Python学习第11天 函数与模块

定义函数

数学上的函数通常形如y = f(x)或者z = g(x, y)这样的形式,在y = f(x)中,f是函数的名字,x是函数的自变量,y是函数的因变量;而在z = g(x, y)中,g是函数名,xy是函数的自变量,z是函数的因变量。Python中的函数跟这个结构是一致的,每个函数都有自己的名字、自变量和因变量。我们通常把Python中函数的自变量称为函数的参数,而因变量称为函数的返回值。

在Python中可以使用def关键字来定义函数,和变量一样每个函数也应该有一个漂亮的名字,命名规则跟变量的命名规则是一致的。在函数名后面的圆括号中可以放置传递给函数的参数,就是我们刚才说到的函数的自变量,而函数执行完成后我们会通过return关键字来返回函数的执行结果,就是我们刚才说的函数的因变量。一个函数要执行的代码块(要做的事情)也是通过缩进的方式来表示的,跟之前分支和循环结构的代码块是一样的。

# 输入M和N计算C(M,N)
# 定义函数:def是定义函数的关键字、fac是函数名,num是参数(自变量)
def fac(num):
"""求阶乘"""
result = 1
for n in range(1, num + 1):
result *= n
# 返回num的阶乘(因变量)
return result

m = int(input('m = '))
n = int(input('n = '))
# 当需要计算阶乘的时候不用再写重复的代码而是直接调用函数fac
# 调用函数的语法是在函数名后面跟上圆括号并传入参数
print(fac(m) // fac(n) // fac(m - n))

说明:事实上,Python标准库的math模块中有一个名为factorial的函数已经实现了求阶乘的功能,我们可以直接使用该函数来计算阶乘。将来我们使用的函数,要么是自定义的函数,要么是Python标准库或者三方库中提供的函数。

函数的参数

参数的默认值

如果函数中没有return语句,那么函数默认返回代表空值的None。另外,在定义函数时,函数也可以没有自变量,但是函数名后面的圆括号是必须有的。Python中还允许函数的参数拥有默认值,我们可以把之前讲过的一个例子“CRAPS赌博游戏”中摇骰子获得点数的功能封装成函数,代码如下所示。

# 参数的默认值
# 定义摇骰子的函数,n表示色子的个数,默认值为2
def roll_dice(n=2):
"""摇骰子返回总的点数"""
total = 0
for _ in range(n):
total += randint(1, 6)
return total

# 如果没有指定参数,那么n使用默认值2,表示摇两颗色子
print(roll_dice())
# 传入参数3,变量n被赋值为3,表示摇三颗色子获得点数
print(roll_dice(3))

另一个例子

def add(a=0, b=0, c=0):
"""三个数相加求和"""
return a + b + c

# 调用add函数,没有传入参数,那么a、b、c都使用默认值0
print(add()) # 0
# 调用add函数,传入一个参数,那么该参数赋值给变量a, 变量b和c使用默认值0
print(add(1)) # 1
# 调用add函数,传入两个参数,1和2分别赋值给变量a和b,变量c使用默认值0
print(add(1, 2)) # 3
# 调用add函数,传入三个参数,分别赋值给a、b、c三个变量
print(add(1, 2, 3)) # 6
# 传递参数时可以不按照设定的顺序进行传递,但是要用“参数名=参数值”的形式
print(add(c=50, a=100, b=200)) # 350

注意:带默认值的参数必须放在不带默认值的参数之后,否则将产生SyntaxError错误,错误消息是:non-default argument follows default argument,翻译成中文的意思是“没有默认值的参数放在了带默认值的参数后面”。

可变参数

接下来,我们还可以实现一个对任意多个数求和的add函数,因为Python语言中的函数可以通过星号表达式语法来支持可变参数。所谓可变参数指的是在调用函数时,可以向函数传入0个或任意多个参数。将来我们以团队协作的方式开发商业项目时,很有可能要设计函数给其他人使用,但有的时候我们并不知道函数的调用者会向该函数传入多少个参数,这个时候可变参数就可以派上用场。下面的代码演示了用可变参数实现对任意多个数求和的add函数。

# 用星号表达式来表示args可以接收0个或任意多个参数
def add(*args):
total = 0
# 可变参数可以放在for循环中取出每个参数的值
for val in args:
if type(val) in (int, float):
total += val
return total

