Python 3 基础教程（第3版）（慕课版） 课件 第6章 函数与模块

Python3基础教程第2版慕课版单元6函数与模块任务6-1：定义个人综合所得税计算函数【任务目标】修改任务5-1中实现的个人综合所得税计算程序，定义一个函数来完成个人综合所得税计算，将月工资及各项扣除费用作为参数传递给函数，函数返回应缴纳的个人综合所得税。调用函数，完成表6-1中3名员工的个人综合所得税计算。【任务实施】演示过程……6.1函数在实现大型项目时，程序员往往会将需要重复使用的代码提取出来，将其定义为函数，从而减轻编程工作量，也使程序结构简化。本节主要内容：定义函数调用函数函数的参数函数嵌套定义lambda函数递归函数函数列表程序设计方法简介6.1.1定义函数def语句用于定义函数，其基本格式如下。def函数名(参数表):

函数语句

return返回值参数和返回值都可省略，示例代码如下。>>>defhello(): #定义函数...print('Python你好')...>>>hello() #调用函数Python你好hello()函数没有参数和返回值，它调用print()函数输出一个字符串。为函数指定参数时，参数之间用逗号分隔。下面的例子为函数定义两个参数，并返回两个参数的和。>>>defadd(a,b): #定义函数...returna+b...>>>add(1,2) #调用函数36.1.2调用函数调用函数的基本格式如下。函数名(参数表)在Python中，所有的语句都是解释执行的，不存在如C/C++中的编译过程。def也是一条可执行语句，它完成函数的定义。Python中函数的调用必须出现在函数的定义之后。在Python中，函数也是对象（function对象）。def语句在执行时会创建一个函数对象。函数名是一个变量，它引用def语句创建的函数对象。可将函数名赋值给变量，使变量引用同一个函数>>>defadd(a,b): #定义函数...returna+b...>>>add #直接用函数名，可返回函数对象的内存地址<functionaddat0x00D41078>>>>add(10,20) #调用函数30>>>x=add #将函数名赋值给变量>>>x(1,2) #通过变量调用函数36.1.3函数的参数在函数定义的参数表中的参数称为形式参数，简称形参。调用函数时，参数表中提供的参数称为实际参数，简称实参。实参可以是常量、表达式或变量。实参是常量或表达式时，直接将常量或表达式计算结果传递给形参。在Python中，变量保存的是对象的引用，实参为变量时，参数传递会将实参对对象的引用赋值给形参。1．参数的多态性多态是面向对象的一个特点，指不同对象执行同一个行为可能会得到不同的结果。同一个函数，传递的实际参数类型不同时，可获得不同的结果，体现了多态性。>>>defadd(a,b): ...returna+b #两个参数执行加法运算...>>>add(1,2) #执行数字加法3>>>add('abc','def') #执行字符串连接'abcdef'>>>add((1,2),(3,4)) #执行元组合并(1,2,3,4)>>>add([1,2],[3,4]) #执行列表合并[1,2,3,4]2．参数赋值传递调用函数时会按参数的先后顺序，依次将实参传递给形参。例如，调用add(1,2)时，1传递给a，2传递给b。Python允许以形参赋值的方式，将实参传递给指定形参。>>>defadd(a,b):...returna+b...>>>add(a='ab',b='cd') #通过赋值来传递参数'abcd'>>>add(b='ab',a='cd') #通过赋值来传递参数'cdab'采用参数赋值传递时，因为指明了形参名称，所以参数的先后顺序已无关紧要。参数赋值传递的方式称为关键字传递，此时可将形参称为关键字。3．参数传递与共享引用>>>deff(x):...x=100...>>>a=10>>>f(a) >>>a10从结果可以看出，将实参a传递给形参x后，在函数中重新赋值x，并不会影响到实参a。这是因为Python中的赋值是建立变量到对象的引用。重新赋值时，意味着形参引用了新的对象。当实参引用的是可变对象，如列表、字典等时，若在函数中修改形参，通过共享引用，实参也引用修改后的对象，示例代码如下。>>>deff(a):...a[0]='abc' #修改对象的第一个元素值...>>>x=[1,2]>>>f(x) #调用函数，传递列表对象的引用>>>x #变量x引用的列表对象在函数中被修改['abc',2]如果不希望函数内的修改影响函数外的数据，应注意避免传递可变对象的引用。如果要避免列表在函数中被修改，可使用列表的副本作为实参，示例代码如下。>>>deff(a):...a[0]='abc' #修改对象的第一个元素值...>>>x=[1,2]>>>f(x[:]) #传递列表的副本>>>x #结果显示原列表不变[1,2]还可以在函数中对列表进行复制，调用函数时实参使用引用列表的变量，示例代码如下。>>>deff(a):...a=a[:] #复制列表...a[0]='abc' #修改列表的副本...>>>x=[1,2]>>>f(x) #调用函数>>>x #结果显示原列表不变[1,2]4．