Python电子教案5-1-函数和代码复用

Python电子教案5-1-函数和代码复用第一页，共58页。函数是一段具有特定功能的、可重用的语句组，用函数名来表示并通过函数名完成功能调用。函数也可以看作一段具有名字的子程序，可以在需要的地方调用执行，不需要在每个执行地方重复编写这些语句。每次使用函数可以提供不同的参数作为输入，以实现对不同数据的处理；函数执行后，还可以反馈相应的结果。函数能够完成特定功能，与黑盒类似，对函数的使用不需要了解函数内部实现原理，只要了解函数的输入输出方式即可。严格说，函数是一种功能抽象。函数的定义第二页，共58页。有些函数是用户自己编写的，称为自定义函数；Python安装包也自带了一些函数和方法，包括Python内置的函数（如abs()、eval()）、Python标准库中的函数（如math库中的sqrt()）等。函数的定义第三页，共58页。使用函数主要有两个目的：降低编程难度和代码重用。函数是一种功能抽象，利用它可以将一个复杂的大问题分解成一系列简单的小问题，然后将小问题继续划分成更小的问题，当问题细化为足够简单时，就可以分而治之函数可以在一个程序中多个位置使用，也可以用于多个程序，当需要修改代码时，只需要在函数中修改一次，所有调用位置的功能都更新了，这种代码重用降低了代码行数和代码维护难度。函数的定义第四页，共58页。Python定义一个函数使用def保留字，语法形式如下：def<函数名>(<参数列表>):<函数体>return<返回值列表>函数的定义第五页，共58页。函数名可以是任何有效的Python标识符；参数列表是调用该函数时传递给它的值，可以有零个、一个或多个，当传递多个参数时各参数由逗号分隔，当没有参数时也要保留圆括号。函数定义中参数列表里面的参数是形式参数，简称为“形参”。函数体是函数每次被调用时执行的代码，由一行或多行语句组成。如果需要返回值，使用保留字return和返回值列表。函数可以没有return语句，在函数体结束位置将控制权返回给调用者。函数的定义第六页，共58页。函数调用和执行的一般形式是：<函数名>(<参数列表>)此时，参数列表中给出要传进入函数内部的参数，这类参数称为实际参数，简称为“实参”。函数的定义第七页，共58页。编写程序为Mike和Lily输出生日歌。最简单的实现方法是重复使用print()语句，对Mike的生日歌输出如下：微实例5.1：生日歌第八页，共58页。其中，第1、2、4行代码相同，假如需要将birthday改为newyear，则每处都要修改。为了避免这种情况，可以用函数printHappy()进行封装。除了Mike，如果再对Lily输出生日歌，除第3行有微小不同外与上述代码一致，这会带来重复代码。如果再有Eric,Adam呢？为了能够复用语句，采用函数方式完成功能，代码如下微实例5.1：生日歌第九页，共58页。微实例5.1：生日歌第十页，共58页。该程序输出效果如下：微实例5.1：生日歌第十一页，共58页。微实例5.1代码中第3行定义了一个函数happyB()，括号中name是形参，用来指代要输入到函数的实际变量，并参与完成函数内部功能。第8和10行两次调用happyB()函数，输入的"Mike"和"Lily"是实参，替换name，用于函数执行。微实例5.1：生日歌第十二页，共58页。程序调用一个函数需要执行以下四个步骤：（1）调用程序在调用处暂停执行；（2）在调用时将实参复制给函数的形参；（3）执行函数体语句；（4）函数调用结束给出返回值，程序回到调用前的暂停处继续执行。函数的调用过程第十三页，共58页。对微实例5.1的生日歌程序跟踪分析。第1到7行是函数定义，函数只有在被调用时才执行，因此，前7行代码不直接执行。程序最先执行的语句是第8行的happyB("Mike")。当Python执行到这行时，由于调用了happyB()函数，当前执行暂停，程序用实参"Mike"替换happyB(name)中的形参name，形参被赋值为实参的值，类似执行了如下语句：name="Mike"函数的调用过程第十四页，共58页。然后，使用实参代替形参执行函数体内容。当函数执行完毕后，重新回到第8行，继续执行余下语句。函数第8行的执行过程如图5.1所示，这里函数happyB()的变量name被自动替换为"Mike"。函数的调用过程第十五页，共58页。当程序执行happyB()函数体时，第一条执行语句是happy()函数，这也是一个函数调用。因此，Python暂停执行happyB()函数，将控制传递给被调用的函数happy()。happy()函数体包含了一个简单的print语句，该语句执行后函数体结束，程序重新返回调用happy()函数的位置。图5.2给出了happy()函数调用和返回的执行过程。函数的调用过程第十六页，共58页。函数的调用过程第十七页，共58页。程序执行完happyB()函数体后，返回调用该函数的原始位置，继续执行，如图5.3所示。函数的调用过程第十八页，共58页。lambda用于定义一种特殊的函数——匿名函数，又称lambda函数匿名函数并非没有名字，而是将函数名作为函数结果返回<函数名>=lambda<参数列表>:<表达式>lambda函数与正常函数一样，等价于下面形式：def<函数名>(<参数列表>):return<表达式>lambda函数第十九页，共58页。