Python语言程序设计（第2版） 课件 第8章 函数与模块

第8章函数与模块函数的定义与调用函数的参数传递两类特殊函数变量作用域模块函数应用举例8.1函数的定义与调用8.1.1函数的定义Python函数的定义包括对函数名、函数的参数与函数功能的描述。一般形式为：def函数名([形式参数表]):函数体例如：defmyf(x,y):returnx*x+y*yPython还允许函数体为空的函数，其形式为：def函数名():pass在函数定义处，表明此处要定义某某函数。在程序开发过程中，通常先开发主要的函数，次要的函数或准备扩充程序功能的函数暂写成空函数，使能在程序还未完整的情况下调试部分程序。8.1.2函数的调用有了函数定义，凡要完成该函数功能处，就可调用该函数来完成。函数调用的一般形式为：函数名(实际参数表)如果调用的是无参数函数，则调用形式为：函数名()其中函数名之后的一对括号不能省略。通常将函数定义和函数调用都放在一个程序文件中，然后运行程序文件。例如，程序文件ftest.py的内容如下：defmyf(x,y):returnx*x+y*yprint(myf(3,4))程序运行结果如下：25程序中只定义了一个函数myf()，还可以定义一个主函数，用于完成程序的总体调度功能。例如，程序文件ftest1.py的内容如下：defmyf(x,y):returnx*x+y*ydefmain():a,b=eval(input())print(myf(a,b))main()程序运行结果如下：3,4↙25例8-1求五边形面积，从键盘输入长度k1～k7。分析：求五边形的面积可以变成求三个三角形面积的和。由于要三次计算三角形的面积，为了程序简单起见，可将计算三角形面积定义成函数，然后在主函数中三次调用它，分别得到三个三角形的面积，然后相加得到五边形的面积。8.2函数的参数传递8.2.1参数传递方式Python中的变量是一个对象的引用，变量与变量之间的赋值是对同一个对象的引用，当变量重新赋值对象时，指将这个变量指向一个新分配的对象。在Python中，实参向形参传送数据的方式是“值传递”，即实参的值传给形参，是一种单向传递方式，不能由形参传回给实参。参数传递过程中存在两个规则。（1）通过引用将实参复制到局部作用域的函数中，意味着形参与传递给函数的实参无关，在函数中修改局部对象不会改变原始的实参数据。defchange(number,string,lst):number=5string='GoodBye'lst=[4,5,6]print("Inside:",number,string,lst)num=10string='Hello'lst=[1,2,3]print('Before:',num,string,lst)change(num,string,lst)print('After:',num,string,lst)程序运行结果如下：Before:10Hello[1,2,3]Inside:5GoodBye[4,5,6]After:10Hello[1,2,3]（2）对于可变的列表或字典类型，局部区域的值是可以改变的。defchange(lst,dict):lst[0]=10dict['a']=10print('Insidelst={},dict={}'.format(lst,dict))dict={'a':1,'b':2,'c':3}lst=[1,2,3,4,5]print('Beforelst={},dict={}'.format(lst,dict))change(lst,dict)print('Afterlst={},dict={}'.format(lst,dict))程序运行结果如下：Beforelst=[1,2,3,4,5],dict={'c':3,'a':1,'b':2}Insidelst=[10,2,3,4,5],dict={'c':3,'a':10,'b':2}Afterlst=[10,2,3,4,5],dict={'c':3,'a':10,'b':2}8.2.2参数的类型1．位置参数函数调用时的参数通常采用按位置匹配的方式，即实参按顺序传递给相应位置的形参。这里实参的数目应与形参完全匹配。defmysum(x,y):returnx+ymysum(54)运行程序，提示以下TypeError错误：TypeError:mysum()missing1requiredpositionalargument:'y'2．关键字参数关键字参数的形式为：形参名=实参值在函数调用中使用关键字参数是指通过形式参数的名称来指示为哪个形参传递什么值，这可以跳过某些参数或脱离参数的顺序。defmykey(x,y):print("x=",x,"y=",y)mykey(y=10,x=20)程序运行结果如下：x=20y=103．默认值参数默认值参数的形式为：形参名=默认值例如：defmydefa(x,y=200,z=100):print("x=",x,"y=",y,"z=",z)mydefa(50,100)程序输出结果如下：x=50y=100z=100注意：默认值参数必须出现在形参表的最右端。也就是说，第一个形参使用默认值参数后，它后面的所有形参也必须使用默认值参数，否则会出错。4．可变长度参数（1）元组可变长度参数元组可变长度参数在参数名前面加*，用来接受任意多个实参并将其放在一个元组中。