Python之路，Day04-函数与模块

 

本节内容

1、函数的定义

2、如何使用函数

3、函数的返回值

4、使用注释改进文档

5、传递任意数量的实参

6、函数与模块

 

 

 

1、函数的定义

函数的一般定义（中学/数学）：函数的近代定义是给定一个数集A，假设其中的元素为x，对A中的元素x施加对应法则f，记作f（x），得到另一数集B，假设B中的元素为y，则y与x之间的等量关系可以用y=f（x）表示，函数概念含有三个要素：定义域A、值域C和对应法则f。

 

编程语言中函数的定义（计算机）：函数是逻辑结构化和过程化的一种编程方法。

函数的定义方法(案例)：

>>> def fib(n):    # write Fibonacci series up to n
...     """Print a Fibonacci series up to n."""
...     a, b = 0, 1
...     while a < n:
...         print(a, end=' ')
...         a, b = b, a+b
...     print()

"""
def:定义函数的关键字
flb：函数名
(n)：定义函数的参数
""""""：文档描述
代码块：
     a, b = 0, 1
     while a < n:
        print(a, end=' ')
         a, b = b, a+b
     print()
"""

 具体学习：

下面打印一个问候的简单函数：

def greet_user():    #定义一个函数,关键词为"def",函数名为"greet_user",最后以“：”结尾
    """显示简单的问候语"""    #描述函数的具体功能
    print("Hello!")         #函数体的代码块，用于实现函数功能

greet_user()         #调用函数

 注意：（1）在第一行定义函数中，不需要任何信息就能完成工作，因此括号是空的（即便如此，括号必不可少！）

　　　（2）要调用函数，可以依次指定函数名以及括号括起的必要信息。在第五行代码中，因为此函数greet_uesr()括号中不需要任何信息，只需要输入greet_uesr（）即可。和预期效果一样，打印Hello！：

练习：大脑P149

def search4vowels():
    vowels = set('aeiou')
    word = input("Provide a word to search for vowels:")
    found = vowels.intersection(set(word))
    for vowel in found:
        print(vowel)

search4vowels()
search4vowels() #可以重复多次调用

2、如何使用函数（传递实参）

函数的使用方法（先看案例）

>>> def fib2(n):  # return Fibonacci series up to n
...     """Return a list containing the Fibonacci series up to n."""
...     result = []
...     a, b = 0, 1
...     while a < n:
...         result.append(a)    # see below
...         a, b = b, a+b
...     return result
...
>>> f100 = fib2(100)    # call it
>>> f100                # write the result
[0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89]

 2.1 向函数传递信息

针对greet_user()只要稍作修改，就可不仅实现Hello，还可以将用户名字作为抬头：

def greet_user(username):    
    """显示简单的问候语"""    
    print("hello,"+username.title()+"!")         

greet_user("zhichao")  

代码greet_user("zhichao")调用函数greet_user()时，向它传递执行print()语句所需要的信息username。

2.2 实参和形参

greet_user(username) #username 为形参；函数完成其工作时所需要的信息。

greet_user("zhichao") #"zhichao"为实参；实参是调用函数时传递给函数的信息。

形参：形式参数，不是实际存在的，是虚拟变量。在定义函数和函数体的时候使用形参，目的是在函数调用时接收实参

实参：实际参数，调用函数时传递给函数的参数，可以是常量、变量，表达式，函数，传给形参

区别：形参是虚拟的，不占用空间，形参变量只有在被调用时才分配内存单元，实参是一个变量，占用内存空间，数据传递单向，实参传给形参，不能倒过来。

传递实参：

1、位置实参（基于实参的顺序）：

#zhichao

def describe_pet(animal_type,pet_name):
    """显示宠物信息"""
    print("\nI have a" + animal_type + ".")
    print("My" + animal_type + "'s name is "+pet_name.title() + ".")

describe_pet('hamster','harry')
describe_pet('cat','python')  #函数调用多次是一种效率极高的工作方式