简单说，lambda函数用于定义简单的、能够在一行内表示的函数，返回一个函数类型，实例如下。lambda函数第二十页，共58页。函数的参数传递第二十一页，共58页。在定义函数时，如果有些参数存在默认值，即部分参数不一定需要调用程序输入，可以在定义函数时直接为这些参数指定默认值。当函数被调用时，如果没有传入对应的参数值，则使用函数定义时的默认值替代，例如：可选参数和可变数量参数第二十二页，共58页。由于函数调用时需要按顺序输入参数，可选参数必须定义在非可选参数的后面，即dup()函数中带默认值的可选参数times必须定义在str参数后面。

在函数定义时，也可以设计可变数量参数，通过参数前增加星号（*）实现。带有星号的可变参数只能出现在参数列表的最后。调用时，这些参数被当作元组类型传递到函数中，实例如下。可选参数和可变数量参数第二十三页，共58页。vfunc()函数定义了可变参数b，调用vfunc()函数时输入的(2,3,4,5)被当作元组传递给b，与a累加后输出。第6.1节将详细介绍元组类型，这里请读者将元组理解为一组元素。可选参数和可变数量参数第二十四页，共58页。函数调用时，实参默认采用按照位置顺序的方式传递给函数，例如dup("knock~",4)中第一个实参默认赋值给形参str，第二个实参赋值给形参times。但当参数很多时，这种调用参数方式可读性较差。假设func()函数有6个参数，它的定义如下，参数分别表示2组三维坐标值。func(x1,y1,z1,x2,y2,z2):return参数的位置和名称传递第二十五页，共58页。它的一个实际调用如下： result=func(1,2,3,4,5,6,)如果仅看实际调用而不找到函数定义，很难理解这些输入参数的含义。在规模稍大的程序中，函数定义可能在函数库中，也可能与调用相差很远，带来较差的可读性。参数的位置和名称传递第二十六页，共58页。为了解决上述问题，Python提供了按照形参名称输入实参的方式，函数调用如下： result=func(x2=4,y2=5,z2=6,x1=1,y1=2,z1=3)

由于调用函数时指定了参数名称，所以参数之间的顺序可以任意调整。参数的位置和名称传递第二十七页，共58页。return语句用来退出函数并将程序返回到函数被调用的位置继续执行。return语句同时可以将0个、1个或多个函数运算完的结果返回给函数被调用处的变量，例如。变量的返回值第二十八页，共58页。函数可以没有return，此时函数并不返回值，如微实例5.1的happy()函数。函数也可以用return返回多个值，多个值以元组类型保存变量的返回值第二十九页，共58页。一个程序中的变量包括两类：全局变量和局部变量。全局变量指在函数之外定义的变量，一般没有缩进，在程序执行全过程有效。局部变量指在函数内部使用的变量，仅在函数内部有效，当函数退出时变量将不存在。例子如下。函数对变量的作用第三十页，共58页。函数对变量的作用第三十一页，共58页。这个例子说明，当函数执行完退出后，其内部变量将被释放。如果函数内部使用了全局变量呢？例子如下。函数对变量的作用第三十二页，共58页。函数func()内部使用了变量n，并且将变量参数b赋值给变量n，为何n值没有改变？函数func()有自己的内存空间，它将n=b语句理解为生成一个局部变量n，并将参数b赋值给它，此时func()函数没有将n当作全局变量。所以，函数退出后，局部变量n被释放，全局变量n的值没有修改。函数对变量的作用第三十三页，共58页。如果希望让func()函数将n当作全局变量，需要在变量n使用前显式声明该变量为全局变量，代码如下。函数对变量的作用第三十四页，共58页。如果此时的全局变量不是整数n，而是列表类型ls，会怎么样呢？理解如下代码。函数对变量的作用第三十五页，共58页。请读者注意，奇迹产生了，全局列表变量在函数func()调用后竟然发生了改变!列表等组合数据类型由于操作多个数据，所以它们在使用中有创建和引用的分别。当列表变量被方括号（[]，无论是否为空）赋值时，这个列表才被真实创建，否则只是对之前创建列表的一次引用。函数对变量的作用第三十六页，共58页。上述代码func()函数的ls.append(b)语句执行时需要一个真实创建过的列表，此时func()函数专属的内存空间中没有已经创建过且名称为ls的列表，因此，func()函数进一步去寻找全局内存空间，自动关联全局ls列表，并修改其内容。当func()函数退出后，全局ls列表中的内容被修改。简单说，对于列表类型，函数可以直接使用全局列表而不需要采用global进行声明。函数对变量的作用第三十七页，共58页。如果func()函数内部存在一个真实创建过且名称为ls的列表，则func()函数将操作该列表而不会修改全局变量，例子如下。函数对变量的作用第三十八页，共58页。总结一下，Python函数对变量的作用遵守如下原则：简单数据类型变量无论是否与全局变量重名，仅在函数内部创建和使用，函数退出后变量被释放，如有全局同名变量，其值不变；简单数据类型变量在用global保留字声明后，作为全局变量使用，函数退出后该变量保留且值被函数改变；函数对变量的作用第三十九页，共58页。