Python语言程序设计1Python电子教案5-1函数和代码复用第5节函数和代码的复用2Python电子教案5-1函数和代码复用函数的基本使用3Python电子教案5-1函数和代码复用函数？函数？是什么是什么做什么做什么怎么做怎么做4Python电子教案5-1函数和代码复用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完成功能调用。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5Python电子教案5-1函数和代码复用函数的定义Python定义一个函数使用def保留字，语法形式如下：def():return6Python电子教案5-1函数和代码复用函数的定义微实例5.1：生日歌。过生日时要为朋友唱生日歌，歌词为：Happybirthdaytoyou!Happybirthdaytoyou!Happybirthday,dearHappybirthdaytoyou!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7Python电子教案5-1函数和代码复用函数的定义1234print(Happybirthdaytoyou!)print(Happybirthdaytoyou!)print(Happybirthday,dearMike!)print(Happybirthdaytoyou!)最简单的实现方法是重复使用print()语句，如下：8Python电子教案5-1函数和代码复用函数的定义微实例5.1m5.1HappyBirthday.py12345678910defhappy():print(Happybirthdaytoyou!)defhappyB(name):happy()happy()print(Happybirthday,dear!.format(name)happy()happyB(Mike)print()happyB(Lily)Happybirthdaytoyou!Happybirthdaytoyou!Happybirthday,dearMike!Happybirthdaytoyou!Happybirthdaytoyou!Happybirthdaytoyou!Happybirthday,dearLily!Happybirthdaytoyou!9Python电子教案5-1函数和代码复用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，程序回到调用前的暂停处继续执行。10Python电子教案5-1函数和代码复用函数调用的过程微实例5.1中happyB()的被调用过程11Python电子教案5-1函数和代码复用函数调用的过程12Python电子教案5-1函数和代码复用函数调用的过程13Python电子教案5-1函数和代码复用函数的参数传递14Python电子教案5-1函数和代码复用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defdup(str,times=2):print(str*times)dup(knock)knockknockdup(knock,4)knockknockknockknock15Python电子教案5-1函数和代码复用可选参数和可变数量参数在函数定义时，可以设计可变数量参数，通过参数前增加星号（*）实现defvfunc(a,*b):print(type(b)forninb:a+=nreturnavfunc(1,2,3,4,5)1516Python电子教案5-1函数和代码复用参数的位置和名称传递Python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。17Python电子教案5-1函数和代码复用变量的返回值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。deffunc(a,b):returna*bs=func(knock,2)print(s)knockknock18Python电子教案5-1函数和代码复用变量的返回值函数可以没有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，例如。deffunc(a,b):returnb,as=func(knock,2)print(s,type(s)(2,knock)19Python电子教案5-1函数和代码复用函数对变量的作用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。20Python电子教案5-1函数和代码复用变量的返回值n=1#n是全局是全局变变量量deffunc(a,b):c=a*b#c是局部是局部变变量，量，a和和b作作为为函数参数也是局部函数参数也是局部变变量量returncs=func(knock,2)print(c)Traceback(mostrecentcalllast):File,line1,inprint(c)NameError:namecisnotdefined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？21Python电子教案5-1函数和代码复用变量的返回值n=1#n是全局是全局变变量量deffunc(a,b):n=b#这这个个n是在函数内存中新生成的局部是在函数内存中新生成的局部变变量，不是全局量，不是全局变变量量 returna*bs=func(knock,2)print(s,n)#测试测试一下一下n值值是否改是否改变变knockknock1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？22Python电子教案5-1函数和代码复用变量的返回值如果希望让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。n=1#n是全局是全局变变量量deffunc(a,b):globalnn=b#将局部将局部变变量量b赋值给赋值给全局全局变变量量nreturna*bs=func(knock,2)print(s,n)#测试测试一下一下n值值是否改是否改变变knockknock223Python电子教案5-1函数和代码复用变量的返回值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。ls=#ls是全局列表是全局列表变变量量deffunc(a,b):ls.append(b)#将局部将局部变变量量b增加到全局列表增加到全局列表变变量量ls中中 returna*bs=func(knock,2)print(s,ls)#测试测试一下一下ls值值是否改是否改变变knockknock224Python电子教案5-1函数和代码复用变量的返回值如果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，例子如下。