有默认值的可选参数在定义函数时，可以为参数设置默认值。调用函数时如果未提供实参，则形参取默认值，示例代码如下。>>>defadd(a,b=-100): #参数b默认值为-100...returna+b...>>>add(1,2) #传递指定参数3>>>add(1) #形参b取默认值-99应注意，带默认值的参数为可选参数，在定义函数时，应放在参数表的末尾。5．接受任意个数的参数在定义函数时，如果在参数名前面使用星号“*”，表示形参是一个元组，可接受任意个数的参数。调用函数时，可以不为带星号的形参提供数据示例代码如下。>>>defadd(a,*b):...s=a...forxinb: #用循环迭代元组b中的对象...s+=x #累加...returns #返回累加结果...>>>add(1)#不为带星号的形参提供数据，此时形参b为空元组1>>>add(1,2) #求两个数的和，此时形参b为元组(2,)3>>>add(1,2,3) #求3个数的和，此时形参b为元组(2,3)6>>>add(1,2,3,4,5) #求5个数的和，此时形参b为元组(2,3,4,5)156．必须通过赋值传递的参数Python允许使用必须通过赋值传递的参数。在定义函数时，带星号参数之后的参数必须通过赋值传递示例代码如下。>>>defadd(a,*b,c):...s=a+c...forxinb:...s+=x...returns...>>>add(1,2,3) #形参c未使用赋值传递，出错Traceback(mostrecentcalllast):File"<stdin>",line1,in<module>TypeError:add()missing1requiredkeyword-onlyargument:'c'>>>add(1,2,c=3) #形参c使用赋值传递6>>>add(1,c=3) #带星号参数可以省略4在定义函数时，也可单独使用星号，其后的参数必须通过赋值传递示例代码如下。>>>deff(a,*,b,c): #参数b和c必需通过赋值传递...returna+b+c...>>>f(1,b=2,c=3)66.1.4函数嵌套定义Python允许在函数内部定义函数，示例代码如下。>>>defadd(a,b): ...defgetsum(x): #在函数内部定义的函数，将字符串转换为Unicode码求和...s=0...forninx:...s+=ord(n)...returns...returngetsum(a)+getsum(b) #调用内部定义的函数getsum...>>>add('12','34') #调用函数202注意，内部函数只能在函数内部使用。6.1.5lambda函数lambda函数也称表达式函数，用于定义匿名函数。可将lambda函数赋值给变量，通过变量调用函数。lambda函数定义的基本格式如下。lambda参数表:表达式示例代码如下。>>>add=lambdaa,b:a+b #定义表达式函数，赋值给变量>>>add(1,2) #函数调用格式不变3>>>add('ab','ad')'abad'lambda函数非常适合定义简单的函数与def不同，lambda的函数体只能是一个表达式可在表达式中调用其他的函数，但不能使用其他的语句示例代码如下。>>>add=lambdaa,b:ord(a)+ord(b) #在lambda表达式中调用其他的函数>>>add('1','2')996.1.6递归函数递归函数是指在函数体内调用函数本身。例如，下面的函数fac()实现计算阶乘。>>>deffac(n): #定义函数...ifn==0: #递归调用的终止条件...return1...else:...returnn*fac(n-1) #递归调用函数本身...>>>fac(5)120注意，递归函数必须在函数体中设置递归调用的终止条件。如果没有设置递归调用终止条件，程序会在超过Python允许的最大递归调用深度后，产生RecursionError异常（递归调用错误）。6.1.7函数列表因为函数是一种对象，所以可将其作为列表元素使用，然后通过列表索引来调用函数示例代码如下。>>>d=[lambdaa,b:a+b,lambdaa,b:a*b] #使用lambda函数建立列表>>>d[0](1,3) #调用第一个函数4>>>d[1](1,3) #调用第二个函数3也可使用def定义的函数来创建列表，示例代码如下。>>>defadd(a,b): #定义求和函数...returna+b...>>>deffac(n): #定义求阶乘函数...ifn==0:...return1...else:...returnn*fac(n-1)>>>d=[add,fac] #建立函数列表>>>d[0](1,2) #调用求和函数3>>>d[1](5) #调用求阶乘函数120>>>d=(add,fac) #建立包含函数列表的元组对象>>>d[0](2,3) #调用求和函数5>>>d[1](5) #调用求阶乘函数120Python还允许使用字典来建立函数映射，示例如下。