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