ls=#ls是全局列表是全局列表变变量量deffunc(a,b):ls=#创创建了名称建了名称为为ls的局部列表的局部列表变变量列量列ls.append(b)#将局部将局部变变量量b增加到全局列表增加到全局列表变变量量ls中中 returna*bs=func(knock,3)print(s,ls)#测试测试一下一下ls值值是否改是否改变变knockknock25Python电子教案5-1函数和代码复用变量的返回值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。26Python电子教案5-1函数和代码复用lambda函数Python的有33个保留字，其中一个是lambda，该保留字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():return27Python电子教案5-1函数和代码复用lambda函数简单说，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。f=lambdax,y:x+ytype(f)f(10,12)2228Python电子教案5-1函数和代码复用datetime库的使用29Python电子教案5-1函数和代码复用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。30Python电子教案5-1函数和代码复用datetime库概述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31Python电子教案5-1函数和代码复用datetime库解析使用datetime.now()获得当前日期和时间对象，使用方法如下：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。fromdatetimeimportdatetimetoday=datetime.now()todaydatetime.datetime(2016,9,20,10,29,43,928549)32Python电子教案5-1函数和代码复用datetime库解析使用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。today=datetime.utcnow()todaydatetime.datetime(2016,9,20,2,35,1,427954)33Python电子教案5-1函数和代码复用datetime库解析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。34Python电子教案5-1函数和代码复用datetime库解析调用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：someday=datetime(2016,9,16,22,33,32,7)somedaydatetime.datetime(2016,9,16,22,33,32,7)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35Python电子教案5-1函数和代码复用datetime库解析属性描述someday.min固 定 返 回 datetime的 最 小 时 间 对 象 ，datetime(1,1,1,0,0)someday.max固定返回datetime的最大时间对象，datetime(9999,12,31,23,59,59,999999)someday.year返回someday包含的年份someday.month返回someday包含的月份someday.day返回someday包含的日期someday.hour返回someday包含的小时someday.minute返回someday包含的分钟someday.second返回someday包含的秒钟someday.microsecond返回someday包含的微秒值36Python电子教案5-1函数和代码复用datetime库解析datetime对象有3个常用的时间格式化方法，如表所示someday=datetime(2016,9,16,22,33,32,7)someday.isoformat()2016-09-16T22:33:32.000007someday.isoweekday()5属性描述someday.isoformat()采用ISO 8601标准显示时间someday.isoweekday()根据日期计算星期后返回1-7,对应星期一到星期日someday.strftime(format)根据格式化字符串format进行格式显示的方法isoformat()和isoweekday()方法的使用如下：37Python电子教案5-1函数和代码复用datetime库解析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someday.strftime(%Y-%m-%d%H:%M:%S)2016-09-1622:33:3238Python电子教案5-1函数和代码复用datetime库解析格式化字符串日期/时间值范围和实例%Y年份00019999，例如：1900%m月份0112，例如：10%B月名JanuaryDecember，例如：April%b月名缩写JanDec，例如：Apr%d日期01 31，例如：25%A星期MondaySunday，例如：Wednesday%a星期缩写MonSun，例如：Wed%H小时（24h制）00 23，例如：12%I小时（12h制）01 12，例如：7%p上/下午AM, PM，例如：PM%M分钟00 59，例如：26%S秒00 59，例如：2639Python电子教案5-1函数和代码复用datetime库解析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fromdatetimeimportdatetimenow=datetime.now()now.strftime(%Y-%m-%d)2016-09-20now.strftime(%A,%d.%B%Y%I:%M%p)Tuesday,20.September201601:53PMprint(今天是今天是0:%Y年年0:%m月月0:%d日日.format(now)今天是2016年09月20日40Python电子教案5-1函数和代码复用七段数码管绘制41Python电子教案5-1函数和代码复用七段数码管绘制七段数码管（seven-segmentindicator）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，如图所示。