>>>d={'求和':add,'求阶乘':fac}#用函数add和fac建立函数映射>>>d['求和'](1,2) #调用求和函数3>>>d['求阶乘'](5) #调用求阶乘函数1206.1.8程序设计方法简介程序设计方法是思考、设计、编写程序的方法，也可称为编程范式。编程范式主要分为两大范式：命令式编程范式、声明式编程范式。这两大范式衍生出最基本的面向过程范式、面向对象范式、函数式范式和逻辑式范式4种子编程范式。面向过程范式和面向对象范式属于命令式编程范式，函数式范式和逻辑式范式属于声明式编程范式。Python支持面向过程范式、面向对象范式、函数式范式等多种子编程范式。1．面向过程范式面向过程范式也称过程式编程，是一种基于计算过程或运算流程的编程范式。过程式编程将计算任务描述为操作流程或步骤，逐步实现操作流程或步骤所要求的计算功能。面向过程程序是由多个过程组合而成的，其中包含顺序、分支和循环等程序控制结构。2．面向对象范式面向对象范式用类来表示实体，对象是类的实例。数据和操作被封装在对象中，数据是对象的数据成员，操作是对象的方法成员。执行方法时，对象根据来自方法的消息执行相应的计算，以实现交互并完成任务。3．函数式范式函数式范式是一种基于递归函数计算理论的范式，其程序由一系列函数组成，执行程序便是计算这些函数并对表达式求值。例如，Python中的list(map(lambdax:x*2,range(4))表达式通过多个函数调用生成列表[0,2,4,6]。Python还支持一种新的编程范式——生态式编程。Python通过数量庞大的第三方库，构成了一个覆盖众多应用领域的计算生态。在程序中，通过使用第三方库，只需要简单的程序代码即可实现功能复杂的应用程序。任务6-2：测试变量作用域【任务目标】运行下面的程序，关注程序中全局变量和本地变量的值。#test6_07.py：测试变量作用域a=10#赋值，创建全局变量defshow():a=100#赋值，创建本地变量print('inshow():a=',a)#输出本地变量ashow()print('全局变量:a=',a)#输出全局变量a【任务实施】演示过程……6.2变量的作用域变量的作用域是变量的可使用范围，也称为变量的命名空间。在第一次给变量赋值时，Python创建变量，变量创建的位置决定了变量的作用域。本节主要内容：作用域分类global语句nonlocal语句6.2.1作用域分类Python中变量的作用域可分为4种：本地作用域、函数嵌套作用域、文件作用域和内置作用域，如图所示本地作用域：没有内部函数时，函数体为本地作用域。函数内通过赋值创建的变量、函数参数的作用域都为本地作用域。函数嵌套作用域：包含内部函数时，函数体为函数嵌套作用域。文件作用域：程序文件（也称模块文件）的内部为文件作用域。内置作用域：Python运行时的环境为内置作用域，它包含Python的各种内置的变量和函数。内置作用域和文件作用域可称为全局作用域。根据作用域范围大小，通常将变量分为两种：全局变量和本地变量。在内置作用域和文件作用域内定义的变量都属于全局变量（函数则可称为全局函数）。在函数嵌套作用域和本地作用域内定义的变量都属于本地变量，本地变量也可称为局部变量（函数则可成为本地函数或局部函数）。考察下面的代码：#文件作用域a=10 #a是全局变量defadd(b): #参数b是函数add内的本地变量

c=a+b #c是函数add内的本地变量，a是函数外部的全局变量

returncprint(add(5)) #调用函数该程序在运行过程中，会创建4个变量：a、b、c和add，a和add是文件作用域内的全局变量，b和c是函数add内部的本地变量。另外该程序还用到了print这个内置函数，它是内置作用域中的全局变量。作用域外的变量与作用域内的变量名称相同时，以“本地”优先原则，此时外部的变量被屏蔽——称为作用域隔离原则。>>>a=10 #赋值，创建全局变量a>>>defshow():...a=100 #赋值，创建本地变量a...print('inshow():a=',a) #输出本地变量a...>>>show()inshow():a=100>>>a #输出全局变量a106.2.2global语句在函数内部给变量赋值时，默认情况下该变量为本地变量。为了在函数内部给全局变量赋值，Python提供了global语句，用于在函数内部声明全局变量示例代码如下。>>>defshow():...globala #声明a是全局变量...print('a=',a) #输出全局变量a...a=100 #给全局变量a赋值...print('a=',a)>>>a=10>>>show()a=10a=100>>>a1006.2.3nonlocal语句作用域隔离原则同样适用于嵌套函数。在嵌套函数内使用与外层函数同名的变量时，若该变量在嵌套函数内没有被赋值，则该变量就是外层函数的本地变量示例代码如下。>>>deftest():...a=10 #创建test函数的本地变量a...defshow():...print('inshow(),a=',a) #使用test函数的本地变量a...show()...print('intest(),a=',a) #使用test函数的本地变量a...>>>test()inshow(),a=10intest(),a=10修改上面的代码，在嵌套函数show()内为a赋值，代码如下。