Python学习手册之函数和模块

在上一篇文章中，我们介绍了 Python 的控制结构，现在我们介绍 Python 函数和模块。

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函数和模块

代码重用
代码重用是编程语言里一个非常重要的概念，增加代码的大小会使维护变得更加困难。
在软件工程里，必须遵守不要编写同一代码的原则，英文 "Don't Repeat Yourself"，简称：DRY 原则。
我们已经学习过一种方法通过使用循环来保证代码重用。在本节中我们将进一步探索两个模块：函数和
模块。

函数
到目前我们已经使用了不少的系统内置函数，函数调用就是左边是需要调用的函数名称，后面跟着圆括
号。

print("I like Python!")
range(0,10)
range(10,20,4)
str(12)

括号前面的单词是函数名，括号内以逗号分隔的值是函数参数。

函数可以通过关键字 def 来定义。关键字后跟一个函数的标识符，接下来是一对圆括号，圆括号里可以
包括一些变量的名称，再以冒号结尾结束这一行后面缩进的语句块就是函数的一部分。
下面代码声明了一个 叫 func 的函数。当调用这个函数时打印 “Hello” 三次。

def func():
print("Hello")
print("Hello")
print("Hello")

func()

运行结果：

>>>
Hello
Hello
Hello
>>>

所有函数的代码块都是通过缩进来定义的，函数名后面要跟随冒号。

函数调用必须在函数声明之后。如果调用在声明前，程序会发生异常。

func()
def func():
print("Hello")

运行结果：

>>>
NameError: name 'func' is not defined
>>>

函数参数
参数
函数名后面的括号是空的，意思是这个函数不需要参数。实际上，大多数函数都是有参数的。

def func(name):
print(name + "!")

func("xmg")
func("dustman")
func("python")

运行结果：

>>>
xmg!
dustman!
python!
>>>

参数定义在圆括号里面。

同样，我们可以定义一个包含多个参数的函数，参数用逗号分隔开。

def func(x,y):
print(x + y)
print(x * y)

func(2,7)

运行结果：

>>>
9
14
>>>

函数参数可以用作函数块定义中的变量，仅在函数体内部存在，不能在函数定义之外引用它们，同样这
也适用于在函数中创建的其他变量。

def func(x):
x += 1
print(x)

func(5)
print(x)

运行结果；

>>>
6
NameError: name 'x' is not defined
>>>

从技术上讲，参数是函数定义中的变量，参数的值在调用时被函数复制了。

 函数返回值

我们见到一些内置函数比如 float 都返回一个值。要返回一个值，在函数体内部可以用 return 随时返
回函数结果。

def min(x,y):
if x <= y:
return x
else:
return y

print(min(5,1))
z = min(5,8)
print(z)

运行结果：

>>>
1
5
>>>

return 语句不能在函数外面使用，函数执行完毕没有 return 语句时，函数自动产生 return None。

定义一个函数，比较它的两个字符串参数的长度，返回长度长的那个参数。

def longer_string(x,y):
if len(x) >= len(y):
return x
else:
return y

ret = longer_string('abcde','123456789')
print(ret)

运行结果：

>>>
123456789
>>>

当从函数返回一个值，程序立即停止执行并返回，return 下面的代码不会执行。

def add(x,y):
sum = x + y
return sum
print("I won't be printed!")

print(add(1,4))

运行结果：

>>>
5
>>>

备注和文档注释
备注
注释是代码的注解，用于是代码更容易理解，它们不影响代码的运行方式。
在 Python 中，注释是通过插入哈希符号 # 来实现的。该行在 # 之后的所有文本都被程序忽略。

x = 123
y = 456
# This is an annotation
print(x + y) # addition 
# print(x * y)
# another comment

运行结果：

>>>
579
>>>

Python 没有多行注释，其他编程语言有多行注释功能，使用 /* */ 语法。
文档注释
文档注释有点和注释相同，因为它们是用来解释代码的。
但是文档注释说明更具体些，并且有不同于注释的语法。它们是通过在函数或类的第一行下面放置一个
包含多行字符串方式来创建的。

def main(word):
"""
this function is print a string
"""
print(word + "!")

main("Hello world")