位置实参的顺序很重要，请确认函数调用中实参的顺序与函数定义形参的顺序一致

2 关键字参数

def describe_pet(pet_name,animal_type="dog",):
    """显示宠物信息"""
    print("\nI have a " + animal_type + ".")
    print("My" + animal_type + "'s name is "+pet_name.title() + ".")

describe_pet(pet_name='harry',animal_type='hamster')  #关键字实参
describe_pet(pet_name='python',animal_type='cat')  #关键字实参

思考1：关键字参数是否需要与形参顺序一致？

思考2：关键字参数和位置参数能否同时存在？

例：

#eg1
def func_test(x,y):
    print(x)
    print(y)
    
func_test(x=1,2)      #？

#eg2
def func_test(x,y):
    print(x)
    print(y)
    
func_test(1,y=2)      #？

#eg3
def func_test(x,y,z):
    print(x)
    print(y)
    
func_test(1,y=2,3)      #？

#结论？

****关键参数是不可以写在位置参数前面的

2.3 默认值

编写函数时，可以给形参指定默认值。

def describe_pet(pet_name,animal_type="dog",):
    """显示宠物信息"""
    print("\nI have a " + animal_type + ".")
    print("My" + animal_type + "'s name is "+pet_name.title() + ".")

describe_pet('harry','hamster')
describe_pet('python','cat')

 2.4 像函数中传递列表：

eg:

#Zhichao

def greet_users(names):
    """向列表中的每位用户都发出简单的问候"""
    for name in names:
        msg = "Hello, "+name.title() +"!"
        print(msg)

usernames = ['hannah','ty','margot']
greet_users(usernames)

 

3、函数的返回值

 函数返回的值被称为函数的返回值；

在函数中，可用return语句将值返回到调用函数的代码行；

返回值能将你程序的大部分繁重工作移到函数中去完成，从而简化主程序。

3.1 返回简单值

eg（formatted_name1）:

#zhichao

def get_formatted_name(first_name,last_name):
    """返回整洁的姓名"""
    full_name = first_name + ' '+ last_name
    return full_name.title()

musician = get_formatted_name('jimi','hendrix') #调用返回值的函数时，需要提供一个变量，用于存储返回的值
print(musician)

 

3.2 让实参变成可选的

有时候，需要让实参变成可选的，这样使用函数的人就只需要在必要时候才提供额外信息。

我们对：formatted_name1 进行扩展（函数的可扩展性）

eg(formatted_name2):

def get_formatted_name(first_name,middle_name,last_name):
    """返回整洁的姓名"""
    full_name = first_name + ' '+middle_name+' '+ last_name
    return full_name.title()

musician = get_formatted_name('jimi','lee','hendrix') #有些人有中间名
print(musician)

有些人不一定有中间名，那么对函数进行优化：

eg（formatted_name2）：

#zhichao

def get_formatted_name(first_name,last_name,middle_name=''):  #复习关键字实参放后面
    """返回整洁的姓名"""
    if middle_name:
        full_name = first_name + ' '+middle_name+' '+ last_name
    else:
        full_name = first_name + ' ' + last_name
    return full_name.title()

musician = get_formatted_name('jimi','lee','hendrix')
musician1 = get_formatted_name('jimi','hendrix')
print(musician)
print(musician1)

 

3.3 返回多个值

函数可以返回任意类型的值，包括列表、字典和集合等较为复杂的数据结构。

大脑P159：

返回一个值：

返回一个集合：

# Zhichao

def search4vowels(word):
    """Return a boolean based on any vowels found"""
    vowels = set('aeiou')
    found = vowels.intersection(set(word))
    return found
word = search4vowels('hello Zhichao')
print(word)

返回数据：

#Zhichao

def search4vowels(word):
    """Return a boolean based on any vowels found"""
    vowels = set('aeiou')
    return vowels.intersection(set(word))
word = search4vowels('hello Zhichao')
print(word)

返回字典：

#Zhichao

def build_person(first_name,last_name):
    """返回一个字典，其中包含有关一个人的信息"""
    person = {'first':first_name,'last':last_name}
    return person

musician = build_person('jimi','hendrix')
print(musician)

