19,'良好')姓名：大衛(wèi)，國家：美國，其他：(19,'良好')示例05拆分參數(shù)列表【任務描述】了解列表、元組或字典形式參數(shù)的拆分【關(guān)鍵步驟】了解列表、元組或字典形式參數(shù)的拆分示例071 defSumVal(*args):#定義函數(shù)SumVal2 sum=03 foriinargs:4 sum+=i5 print('求和結(jié)果為：',sum)6 ls=[3,5.2,7,1]7 SumVal(ls[0],ls[1],ls[2],ls[3])如果一個函數(shù)所需要的參數(shù)已經(jīng)存儲在了列表、元組或字典中，則可以直接從列表、元組或字典中拆分出來函數(shù)所需要的這些參數(shù)，其中列表、元組拆分出來的結(jié)果作為位置參數(shù)，而字典拆分出來的結(jié)果作為關(guān)鍵字參數(shù)。程序運行結(jié)束后，將在屏幕上輸出如下結(jié)果：求和結(jié)果為：16.2實際上，第7行代碼可以簡寫為SumVal(*ls)。拆分參數(shù)列表示例071 defStudentInfo(name,chineselevel,country):#定義函數(shù)StudentInfo2 print('姓名：%s，中文水平：%s，國家：%s'%(name,chineselevel,country))3 d={'country':'中國','chineselevel':'良好','name':'李曉明'}4 StudentInfo(**d)將字典的拆分結(jié)果作為函數(shù)的關(guān)鍵字參數(shù)。程序運行結(jié)束后，將在屏幕上輸出如下結(jié)果：姓名：李曉明，中文水平：良好，國家：中國拆分參數(shù)列表示例07函數(shù)返回值【任務描述】使用return獲取函數(shù)返回值【關(guān)鍵步驟】使用return獲取函數(shù)返回值示例031 defCalCircleArea(r):#定義函數(shù)CalCircleArea2 return3.14*r*r#通過return語句將計算得到的圓面積返回3 defCalRectArea(a,b):#定義函數(shù)CalRectArea4 returna*b#通過return語句將計算得到的長方形面積返回5 r1,r2,d11,d12,d21,d22=10,1,4,5,6,56 C1=CalCircleArea(r1)#計算大圓的面積7 C2=CalCircleArea(r2)#計算小圓的面積8 S1=CalRectArea(d11,d12)#計算第一個長方形面積9 S2=CalRectArea(d21,d22)#計算第二個長方形面積10 A=C1-C2-S1-S2#大圓面積依次減去小圓和兩個長方形面積，即得到零件面積11 print('零件面積為：%.2f'%A)#將零件面積輸出return語句將函數(shù)中的運算結(jié)果返回到函數(shù)調(diào)用的位置。程序運行結(jié)束后，將在屏幕上輸出如下結(jié)果：零件面積為：260.86函數(shù)返回值示例081 defGetList():#定義函數(shù)GetList2 return[1,2,3]#將包含3個元素的列表返回3 defGetTuple():#定義函數(shù)GetTuple4 return(1,2,3)#將包含3個元素的元組返回5 defGetElements():#定義函數(shù)GetElements6 return1,2,3#返回3個數(shù)值數(shù)據(jù)，實際上會將這3個數(shù)據(jù)封裝成一個元組返回7 print(type(GetList()))8 print(GetList())9 print(type(GetTuple()))10 print(GetTuple())11 print(type(GetElements()))12 print(GetElements())通過return不僅能夠返回數(shù)值數(shù)據(jù)，也可以返回字符串、列表、元組等數(shù)據(jù)。函數(shù)返回值示例08程序運行結(jié)束后，將在屏幕上輸出如下結(jié)果：<class'list'>[1,2,3]<class'tuple'>(1,2,3)<class'tuple'>(1,2,3)示例08模塊PART03按照代碼功能的不同，將代碼分門別類地放在不同的腳本文件中，這些腳本文件就稱為是模塊（Module）。當要使用一個模塊中的某些功能時，我們可以通過import方式將該模塊導入。模塊importmodel1importmodel2 …importmodelN或importmodel1,model2,...,modelN使用import語句導入模塊語法如下：Import加載模塊【任務描述】了解import和fromimport的使用方法了解包的含義和加載【關(guān)鍵步驟】了解import和fromimport的使用方法了解包的含義和加載示例091 defPrintFib(n):#定義函數(shù)PrintFib，輸出斐波那契數(shù)列的前n項2 a,b=1,1#將a和b都賦為13 foriinrange(1,n+1):#i的取值依次為1,2,…,n4 print(a,end='')#輸出斐波那契數(shù)列的第i項5 a,b=b,a+b#更新斐波那契數(shù)列第i+1項的值，并計算第i+2項的值6 print()#輸出一個換行7 defGetFib(n):#定義函數(shù)GetFib，返回斐波那契數(shù)列的前n項8 fib=[]#定義一個空列表fib9 a,b=1,1#將a和b都賦為110 foriinrange(1,n+1):#i的取值依次為1,2,…,n11 fib.append(a)#將斐波那契數(shù)列的第i項存入列表fib中12 a,b=b,a+b#更新斐波那契數(shù)列第i+1項的值，并計算第i+2項的值13 returnfib#將列表fib返回14 PrintFib(10)#調(diào)用PrintFib輸出斐波那契數(shù)列前10項15 ls=GetFib(10)#調(diào)用GetFib函數(shù)獲取斐波那契數(shù)列前10項組成的列表16 print(ls)#輸出列表ls中的元素定義一個名字為fibo.py的腳本文件，其中包括PrintFib和GetFib兩個函數(shù)的定義。加載模塊示例09程序執(zhí)行完畢后，將在屏幕上輸出如下結(jié)果：11235813213455[1,1,2,3,5,8,13,21,34,55]示例091 importfibo#導入fibo模塊2 fibo.PrintFib(5)#調(diào)用fibo模塊中的PrintFib函數(shù)，輸出斐波那契數(shù)列前5項3 ls=fibo.GetFib(5)#調(diào)用fibo模塊中的GetFib函數(shù)，得到斐波那契數(shù)列前5項的列表4 print(ls)#輸出ls中保存的斐波那契數(shù)列前5項再定義一個名字為testfibo.py的腳本文件。