对于组合数据类型的全局变量，如果在函数内部没有被真实创建同名变量，则函数内部可以直接使用并修改全局变量的值；如果函数内部真实创建了组合数据类型变量，无论是否有同名全局变量，函数仅对局部变量进行操作，函数退出后局部变量被释放，全局变量值不变。函数对变量的作用第四十页，共58页。datetime库的使用第四十一页，共58页。以不同格式显示日期和时间是程序中最常用到的功能。Python提供了一个处理时间的标准函数库datetime，它提供了一系列由简单到复杂的时间处理方法。datetime库可以从系统中获得时间，并以用户选择的格式输出。datetime库以格林威治时间为基础，每天由3600*24秒精准定义。该库包括两个常量：datetime.MINYEAR与datetime.MAXYEAR，分别表示datetime所能表示的最小、最大年份，值分别为1与9999。datetime库概述第四十二页，共58页。datetime库以类的方式提供多种日期和时间表达方式：datetime.date：日期表示类，可以表示年、月、日等。datetime.time：时间表示类，可以表示小时、分钟、秒、毫秒等datetime.datetime：日期和时间表示的类，功能覆盖date和timedatetime.timedelta：时间间隔有关的类。datetime.tzinfo：与时区有关的信息表示类。datetime库概述第四十三页，共58页。由于datetime.datetime类表达形式最为丰富，主要介绍这个类的使用。使用datetime类需要用import保留字，具体引用datetime类的方式如下：fromdatetimeimportdatetimedatetime库概述第四十四页，共58页。datetime类（datetime.datetime类，以下简称为datetime类）的使用方式是首先创建一个datetime对象，然后通过对象的方法和属性显示时间。创建datetime对象共包括3个方法datetime.now()datetime.utcnow()datetime.datetime()datetime库解析第四十五页，共58页。datetime.now()作用：返回一个datetime类型，表示当前的日期和时间，精确到微秒。参数：无datetime库解析第四十六页，共58页。调用该函数，执行结果如下：datetime库解析第四十七页，共58页。使用datetime.utcnow()获得当前日期和时间对应的UTC（世界标准时间）时间对象，使用方法如下：datetime.utcnow()作用：返回一个datetime类型，表示当前日期和时间的UTC表示，精确到微秒。参数：无datetime库解析第四十八页，共58页。调用该函数，执行结果如下：datetime库解析第四十九页，共58页。datetime.now()和datetime.utcnow()都返回一个datetime类型的对象，也可以直接使用datetime()构造一个日期和时间对象，使用方法如下：datetime(year,month,day,hour=0,minute=0,second=0,microsecond=0)作用：返回一个datetime类型，表示指定的日期和时间，可以精确到微秒。datetime库解析第五十页，共58页。参数：year:指定的年份，MINYEAR<=year<=MAXYEARmonth:指定的月份，1<=month<=12day:指定的日期，1<=day<=月份所对应的日期上限hour:指定的小时，0<=hour<24minute:指定的分数，0<=minute<60second:指定的秒数，0<=second<60microsecond:指定的微秒数，0<=microsecond<1000000datetime库解析第五十一页，共58页。调用datetime()函数直接创建一个datetime对象，表示2016年9月16日22:33，32秒7微秒，执行结果如下：datetime库解析第五十二页，共58页。到此，程序已经有了一个datetime对象，进一步可以利用这个对象的属性显示时间，为了区别datetime库名，采用上例中的someday代替生成的datetime对象，常用属性如表5.1所示datetime库解析第五十三页，共58页。datetime库解析属性描述属性someday.min固定返回datetime的最小时间对象，datetime(1,1,1,0,0)someday.minsomeday.max固定返回datetime的最大时间对象，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包含的小时someday.hoursomeday.minute返回someday包含的分钟someday.minutesomeday.second返回someday包含的秒钟someday.secondsomeday.microsecond