python函数是实现代码复用的一种方式_第五章:函数和代码复用

A、函数的基本使用

1.函数的定义

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,并通过函数名进行功能调用。

函数也可以看作是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,还可以反馈相应的处理结果。

函数是一种功能抽象(类似黑盒)。

使用函数的目的:

降低编程难度

代码重用

函数的使用:

函数定义

Python安装包自带的函数:

Python内置函数(abs()、eval()、input())

Python标准库中的函数(math.sqrt())

自定义函数(用户自己编写)

函数调用

自定义函数

Python定义一个函数使用def保留字:

自定义函数

函数定义时,所指定的参数是一种占位符

函数定义后,如果不经过调用,不会被执行

函数定义时,参数是输入,函数体是处理,结果是输出(IPO)

函数名:任何有效的Python标识符

参数列表:调用函数时给它的值

参数个数>=0

多个参数用 , 分隔

形式参数(形参):定义函数时使用,只在函数内部有用。

实际参数(实参):调用函数时使用。可以是常量、变量、表达式、函数。

函数体:函数被调用时执行的代码

return语句:

结束函数调用,并将结果返回给调用者

可选

可以出现在函数体的任意位置

如果没有return语句,函数在函数体结束位置将控制权返回给调用方

函数接口:返回值和参数

函数传递信息的途径:

通过函数返回值的方式传递信息

通过参数传递信息

实例:生日歌

过生日时要为朋友唱生日歌,歌词为:

Happy birthday to you!

Happy birthday to you!

Happy birthday, dear

Happy birthday to you!

要求: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。

生日歌

2.函数调用的过程

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(return),程序回到调用前的暂停处继续执行。

3.lambda函数

Python有33个保留字,其中一个是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,如下:

=

lambda :

lambda函数与正常函数一样,等价于下面形式:

def ():

return

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。

举例

谨慎使用lambda函数

lambda函数主要用作一些特定函数或方法的参数

lambda函数有一些固定的使用方式,建议逐步掌握

一般情况下,建议使用def定义普通函数

B、函数的参数传递

1.函数的参数

函数的形参、实参。

函数可以定义可选参数,使用参数的位置或者名称传递参数值。

根据函数中变量的不同作用域有不同的函数返回值方式。

2.可选参数和可变数量参数

在定义函数时,有些参数可以存在默认值

参数可以存在默认值

在函数定义时,可以设计可变数量参数

通过参数前增加星号(*)实现

必须放在参数列表的最后

调用时,这些参数被当做元组类型传递到函数

举例

3. 参数的位置和名称传递

函数调用时,默认将实参按照位置顺序传递给函数

例如:func(x1,y1,z1,x2,y2,z2)

return

实际调用:result=func(1,2,3,4,5,6)

可读性差

提供了按照形参名称输入实参的方式,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。

4. 函数的返回值

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:

返回值

函数可以没有return,此时函数并不返回值,等价于return none。

没有return

举例

用return返回多个值,也可以根据多返回值的顺序进行赋值。

return返回多个值

举例

返回值可以是一个变量,也可以是一个表达式

表达式

5. 函数对变量的作用

函数通过参数与调用程序传递信息。

函数的形参值接收了实参的值,给形参赋值不影响实参。

Python通过值来传递参数。

一个程序中的变量包括两类:

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。

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。

全局变量

原因: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?

局部变量

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,为何全局变量n值没有改变?

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。

全局变量

如果全局变量不是整数n,而是列表类型ls,会怎么样呢?

列表类型ls

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()将操作该列表而不会修改全局变量。

ls的列表是否改变

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;

简单数据类型变量在用global保留字声明后,作为全局变量;

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的同名变量,则函数内部可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。

C、datetime库的使用

引入模块

from datetime import datetime

1.datetime库概述

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库亿格林威治时间为基础。

每天划分为3600×24秒。

两个常量:datetime.MINYEAR(=1) 和datetime.MAXYEAR (=9999)。

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,表示年、月、日等

datetime.time:时间表示类,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time类

datetime.timedelta:时间间隔有关的类

datetime.tzinfo:与时区有关的信息表示类

2.datetime库解析

使用datetime.now()获得当前日期和时间对象

作用:返回一个datetime类型,表示当前的日期和时间,精确到微秒。

例子

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datetime类型,表示当前日期和时间的UTC表示,精确到微秒。

例子

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。

调用datetime()函数直接创建一个datetime对象,表示2018年4月16日22:33,32秒7微秒,执行结果如下:

例子

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

方法

datetime对象有3个常用的时间格式化方法,如表所示:

方法

isoformat()和isoweekday()方法的使用如下:

举例

strftime()方法是时间格式化最有效的方法,几乎可以以任何通用格式输出时间

方法

strftime()格式化字符串的数字左侧会自动补零,上述格式也可以与print()的格式化函数一起使用

举例

D、七段数码管绘制

1.七段数码管绘制

七段数码管(seven-segment indicator)由7段数码管拼接而成,每段有亮或不亮两种情况,改进型的七段数码管还包括一个小数点位置。

七段数码管

七段数码管能形成27=128种不同状态,其中部分状态能够显示易于人们理解的数字或字母含义,因此被广泛使用。下图给出了十六进制中16个字符的七段数码管表示。

16个字符的七段数码管表示

要求:

用程序绘制七段数码管。

用程序绘制七段数码管

基本思路:

绘制单个数字对应的数码管

获得一串数字,绘制对应的数码管

获得当前系统时间,绘制对应的数码管

每个0到9的数字都有相同的七段数码管样式,因此,可以通过设计函数复用数字的绘制过程。

进一步,每个七段数码管包括7个数码管样式,除了数码管位置不同外,绘制风格一致,也可以通过函数复用单个数码段的绘制过程。

步骤1:绘制单个数字对应的数码管

七段数码管有7个基本线条组成

七段数码管可以有固定顺序

不同数字显示不同的线条

E、代码的复用和模块化设计

1.代码的复用

把代码当做资源进行抽象

代码资源化:程序代码是一种用来表达计算的“资源”。

代码抽象化:使用函数等方法对代码赋予更高级别的定义。

代码复用:同一份代码在需要的时候可以被重复使用 –– 首先要对代码进行抽象

函数和对象是代码复用的两种主要形式

函数:将代码命名在代码层面建立了初步的抽象。

对象:属性和方法

.和.()

在函数之上再次组织进行抽象

函数是程序的一种基本抽象方式,它将一系列代码组织起来通过命名供其他程序使用。

函数封装的直接好处是代码复用,任何其他代码只要输入参数即可调用函数,从而避免相同功能代码在被调用处重复编写。

代码复用产生了另一个好处,当更新函数功能时,所有被调用处的功能都被更新(更新便利)。

当程序的长度在百行以上,如果不划分模块,就算是最好的程序员也很难理解程序含义,程序的可读性就已经很糟糕了。

最好解决方法:将一个程序分割成短小的程序段,每一段程序完成一个小的功能。

无论面向过程和面向对象编程,对程序合理划分功能模块并基于模块设计程序是一种常用方法,被称为“模块化设计”。

2. 模块化设计

模块化设计的核心:分而治之

通过函数或者对象封装,将程序划分为模块和模块之间的表达

具体包括:主程序、子程序和子程序间关系

子程序:模块

主程序:模块间的关系

分而治之:一种分而治之、分层抽象、体系化的设计思想

模块化设计一般有两个基本要求:

紧耦合:两个部分的交流很多,无法独立存在。

松耦合:两个部分的交流较少,有清晰简单的接口,可以独立存在。

一般来说,完成特定功能或被经常复用的一组语句应该采用函数来封装,并尽可能减少函数间参数和返回值的数量,这样复用的可能性越高。

尽可能合理划分功能块,功能块内部耦合紧密--紧耦合;

模块间关系尽可能简单,功能块之间耦合度低--松耦合。

F、函数的递归

递归的定义

函数作为一种代码封装,可以被其他程序调用,当然,也可以被函数内部代码调用。这种函数定义中调用函数自身的方式称为递归。就像一个人站在装满镜子的房间中,看到的影像就是递归的结果。

递归在数学和计算机应用上非常强大,能够非常简洁的解决重要问题。

递归

递归不是循环

阶乘的例子揭示了递归的两个关键特征:

(1)存在一个或多个基例,基例不需要再次递归,它是确定的表达式;

(2)计算出存在的递归链,所有递归链要以一个或多个基例结尾。

类似数学归纳法

(1)证明当n取第一个值的时候,命题成立

(2)假设当nk时命题成立,证明当n=nk+1时命题也成立

(3)递归是数学归纳法思维在编程中的体现

递归的使用方法

实例:阶乘的计算。

举例

分析

利用函数+分支语句实现上述代码。

递归本身是一个函数,需要以函数定义方式描述

函数内部,采用分支语句对输入参数进行判断

基例和递归链,分别编写对应的代码。

注意:

构造递归函数,需要基例

基例不进行递归,否则递归就会无限循环执行

此递归调用以字符串形式执行,应设置基例为空串

F、科赫曲线绘制

科赫曲线

高大上的分形几何

分形几何是一种迭代的几何图形,广泛存在于自然界中。(整体与局部有很强的相似性。)

科赫(Koch)曲线

在众多经典数学曲线中非常著名,由瑞典数学家冯·科赫(H·V·Koch)于1904年提出,由于其形状类似雪花,也被称为雪花曲线。

科赫曲线的基本概念和绘制方法如下:

正整数n代表科赫曲线的阶数,表示生成科赫曲线过程的操作次数。

科赫曲线初始化阶数为0,表示一个长度为L的直线。

对于直线L,将其等分为三段,中间一段用边长为L/3的等边三角形的两个边替代,得到1阶科赫曲线,它包含四条线段。

进一步对每条线段重复同样的操作后得到2阶科赫曲线。继续重复同样的操作n次可以得到n阶科赫曲线。

科赫曲线

科赫曲线属于分形几何分支,它的绘制过程体现了递归思想。

递归思想:函数+分支

递归链条:线段的组合

递归基例:初始线段

代码

结果

雪花效果:科赫曲线的组合

代码

结果

G、Python内置函数

Python解释器提供了68个内置函数,其中,前36个已经将结果,需要掌握。

内置函数

H、PyInstaller库基本介绍

需求:将python源代码(.py)转化为无需源代码的可执行文件。即:以可执行文件的方式执行一段程序,从而可以在未安装python IDLE和解释器的电脑上运行。

需要将源程序编译或者打包成一个直接可以执行的程序。

过程

PyInstaller是第三方库

官方网站:

http://http://www.pyinstaller.org/

第三方库:使用前需要额外安装

安装第三方库需要使用pip工具(使用cmd)

使用cmd命令行

pip

install pyinstaller

安装需要连接互联网

安装pyInstaller库后,会生成一个pyInstaller程序(命令),用于将源文件打包,生成可执行文件。

使用命令行(cmd),因为pyinstaller是命令行的执行程序,而不是python下面的执行指令。

pyinstaller–F

举例

你可能感兴趣的:(python函数是实现代码复用的一种方式_第五章:函数和代码复用)