程序執(zhí)行完畢后，將在屏幕上輸出如下結(jié)果：

11235813213455[1,1,2,3,5,8,13,21,34,55]11235[1,1,2,3,5]加載模塊示例09導入模塊后，如果要使用該模塊中定義的標識符，則需要通過“模塊名.標識符名”的方式。從程序輸出結(jié)果可以看到，雖然我們只在testfibo.py中輸出了斐波那契數(shù)列的前5項，但當我們importfibo時，fibo.py中第14至16行代碼也執(zhí)行了，所以會同時輸出斐波那契數(shù)列的前10項數(shù)據(jù)。示例09希望一個腳本文件，單獨運行時就執(zhí)行這些語句；而作為模塊導入時，就不執(zhí)行這些語句。要實現(xiàn)這個功能，需要用到每個模塊中都有的一個全部變量__name__。__name__的作用是獲取當前模塊的名稱，如果當前模塊是單獨執(zhí)行的，則其__name__的值就是__main__；否則，如果是作為模塊導入，則其__name__的值就是模塊的名字。加載模塊示例09module.py1 print(__name__)#輸出全局變量__name__的值testmodule.py1 importmodule#導入module模塊當我們執(zhí)行module.py時，會在屏幕上輸出：__main__；而當我們執(zhí)行testmodule.py時，則會在屏幕上輸出：module。即module.py單獨運行和作為模塊導入時其__name__的值是不同的。加載模塊示例09修改后的fibo.py1 defPrintFib(n):#定義函數(shù)PrintFib，輸出斐波那契數(shù)列的前n項2 a,b=1,1#將a和b都賦為13 foriinrange(1,n+1):#i的取值依次為1,2,…,n4 print(a,end='')#輸出斐波那契數(shù)列的第i項5 a,b=b,a+b#更新斐波那契數(shù)列第i+1項的值，并計算第i+2項的值6 print()#輸出一個換行7 defGetFib(n):#定義函數(shù)GetFib，返回斐波那契數(shù)列的前n項8 fib=[]#定義一個空列表fib9 a,b=1,1#將a和b都賦為110 foriinrange(1,n+1):#i的取值依次為1,2,…,n11 fib.append(a)#將斐波那契數(shù)列的第i項存入列表fib中12 a,b=b,a+b#更新斐波那契數(shù)列第i+1項的值，并計算第i+2項的值13 returnfib#將列表fib返回14 if__name__=='__main__':#只有單獨執(zhí)行fibo.py時該條件才成立15 PrintFib(10)#調(diào)用PrintFib輸出斐波那契數(shù)列前10項16 ls=GetFib(10)#調(diào)用GetFib函數(shù)獲取斐波那契數(shù)列前10項組成的列表17 print(ls)#輸出列表ls中的元素加載模塊示例09此時，當執(zhí)行fibo.py時，將在屏幕上輸出如下結(jié)果：11235813213455[1,1,2,3,5,8,13,21,34,55]當執(zhí)行testfibo.py時，將在屏幕上輸出如下結(jié)果：11235[1,1,2,3,5]加載模塊示例09除了可以導入自己編寫的模塊外，也可以直接導入系統(tǒng)提供的模塊，使用其中的功能。例如，我們可以通過sys模塊獲取運行Python腳本時傳入的參數(shù)，如下面的代碼所示。1 importfibo#導入fibo模塊2 importsys#導入系統(tǒng)提供的sys模塊3 n=int(sys.argv[1])#通過sys模塊的argv獲取執(zhí)行腳本時傳入的參數(shù)4 fibo.PrintFib(n)#調(diào)用fibo模塊中的PrintFib函數(shù)，輸出斐波那契數(shù)列前n項5 ls=fibo.GetFib(n)#調(diào)用fibo模塊中的GetFib函數(shù)，得到斐波那契數(shù)列前n項的列表6 print(ls)#輸出ls中保存的斐波那契數(shù)列前n項加載模塊示例09在系統(tǒng)控制臺下，如果執(zhí)行“pythontestfibo.py5”，則會輸出如下結(jié)果：11235[1,1,2,3,5]如果執(zhí)行“pythontestfibo.py10”，則會輸出如下結(jié)果：11235813213455[1,1,2,3,5,8,13,21,34,55]示例09可以使用fromimport將模塊中的標識符（變量名、函數(shù)名等）直接導入當前環(huán)境，這樣我們在訪問這些標識符時就不再需要指定模塊名。