>>>deftest():...a=10 #创建test函数的本地变量a...defshow():...a=100 #创建show函数的本地变量a...print('inshow(),a=‘,a) #使用show函数的本地变量a...show()...print('intest(),a=',a) #使用test函数的本地变量a...>>>test()inshow(),a=100intest(),a=10如果要在嵌套函数内部为外层函数的本地变量赋值，Python提供了nonlocal语句。nonlocal语句与global语句类似，它声明变量是外层函数的本地变量，示例代码如下。>>>deftest():...a=10 #创建test函数的本地变量a...defshow():...nonlocala #声明a是test函数的本地变量...a=100 #为test函数的本地变量a赋值...print('inshow(),a=',a)#使用test函数的本地变量a...show()...print('intest(),a=',a) #使用test函数的本地变量a...>>>test()inshow(),a=100intest(),a=100任务6-3：调用模块中的唐诗检索函数【任务目标】参考任务5-2中的唐诗检索程序，编写一个唐诗检索函数，用文件名和唐诗名称作为参数，在文件中检索唐诗。如果检索到则返回唐诗内容，否则返回空字符串。将唐诗检索函数保存在一个程序文件中，将该文件作为模块使用，调用其中的唐诗检索函数检索指定的唐诗。【任务实施】演示过程……6.3模块模块也可称为库，是一个包含变量、函数或类的程序文件。模块中也可以包含其他各种Python语句。大型系统往往将系统功能划分为模块来实现，或者将常用功能集中在一个或多个模块文件中，然后在程序文件中导入并使用模块。Python也提供了大量内置模块，并可集成各种扩展模块。本节主要内容：导入模块导入时执行模块用import还是from重新载入模块模块搜索路径嵌套导入模块查看模块对象属性__name__属性和命令行参数隐藏模块变量6.3.1导入模块模块需要先导入，然后才能使用其中的变量、函数或者类等。可使用import或from语句导入模块，基本格式如下。import模块名称import模块名称as新名称from模块名称import导入对象名称from模块名称import导入对象名称as新名称from模块名称import*1．import语句import语句用于导入整个模块，可用as为导入的模块指定一个新名称。导入模块后，使用“模块名称.对象名称”格式来引用模块中的对象。>>>importmath #导入模块>>>math.fabs(-5) #调用模块中的函数5.0>>>math.e #使用模块中的常量2.718281828459045>>>fabs(-5) #试图直接使用模块中的函数，出错Traceback(mostrecentcalllast):File"<stdin>",line1,in<module>NameError:name'fabs'isnotdefined>>>importmathasm #导入模块并指定新名称>>>m.fabs(-5) #通过新名称调用模块函数5.0>>>m.e #通过新名称使用模块常量2.7182818284590452．from语句from语句用于导入模块中的指定对象，导入的对象可直接使用，不需要使用模块名称作为限定符，示例代码如下。>>>frommathimportfabs #从模块导入指定函数>>>fabs(-5)5.0>>>frommathimporte #从模块导入指定常量>>>e2.718281828459045>>>frommathimportfabsasf1 #导入时指定新名称>>>f1(-10)10.03．from…import*语句使用星号时，可导入模块顶层的所有全局变量和函数示例代码如下。>>>frommathimport* #导入模块顶层的全局变量和函数>>>fabs(-5) #直接使用导入的函数5.0>>>e #直接使用导入的常量2.7182818284590456.3.2导入时执行模块import和from语句在执行导入操作时，会执行导入模块中的全部语句。只有执行了模块，模块中的变量和函数才会被创建，才能在当前模块中使用。只有在第一次执行导入操作时，才会执行模块。再次导入模块时，并不会重新执行模块。import和from语句是隐性的赋值语句，两者的区别如下。Python执行import语句时：会创建一个模块对象和一个与模块文件同名的变量，并建立变量和模块对象的引用关系。模块中的全局对象作为模块对象的属性或方法使用。再次导入模块时，不会改变模块对象属性的当前值。Python执行from语句时：会同时在当前模块和被导入模块中创建同名变量，这两个变量引用同一个对象。再次导入模块时，会重新将被导入模块中变量的引用重新赋值给当前模块的变量。再次导入时，会将被导入模块的变量的初始值赋值给前模块的变量。示例代码如下。首先，创建模块文件test.py，其代码如下。x=100 #赋值，创建变量xprint('这是模块test.py中的输出！') #输出字符串defshow(): #定义函数，执行时创建函数对象