 

4.使用注释改进文档

复习python的四种数据类型。

当我们调用函数时，才知道我们需要输入的参数和返回值的类型“type”

对此，我们的一种解决办法是把这个信息增加到docstring

python3 注解的记法

1.函数注解是可选的。

2.函数注解可以提供信息。

 

eg:

#zhichao

def search4vowels(word:str) ->set:
    """Return a boolean based on any vowels found"""
    vowels = set('aeiou')
    return vowels.intersection(set(word))

help(search4vowels)

 

 5.传递任意数量的实参

1. *args，传入多个参数，转化成元组。

假如一个函数定义一个披萨的配料，但并不知道有多少配料需要加入，在参数不确定的情况下，我们引入任意数量的实参。

eg:

#Zhichao

def make_pizza(*toppings):  
    """打印顾客点的所有配料"""
    print(toopings)

make_pizza("peperoni")
make_pizza("mushroom","green peppers","extra cheese")

注意：*toppings的值是一个封装好的空元组，并将所有接收到的值都封装在这个元组里。

 

2.**kwargs，把关键字参数，转化成字典。

eg：

# -*- coding:utf-8 -*-
# Author:Zhichao

def infos(**kwargs):
    """打印个人信息"""
    print(kwargs)

infos(name="Zhichao",age="24",job="IT")

 

 

 

 设计一个对顾客点披萨进行描述：

#Zhichao

def make_pizza(*toopings):
    """概述要制作的披萨"""
    print("\nMaking a pizza with the following toppings")
    for topping in toopings:
        print("--"+topping)

make_pizza("peperoni")
make_pizza("mushroom","green peppers","extra cheese")

 

结合位置实参和任意数量实参：

#Zhichao

def make_pizza(size,*toopings):  #回顾位置实参应放在前面
    """概述要制作的披萨"""
    print("\nMaking a "+str(size)+"-inch pizza with the following toppings")
    for topping in toopings:
        print("--"+topping)

make_pizza(14,"peperoni")
make_pizza(12,"mushroom","green peppers","extra cheese")

 

6.函数与模块

函数的优点之一是将代码与主程序分离；

我们可以更进一步，将函数存储在被称为“模块”的独立文件中，再将模块导入主程序；

import语句允许我们在当前运行的程序文件中使用模块中的代码。

优势：

1.通过将函数存储在独立的文件中，可隐藏程序代码的细节，将重点放在程序的高层逻辑上；

2.可以让不同的程序中重用函数；

3.可与其他程序员共享这些文件而不是整个程序；

4.知道如何导入函数能让你使用其他程序员编写的函数库。

 

6.1 导入整个模块

模块是扩展名为.py的文件（如一些内置的模块：C:\ProgramData\Anaconda3\Lib）

下面我们来创建一个模包含函数make_pizza()的模块。

pizza.py

#Zhichao

def make_pizza(size,*toopings):
    """概述要制作的披萨"""
    print("\nMaking a "+str(size)+"-inch pizza with the following toppings")
    for topping in toopings:
        print("--"+topping)

 

接下来，我们在pizza.py所在目录下创建一个另外的名为making_pizzas.py文件，这个文件导入刚创建的模块，在调用make_pizza()两次：

making_pizzas.py

import pizza #调用模块

pizza.make_pizza(16,'pepperoni')  #调用模块的函数
pizza.make_pizza(12,"mushroom","green peppers","extra cheese")

 

 

 

 6.2 导入特定的函数

可以导入模块中的特定函数，方法如下：

from module_name import function_name

通过用逗号分开函数名可以同时导入多个函数：

from module_name import function_0,function_1,function_2

对于前面的pizza案例，我们可以导入模块中的特定函数：

from pizza import make_pizza
make_pizza(16,'pepperoni')  #调用模块的函数
make_pizza(12,"mushroom","green peppers","extra cheese")

若使用此种方法，调用函数时不需要用句点。

 