from模塊名import標識符1,標識符2,...,標識符N加載模塊示例091 fromfiboimportPrintFib,GetFib#導入fibo模塊中的PrintFib和GetFib2 PrintFib(5)#忽略fibo模塊名直接調(diào)用PrintFib函數(shù)3 ls=GetFib(5)#忽略fibo模塊名直接調(diào)用GetFib函數(shù)4 print(ls)#輸出ls中保存的斐波那契數(shù)列前5項數(shù)據(jù)程序執(zhí)行結(jié)束后，將在屏幕上輸出如下結(jié)果：11235[1,1,2,3,5]加載模塊示例091 fromfiboimportPrintFib#只導入fibo模塊中的PrintFib2 PrintFib(5)#忽略fibo模塊名直接調(diào)用PrintFib函數(shù)程序執(zhí)行結(jié)束后，將在屏幕上輸出如下結(jié)果：11235也可以改為只導入一個模塊中的部分標識符，如下面的代碼所示：加載模塊示例091 importfiboasf#導入fibo模塊，并為fibo起了個別名f2 f.PrintFib(5)#調(diào)用fibo模塊中的PrintFib函數(shù)，輸出斐波那契數(shù)列前5項無論是利用import導入模塊、還是用fromimport導入模塊中的標識符，在導入的同時都可以使用as為模塊或標識符起別名。1 fromfiboimportPrintFibaspf#導入fibo模塊中的PrintFib，并重命名為pf2 pf(5)#調(diào)用fibo模塊中的PrintFib函數(shù)，輸出斐波那契數(shù)列前5項加載模塊示例09Python中的包（Package）的作用與操作系統(tǒng)中文件夾的作用相似，利用包可以將多個關(guān)系密切的模塊組成在一起，一方面方便進行各腳本文件的管理，另一方面可以有效避免模塊命名沖突問題。定義一個包，就是創(chuàng)建一個文件夾并在該文件夾下創(chuàng)建一個__init__.py文件，文件夾的名字就是包名。另外，可以根據(jù)需要在該文件夾下再創(chuàng)建子文件夾，子文件夾中創(chuàng)建一個__init__.py文件，則又形成了一個子包。模塊可以放在任何一個包或子包中，在導入模塊時需要指定所在的包和子包的名字。例如，如果要導入包A中的模塊B，則需要使用“importA.B”。包sound/頂級包

__init__.py初始化這個聲音包

formats/文件格式轉(zhuǎn)換子包

__init__.py wavread.py wavwrite.py aiffread.py aiffwrite.py auread.py auwrite.py ... effects/音效子包 __init__.py echo.py surround.py reverse.py ... filters/過濾器子包 __init__.py equalizer.py vocoder.py karaoke.py ...下面通過Python官方文檔中的一個例子理解包的結(jié)構(gòu)和使用方法。下面是關(guān)于聲音數(shù)據(jù)處理的包結(jié)構(gòu)：包如果要使用sound包的effects子包的echo模塊，則可以通過下面方式導入：importsound.effects.echo假設在echo模塊中有一個echofilter函數(shù)，則調(diào)用該函數(shù)時必須指定完整的名字（包括各層的包名和模塊名），即：fromsound.effectsimportecho也可以使用fromimport方式導入包中的模塊，如：sound.effects.echo.echofilter(實參列表)echo.echofilter(實參列表)通過這種方式，也可以正確導入sound包的effects子包的echo模塊，而且在調(diào)用echo模塊中的函數(shù)時不需要加包名：包使用fromimport也可以直接導入模塊中的標識符，如：fromsound.effects.echoimportechofilter這里直接導入了echo模塊中的echofilter函數(shù)，此時調(diào)用echofilter函數(shù)可直接寫作：echofilter(實參列表)包猴子補丁是指在運行時動態(tài)替換已有的代碼，而不需要修改原始代碼。1 defSum(a,b):#定義