# 在调用add函数时可以传入0个或任意多个参数
print(add())
print(add(1))
print(add(1, 2))
print(add(1, 2, 3))
print(add(1, 3, 5, 7, 9))

用模块管理函数

不管用什么样的编程语言来写代码,给变量、函数起名字都是一个让人头疼的问题,因为我们会遇到命名冲突这种尴尬的情况。最简单的场景就是在同一个.py文件中定义了两个同名的函数,如下所示。

def foo():
print('hello, world!')
def foo():
print('goodbye, world!')
foo() # 大家猜猜调用foo函数会输出什么

Python中每个文件就代表了一个模块(module),我们在不同的模块中可以有同名的函数,在使用函数的时候我们通过import关键字导入指定的模块再使用完全限定名的调用方式就可以区分到底要使用的是哪个模块中的foo函数,代码如下所示。

module1.py

def foo():
    print('hello, world!')

module2.py

def foo():
    print('goodbye, world!')

test.py

import module1
import module2

# 用“模块名.函数名”的方式(完全限定名)调用函数,
module1.foo()    # hello, world!
module2.foo()    # goodbye, world!

在导入模块时,还可以使用as关键字对模块进行别名,这样我们可以使用更为简短的完全限定名。
test.py

import module1 as m1
import module2 as m2

m1.foo()    # hello, world!
m2.foo()    # goodbye, world!

上面的代码我们导入了定义函数的模块,我们也可以使用from...import...语法从模块中直接导入需要使用的函数,代码如下所示。

test.py

from module1 import foo

foo()    # hello, world!

from module2 import foo

foo()    # goodbye, world!

但是,如果我们如果从两个不同的模块中导入了同名的函数,后导入的函数会覆盖掉先前的导入,就像下面的代码中,调用foo会输出hello, world!,因为我们先导入了module2foo,后导入了module1foo 。如果两个from...import...反过来写,就是另外一番光景了。

test.py

from module2 import foo
from module1 import foo

foo()    # hello, world!

如果想在上面的代码中同时使用来自两个模块中的foo函数也是有办法的,大家可能已经猜到了,还是用as关键字对导入的函数进行别名,代码如下所示。

test.py

from module1 import foo as f1
from module2 import foo as f2

f1()    # hello, world!
f2()    # goodbye, world!

标准库中的模块和函数

Python标准库中提供了大量的模块和函数来简化我们的开发工作,我们之前用过的random模块就为我们提供了生成随机数和进行随机抽样的函数;而time模块则提供了和时间操作相关的函数;上面求阶乘的函数在Python标准库中的math模块中已经有了,实际开发中并不需要我们自己编写,而math模块中还包括了计算正弦、余弦、指数、对数等一系列的数学函数。随着我们进一步的学习Python编程知识,我们还会用到更多的模块和函数。

Python标准库中还有一类函数是不需要import就能够直接使用的,我们将其称之为内置函数,这些内置函数都是很有用也是最常用的,下面的表格列出了一部分的内置函数。

函数 说明
abs 返回一个数的绝对值,例如:abs(-1.3)会返回1.3
bin 把一个整数转换成以'0b'开头的二进制字符串,例如:bin(123)会返回'0b1111011'
chr 将Unicode编码转换成对应的字符,例如:chr(8364)会返回'€'
hex 将一个整数转换成以'0x'开头的十六进制字符串,例如:hex(123)会返回'0x7b'
input 从输入中读取一行,返回读到的字符串。
len 获取字符串、列表等的长度。
max 返回多个参数或一个可迭代对象中的最大值,例如:max(12, 95, 37)会返回95
min 返回多个参数或一个可迭代对象中的最小值,例如:min(12, 95, 37)会返回12
oct 把一个整数转换成以'0o'开头的八进制字符串,例如:oct(123)会返回'0o173'
open 打开一个文件并返回文件对象。
ord 将字符转换成对应的Unicode编码,例如:ord('€')会返回8364
pow 求幂运算,例如:pow(2, 3)会返回8pow(2, 0.5)会返回1.4142135623730951
print 打印输出。
range 构造一个范围序列,例如:range(100)会产生099的整数序列。
round 按照指定的精度对数值进行四舍五入,例如:round(1.23456, 4)会返回1.2346
sum 对一个序列中的项从左到右进行求和运算,例如:sum(range(1, 101))会返回5050
type 返回对象的类型,例如:type(10)会返回int;而type('hello')会返回str

简单的总结

函数是对功能相对独立且会重复使用的代码的封装

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