例如：defmyvar1(*t):print(t)myvar1(1,2,3)myvar1(1,2,3,4,5)程序输出结果如下：(1,2,3)(1,2,3,4,5)（2）字典可变长度参数其表示方式是在函数参数名前面加**，可以接受任意多个实参，实参的形式为：关键字=实参值在字典可变长度参数中，关键字参数和实参值参数被放入一个字典，分别作为字典的关键字和字典的值。例如：defmyvar2(**t):print(t)myvar2(x=1,y=2,z=3)myvar2(name='bren',age=25)程序输出结果如下：{'y':2,'x':1,'z':3}{'age':25,'name':'bren'}例8-2写出下列程序的执行结果。defmytotal(x,y=30,*z1,**z2):t=x+yforiinrange(0,len(z1)):t+=z1[i]forkinz2.values():t+=kreturnts=mytotal(1,20,2,3,4,5,k1=100,k2=200)print(s)程序输出结果如下：3358.3两类特殊函数8.3.1匿名函数1．匿名函数的定义匿名函数也称为lambda函数，定义格式为：lambda[参数1[,参数2,……,参数n]]:表达式例如：lambdax,y:x+y2．匿名函数的调用例如：>>>f=lambdax,y:x+y>>>f(5,10)15例8-3lambda函数的定义与调用。程序如下：f=lambdaa,b=2,c=5:a*a-b*c#使用默认值参数print("Valueoff:",f(10,15))print("Valueoff:",f(20,10,38))print("Valueoff:",f(c=20,a=10,b=38))#使用关键字实参程序输出结果如下：Valueoff:25Valueoff:20Valueoff:-6603．把匿名函数作为函数的返回值也可以把匿名函数作为普通函数的返回值返回。deff():returnlambdax,y:x*x+y*yfx=f()print(fx(3,4))程序输出结果如下：254．把匿名函数作为序列或字典的元素可以将匿名函数作为序列或字典的元素，以列表为例，一般格式为：列表名=[匿名函数1,匿名函数2,……,匿名函数n]这时可以以序列或字典元素引用作为函数名来调用匿名函数，一般格式为：列表或字典元素引用(匿名函数实参)例如：>>>f=[lambdax,y:x+y,lambdax,y:x-y]>>>print(f[0](3,5),f[1](3,5))8-2>>>f={'a':lambdax,y:x+y,'b':lambdax,y:x-y}>>>f['a'](3,4)7>>>f['b'](3,4)-18.3.2递归函数1．递归的基本概念递归函数是指一个函数的函数体中又直接或间接地调用该函数本身的函数。例如，当n为自然数时，n!的递归表示：2．递归函数的调用过程例8-4求n!的递归函数。根据n!的递归表示形式，用递归函数描述如下：deffac(n):ifn<=1:return1else:returnn*fac(n-1)m=fac(3)print(m)程序运行结果如下：6fac(3)的计算流程例8-5用递归方法计算下列多项式函数的值。p(x,n)=x-x2+x3-x4+……+(-1)n-1xn(n>0)分析：函数的定义不是递归定义形式，对原来的定义进行如下数学变换。p(x,n)=x-x2+x3-x4+……(-1)n-1xn =x[1-(x-x2+x3-……+(-1)n-2xn-1)] =x[1-p(x,n-1)]经变换后，可以将原来的非递归定义形式转化为等价的递归定义：由此递归定义，可以确定递归算法和递归结束条件。8.4变量的作用域8.4.1局部变量在一个函数体内或语句块内定义的变量称为局部变量。局部变量只在定义它的函数体或语句块内有效，即只能在定义它的函数体或语句块内部使用它，而在定义它的函数体或语句块之外不能使用它。如有以下程序片段：deffun1(x):m,n=10…… #这里可以使用形参x和局部变量m、ndeffun2(x,y):m,n=100…… #这里可以使用形参x、y和局部变量m、ndefmain():a,b=1000…… #这里可以使用a、b8.4.2全局变量在函数定义之外定义的变量称为全局变量，它可以被多个函数引用。如下面的程序。s=1 #全局变量定义deff1():print(s,k)k=10 #全局变量定义deff2():print(s,k)f1()f2()变量s与k都是全局变量，在函数f1()和f2()中可以直接引用全局变量s和k。程序输出结果为：110110说明：（1）在函数体中，如果要为在函数外的全局变量重新赋值，可以使用global语句，表明变量是全局变量。例8-6写出以下程序输出结果。deff():globalx#说明x为全局变量x=30y=40#定义局部变量yprint("No2:",x,y)x=10#定义全局变量xy=20#定义全局变量yprint("No1:",x,y)f()print("No3:",x,y)程序输出结果如下：No1:1020No2:3040No3:3020例8-7写出程序的输出结果。