42Python电子教案5-1函数和代码复用七段数码管绘制七段数码管能形成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。图5.5给出了十六进制中16个字符的七段数码管表示。43Python电子教案5-1函数和代码复用七段数码管绘制每个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。44Python电子教案5-1函数和代码复用七段数码管绘制实例代码7.1e7.1DrawSevenSegDisplay.py123456789101112131415#e7.1DrawSevenSegDisplay.pyimportturtle,datetimedefdrawLine(draw):#绘制单段数码管绘制单段数码管turtle.pendown()ifdrawelseturtle.penup()turtle.fd(40)turtle.right(90)defdrawDigit(d):#根据数字绘制七段数码管根据数字绘制七段数码管drawLine(True)ifdin2,3,4,5,6,8,9elsedrawLine(False)drawLine(True)ifdin0,1,3,4,5,6,7,8,9elsedrawLine(False)drawLine(True)ifdin0,2,3,5,6,8,9elsedrawLine(False)drawLine(True)ifdin0,2,6,8elsedrawLine(False)turtle.left(90)drawLine(True)ifdin0,4,5,6,8,9elsedrawLine(False)drawLine(True)ifdin0,2,3,5,6,7,8,9elsedrawLine(False)drawLine(True)ifdin0,1,2,3,4,7,8,9elsedrawLine(False)45Python电子教案5-1函数和代码复用七段数码管绘制实例代码7.1e7.1DrawSevenSegDisplay.py1617181920212223242526272829turtle.left(180)turtle.penup()turtle.fd(20)defdrawDate(date):#获获得要得要输输出的数字出的数字foriindate:drawDigit(eval(i)#注意注意:通通过过eval()函数将数字函数将数字变为变为整数整数defmain():turtle.setup(800,350,200,200)turtle.penup()turtle.fd(-300)turtle.pensize(5)drawDate(datetime.datetime.now().strftime(%Y%m%d)turtle.hideturtle()main()46Python电子教案5-1函数和代码复用七段数码管绘制实例代码定义了drawDigit()函数，该函数根据输入的数字d绘制七段数码管，结合七段数码管结构，每个数码管的绘制采用图所示顺序。47Python电子教案5-1函数和代码复用七段数码管绘制绘制起点在数码管中部左侧，无论每段数码管是否被绘制出来，turtle画笔都按顺序“画完”所有7个数码管。对于给定数字d，哪个数码段被绘制出来采用ifelse语句判断。8drawLine(True)ifdin2,3,4,5,6,8,9elsedrawLine(False)48Python电子教案5-1函数和代码复用七段数码管绘制49Python电子教案5-1函数和代码复用七段数码管绘制50Python电子教案5-1函数和代码复用七段数码管绘制实例代码7.2e7.2DrawSevenSegDisplay.py123456789101112131415161718192021222324#e7.2DrawSevenSegDisplay.pyimportturtle,datetimedefdrawGap():#绘绘制数制数码码管管间间隔隔turtle.penup()turtle.fd(5)defdrawLine(draw):#绘绘制制单单段数段数码码管管drawGap()turtle.pendown()ifdrawelseturtle.penup()turtle.fd(40)drawGap()turtle.right(90)defdrawDigit(d):#根据数字根据数字绘绘制七段数制七段数码码管管drawLine(True)ifdin2,3,4,5,6,8,9elsedrawLine(False)drawLine(True)ifdin0,1,3,4,5,6,7,8,9elsedrawLine(False)drawLine(True)ifdin0,2,3,5,6,8,9elsedrawLine(False)drawLine(True)ifdin0,2,6,8elsedrawLine(False)turtle.left(90)drawLine(True)ifdin0,4,5,6,8,9elsedrawLine(False)drawLine(True)ifdin0,2,3,5,6,7,8,9elsedrawLine(False)drawLine(True)ifdin0,1,2,3,4,7,8,9elsedrawLine(False)turtle.left(180)turtle.penup()turtle.fd(20)51Python电子教案5-1函数和代码复用七段数码管绘制实例代码7.2e7.2DrawSevenSegDisplay.py25262728293031323334353637383940414243444546defdrawDate(date):turtle.pencolor(red)foriindate:ifi=-:turtle.write(年年,font=(Arial,18,normal)turtle.pencolor(green)turtle.fd(40)elifi=:turtle.write(月月,font=(Arial,18,normal)turtle.pencolor(blue)turtle.fd(40)elifi=+:turtle.write(日日,font=(Arial,18,normal)else:drawDigit(eval(i)defmain():turtle.setup(800,350,200,200)turtle.penup()turtle.fd(-350)turtle.pensize(5)drawDate(datetime.datetime.now().strftime(%Y-%m=%d+)turtle.hideturtle()main()52Python电子教案5-1函数和代码复用代码的复用和模块化设计53Python电子教案5-1函数和代码复用代码的复用和模块化设计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。