运行结果：

>>>
Hello world!
>>>

文档注释是字符串的另一种表现，运行时会被保留在程序或类里并能被用 __doc__ 变量读到。
文档注释一般给类和函数做注释，而单行注释一般用来说明某一行的功能。

函数即对象
函数
虽然它们创建与普通变量不同，但函数就像任何其他类型的值一样。可以将它们重新分配给变量，然后对引用调用。

def add(a,b):
return a + b

x = 9
y = 9
obj = add
print(obj(x,y))

运行结果：

>>>
18
>>>

上面的例子将加法函数重新指派了一个变量名，现在我们可以用变量名来调用函数。

函数还可以被当做参数来调用

def multiply(a,b):
return a * b

def more_again(func,a,b):
return func(func(a,b),func(x,y))

x = 9
y = 9
print(more_again(multiply,x,y))

运行结果：

>>>
6561
>>>

如上面例子所示，函数 multiply 函数被 more_again 当做参数并在函数体里面调用。

让函数 "square" 被函数 "my_func" 当作参数调用。

def square(a):
return a * a

def my_func(func,x):
print(func(x))

my_func(square,67)

运行结果：

>>>
4489
>>>

模块
模块（Modules）是为完成常见任务而编写的代码，例如生成随机数、执行数字操作等。
模块最大的好处是大大提高了代码的可维护性。其次，编写代码不必从零开始。当一个模块编写完毕， 就可以被其他地方引用。使用模块还可以避免函数名和变量名冲突。

使用模块的基本方式是在代码的顶部添加 import module_name 代码，然后使用模块 module_name.var 访问模块中的变量名称的函数和值。

下面代码示例如何使用 random 模块生成乱数。

import random

for i in range(6):
num = random.randint(1,7)
print(num)

运行结果；

>>>
5
3
5
2
7
4
>>>

上面代码使用 random 模块中定义的 randint 函数在 1 到 7 的范围内打印 6 个随机数。

如果您只需要模块中的某些函数，可以使用另一种导入模块的方法。
采用 from module_name import var 的方式导入函数 var 后你就可以使用 var，就好像它是在代码中定义的一样。
下面代码示例程序仅需要 math 模块的 pi 常量。

from math import pi

print(pi)

运行结果：

>>>
3.141592653589793
>>>

使用逗号分隔列表可以导入多个函数。

from math import pi,cos

* 表示从模块里导入所有的函数，比如：from math import *
通常不鼓励这么做，因为它混淆了代码中的变量和外部模块中的变量。

导入不存在的模块名会导致 importError 错误。

import my_module

执行结果：

>>>
ModuleNotFoundError: No module named 'my_module'
>>>

可以使用 as 关键字以不同的命名来导入模块或对象，这可以用在模块或对象有一个长的或令人困惑的名称时。

from math import cos as my_cos
from math import pi
print(my_cos(pi))

运行结果：

>>>
-1.0
>>>

标准库和 pip
模块
Python 中有三种主要类型的模块：你自己编写的模块、从外部源安装的模块以及与 Python 一起预装的
模块。
预装的模块叫做标准库，包含一些常用的模块。标准库里包含的模块包括： random,json,os,pdb,sys,re,string,math,subprocess,socket,email 和 doctest 等。
标准库可以完成的任务包括字符串解析、数据序列化、测试、调试和操作日期、电子邮件、命令行参数等等。

Python 的标准库拥有大量模块，这是它的主要优势之一。

标准库
一些标准库用 Python 写的，另外一些是使用 C 语言写的。
大多数的库在任何平台通用，但是一些库只能在 Windows 或 Unix 环境里才能使用。

我们的文章中不会覆盖到所有的标准库，因为标准库太庞大了。完整的标准库文档可以访问 www.python.org，上面有英语，法语和日语等各种版本。

在 Python 中安装第三方模块是通过 pip 这个工具完成的，此工具随着 Python 安装程序安装到你的机器。要安装的一个库，转到命令行（对于 Windows，它将是命令提示符），输入 pip install library_name。安装完成后就可以导入 library_name 这个模块并使用了。

使用 pip 这个工具是在大多数操作系统上安装第三方库的标准方法，有些库已经为 Windows 预先构建了二进制文件。这些是普通的可执行文件，也可以使用 GUI 安装库，就像安装其他程序一样。

注：请在命令行下输入 pip，不要在 Python 的解析器里。

“程序员有三种美德：懒惰，急躁和傲慢...”

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