deff():globalxx='ABC'defg():globalxx+='abc'returnxreturng()print(f())程序输出结果如下：ABCabc（2）Python3.x引入了nonlocal关键字，只要在内层函数中用nonlocal语句说明变量，就可以让解释器在外层函数中修改变量的值。例8-7的程序可以写为：deff():x='ABC'defg():nonlocalxx+='abc'returnxreturng()print(f())程序输出结果与例8-7的输出结果相同。8.5模块8.5.1模块的定义与使用1．标准库模块标准库模块是Python自带的函数模块，也称为标准链接库。Python提供了大量的标准库模块，实现了很多常见功能，包括数学运算、字符串处理、操作系统功能、网络和Internet编程、图形绘制、图形用户界面创建，等等，这些为应用程序开发提供了强大支持。2．用户自定义模块用户自定义一个模块就是建立一个Python程序文件，下面是一个简单的模块，程序文件名为support.py。defprint_func(par):print("Hello:",par)可以通过执行import语句来导入Python模块，例如：>>>importsupport>>>support.print_func("Brenden")Hello:BrendenPython的from语句可以从一个模块中导入特定的项目到当前的命名空间，语句格式如下：from模块名import项目名1[,项目名2[,……,项目名n]]也可以通过使用下面形式的import语句导入模块的所有项目到当前的命名空间。from模块名import*例8-8创建一个fibo.py模块，其中包含两个求Fibonacci数列的函数，然后导入该模块并调用其中的函数。首先创建一个fibo.py模块。deffib1(n):a,b=0,1whileb<n:print(b,end='')a,b=b,a+bprint()deffib2(n):result=[]a,b=0,1whileb<n:result.append(b)a,b=b,a+breturnresult然后进入Python解释器，使用下面的语句导入这个模块：>>>importfibo这里并没有把直接定义在fibo模块中的函数名称写入到语句中，所以需要使用模块名来调用函数。例如：>>>fibo.fib1(1000)1123581321345589144233377610987还可以一次性把模块中的所有函数、变量都导入到当前命名空间，这样就可以直接调用函数。例如：>>>fromfiboimport*>>>fib1(500)11235813213455891442333778.5.2Python程序结构Python程序通常由一个主程序以及多个模块组成。下图描述了一个由三个程序文件a.py、b.py和c.py.py组成的Python程序，其中a.py是主程序，b.py和c.py是模块，箭头指向代表了程序之间的相互调用关系。模块b.py和c.py一般不能直接执行，该程序的执行只能从主程序a.py开始。Python程序结构8.5.3模块的有条件执行__name__是一个全局变量，在模块内部是用来标识模块名称的。如果模块是被其他模块导入的，__name__的值是模块的名称，主动执行时它的值就是字符串“__main__”。通过__name__变量，可以将一个模块文件既当作普通的模块库供其他模块使用，又可以当作一个可执行文件进行执行，具体做法是在程序执行入口之前加上if判断语句。deftest():print(__name__)if__name__=='__main__':test()当使用import命令导入m.py时，__name__变量的值是模块名“m”，所以不执行test()函数调用。当运行m.py时，__name__变量的值是“__main__”，所以执行test()函数调用。8.6函数应用举例例8-9求y的值。分析：定义一个匿名函数求累加项，循环控制累加100次。程序如下：frommathimport*f=lambdan:(1+log(n))/(2*pi)y=exp(2.0)forninrange(1,101):y+=f(n)print('y=',y)程序输出结果如下：y=81.19547002494745例8-10先定义函数，然后调用该函数求s。程序如下：defmysum(n,m):s=0foriinrange(1,n+1):s+=i**mreturnsdefmain():s=mysum(100,1)+mysum(50,2)+mysum(10,-1)print("s=",s)main()程序输出结果如下：s=47977.92896825397例8-11设计一个程序，求同时满足下列两个条件的分数x的个数：（1）1/6<x<1/5。（2）x的分子分母都是素数且分母是2位数。分析：设x＝m/n，根据条件（2），有10≤n≤99；根据条件（1），有5m≤n≤6m，并且m、n均为素数。用穷举法来求解这个问题，并设计一个函数来判断一个数是否为素数，是素数返回值为True，否则为False。例8-12汉诺（Hanoi）塔问题。有三根柱子A、B、C，A上堆放了n个盘子，盘子大小不等，大的在下，小的在上，如图8-4所示。现在要求把这n个盘子从A搬到C，在搬动过程中可以借助B作为中转，每次只允许搬动一个盘子，且在移动过程中在3根柱子上都保持大盘在下，小盘在上。要求打印出移动的步骤。A