54Python电子教案5-1函数和代码复用代码的复用和模块化设计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。解决这一问题的最好方法是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”。55Python电子教案5-1函数和代码复用代码的复用和模块化设计模块化设计一般有两个基本要求：紧耦合：尽可能合理划分功能块，功能块内部耦合紧密；松耦合：模块间关系尽可能简单，功能块之间耦合度低。使用函数只是模块化设计的必要非充分条件，根据计算需求合理划分函数十分重要。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。56Python电子教案5-1函数和代码复用函数的递归57Python电子教案5-1函数和代码复用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。58Python电子教案5-1函数和代码复用递归的定义数学上有个经典的递归例子叫阶乘，阶乘通常定义为：这个关系给出了另一种方式表达阶乘的方式：59Python电子教案5-1函数和代码复用递归的定义阶乘的例子揭示了递归的2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）所有递归链要以一个或多个基例结尾。60Python电子教案5-1函数和代码复用递归的使用方法微实例5.21：阶乘的计算。根据用户输入的整数n，计算并输出n的阶乘值。微微实例例5.21m5.1CalFactorial.py1234567deffact(n):ifn=0:return1else:returnn*fact(n-1)num=eval(input(请输入一个整数入一个整数:)print(fact(abs(int(num)61Python电子教案5-1函数和代码复用递归的使用方法62Python电子教案5-1函数和代码复用递归的使用方法微实例5.32：字符串反转。对于用户输入的字符串s，输出反转后的字符串。解决这个问题的基本思想是把字符串看作一个递归对象。12defreverse(s):returnreverse(s1:)+s063Python电子教案5-1函数和代码复用递归的使用方法观察这个函数的工作过程。s0是首字符，s1:是剩余字符串，将它们反向连接，可以得到反转字符串。执行这个程序，结果如下defreverse(s):returnreverse(s1:)+s0 reverse(ABC).RecursionError:maximumrecursiondepthexceeded64Python电子教案5-1函数和代码复用科赫曲线绘制65Python电子教案5-1函数和代码复用科赫曲线绘制自然界有很多图形很规则，符合一定的数学规律，例如，蜜蜂蜂窝是天然的等边六角形等。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(HVKoch)于1904年提出，由于其形状类似雪花，也被称为雪花曲线。66Python电子教案5-1函数和代码复用科赫曲线绘制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。67Python电子教案5-1函数和代码复用科赫曲线绘制68Python电子教案5-1函数和代码复用科赫曲线绘制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，绘制过程代码。实例代码8.1e8.1DrawKoch.py12345678910111213141516171819#e8.1DrawKoch.pyimportturtledefkoch(size,n):ifn=0:turtle.fd(size)else:foranglein0,60,-120,60:turtle.left(angle)koch(size/3,n-1)defmain():turtle.setup(800,400)turtle.speed(0)#控制控制绘绘制速度制速度turtle.penup()turtle.goto(-300,-50)turtle.pendown()turtle.pensize(2)koch(600,3)#0阶阶科赫曲科赫曲线长线长度，度，阶阶数数turtle.hideturtle()main()69Python电子教案5-1函数和代码复用科赫曲线绘制实例代码8.2e8.2DrawKoch.py123456789101112131415161718192021222324#e8.2DrawKoch.pyimportturtledefkoch(size,n):ifn=0:turtle.fd(size)else:foranglein0,60,-120,60:turtle.left(angle)koch(size/3,n-1)defmain():turtle.setup(600,600)turtle.speed(0)turtle.penup()turtle.goto(-200,100)turtle.pendown()turtle.pensize(2)level=5koch(400,level)turtle.right(120)koch(400,level)turtle.right(120)koch(400,level)turtle.hideturtle()main()科赫曲线的雪花效果70Python电子教案5-1函数和代码复用Python内置函数71Python电子教案5-1函数和代码复用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。abs()id()round()compile()locals()all()input()set()dir()map()any()int()sorted()exec()memoryview()asci()len()str()enumerate()next()bin()list()tuple()filter()object()bool()max()type()format()property()chr()min()zip()frozenset()repr()complex()oct()getattr()setattr()dict()open()globals()slice()divmod()ord()bytes()hasattr()staticmethod()eval()pow()delattr()help()sum()float()print()bytearray()isinstance()super()hash()range()callable()issubclass()vars()hex()reversed()classmethod()iter()_import()_72Python电子教案5-1函数和代码复用