6.3 使用as 给函数指定别名

思考：如果你导入的函数名与程序中现有的名称冲突怎么办？或者你调用的函数名称太长怎么办？

 

我们可以指定函数的另一个名称，类似于外号。

下面我们根据make_pizza指定名称

from pizza import make_pizza as mp
mp(16,'pepperoni')  #调用模块的函数
mp(12,"mushroom","green peppers","extra cheese")

通用语法格式：

from moudle_name import function_name as fn

 

6.4 使用as给模块指定别名

eg：

import pizza as p

p.make_pizza(16,'pepperoni')  
p.make_pizza(12,"mushroom","green peppers","extra cheese")

通用语法格式：

import moudle_name as mn

 

6.5 导入模块中的所有函数

使用星号（*）运算符可以让Python导入模块中的所有函数：

#Zhichao
from pizza import*

make_pizza(16,'pepperoni')
make_pizza(12,"mushroom","green peppers","extra cheese")

通用语法格式：

from moudle_name import *

 

Head First Python

大脑P162

使用注解改进文档：

 

关于注解更多详细内容参见PEP3107

（https://www.python.org/dev/peps/pep-3107）

大脑 P164

函数：我们已经知道些什么

* 函数是命名的代码块。

* def关键字用来命名函数，函数代码在def关键字下（相对于def关键字）缩进

* Python的三重引号字符串可以用来函数增加多行注释。如果采用这种方式，他们称之为docstring

* 函数可以接受任意多个命名参数

* return语句允许函数返回任意值（也可以不反回任何值）

*函数注解可以用来描述函数参数的类型

 

建立一个通用的函数：

#Zhichao

def search4vowels(phrase: str) -> set:
    """return any vowels found in a supplied phrase"""
    vowels = set('aeiou')
    return vowels.intersection(set(phrase))

def search4letters(phrase:str,letters:str)->set:
    """return a set of the 'letters' found in 'phrase'. """
    return set(letters).intersection(set(phrase))

help(search4letters)
print(search4letters('hitch-hiker','aeiou'))
print(search4letters('galaxy','xyz'))

 

 

函数补充：

函数可以调用函数吗？

函数引用

eg：

# Author:Zhixhao

def search4letters(phrase:str,letters:str)->set:
    """return a set of the 'letters' found in 'phrase'. """
    logger("search4letters")
    return set(letters).intersection(set(phrase))

def logger(source):
    print("from %s"%source)
help(search4letters)

print(search4letters('hitch-hiker','aeiou'))
print(search4letters('galaxy','xyz'))

 

局部变量与全局变量以及其作用域：

#Zhichao

school = "中山大学"

def change_name(name:str):
    """修改名字"""
    # global school
    school = "中山大学南方学院"
    print("before change",name,school)
    name = name.title()         #局部变量，可以理解这个函数就是这个变量的作用域
    # age = 18
    print("after change",name)

# print("age",age)
name = "zhichao"
change_name(name)
print(name,school)

 

不建议使用  global 在函数内部修改全局变量，容易导致逻辑混乱不清

再来看一个例子：

# Author:Zhichao

names = ["Marry","Jack","Lin"]
def change_name():
    names.append("Zhichao")
    print("inside func",names)

change_name()
print(names)

请阅读大脑P185-p187

并尝试理解：

 

 

总结：

可变：列表、字典和集合

不可变：字符串、整数和元组

（回顾字典的key命名）

 

递归：

def calc(n):
    print(n)
    if int(n/2) == 0:
        return n
    return calc(int(n/2))

calc(10)

 

递归特性：

1.必须有一个明确的结束条件

2.每次进入更深一层递归时，问题规模相比上次递归应有所减少。

3.递归效率不高，递归次数过多会导致栈溢出（在计算机中，函数调用是通过栈（stack）这种数据结构实现的，每当进入一个函数调用，栈就会多加一层栈帧，每当函数返回，栈就会减少一层栈帧。由于栈的大小不是无限的，所以，递归调用的次数过多，会导致栈溢出。）