print('这是模块test.py中的show()函数中的输出！')可将test.py放在系统D盘根目录中，然后进入系统命令提示符窗口，在D盘根目录中执行python.exe进入Python交互环境D:\>python……>>>importtest #导入模块，下面的输出说明模块在导入时被执行这是模块test.py中的输出！>>>test.x #使用模块变量100>>>test.x=200 #为模块变量赋值>>>importtest #重新导入模块>>>test.x #使用模块变量，输出结果显示重新导入未影响变量的值200>>>test.show() #调用模块函数这是模块test.py中的show()函数中的输出！>>>abc=test #将模块变量赋值给另一个变量>>>abc.x #使用模块变量200>>>abc.show() #调用模块函数这是模块test.py中的show()函数中的输出！下面的代码使用from语句导入test模块。>>>fromtestimportx,show #导入模块的变量x、show这是模块test.py中的输出！>>>x #输出模块的变量的初始值100>>>show() #调用模块函数这是模块test.py中的show()函数中的输出！>>>x=200 #这里是为当前模块的变量赋值>>>fromtestimportx,show #重新导入>>>x #x的值为模块的变量的初始值100在执行from语句时，test模块的所有语句均被执行。from语句将test模块的变量x和show赋值给当前模块的变量x和show。语句“x=200”为当前模块的变量x赋值，不会影响test模块的变量x。在重新导入时，当前模块变量x被重新赋值为test模块的变量x的值。6.3.3用import还是from在使用import语句导入模块时，模块的变量使用“模块名.”作为限定符，所以不存在歧义，即使导入模块的变量与其他模块的变量同名也没有关系。在使用from语句导入模块时，就需要注意多个模块中是否存在同名变量的情况。1．使用模块内的可修改对象使用from导入模块时，可以直接使用变量引用模块中的对象，从而避免输入“模块名.”作为限定词。这种便利有时也会遇到麻烦。在下面的模块test3.py中，变量x引用了整数对象100（100是不可修改对象），y引用了一个可修改的列表对象。x=100 #赋值，创建整数对象100和变量x，变量x引用整数对象100y=[10,20] #赋值，创建列表对象[10,20]和变量y，变量y引用列表对象下面的代码使用from导入模块test3。>>>x=10 #创建当前模块的变量x>>>y=[1,2] #创建当前模块的变量y>>>fromtest3import* #引用模块中的x和y>>>x,y #输出结果显示确实引用了模块中的对象(100,[10,20])>>>x=200 #赋值，使当前模块的变量x引用整数对象200>>>y[0]=['abc'] #修改第一个列表元素，此时会修改模块中的列表对象>>>importtest3 #再次导入模块>>>test3.x,test3.y #输出结果显示模块中的列表对象已被修改(100,[['abc'],20])2．使用from导入两个模块中的同名变量在下面的两个模块test4.py和test5.py中包含了同名的变量。#test4.pydefshow():print('outintest4.py’)#test5.pydefshow():print('outintest5.py')当两个模块存在同名变量时，使用from语句导入模块会导致变量名冲突，示例代码如下。>>>fromtest4importshow>>>fromtest5importshow>>>show()outintest5.py>>>fromtest5importshow>>>fromtest4importshow>>>show()outintest4.py当两个模块存在同名变量时，应使用import语句导入模块，示例代码如下。>>>importtest4>>>importtest5>>>test4.show()outintest4.py>>>test5.show()outintest5.py6.3.4重新载入模块再次使用import或from语句导入模块时，不会重新执行模块代码，所以不会改变模块中变量的值。Python在importlib模块中提供的reload()函数，它可重新载入模块（即执行模块代码），从而改模块中变量的值。reload()函数用模块名称作为参数，所以只能重新载入使用import语句导入的模块。如果要重新载入的模块还没有导入，执行reload()函数会出错>>>importtest #导入模块，模块代码被执行这是模块test.py中的输出！>>>test.x100>>>test.x=200>>>importtest #再次导入>>>test.x #再次导入没有改变当前值200>>>fromimpimportreload #导入reload函数>>>reload(test) #重载模块，可以看到模块代码被再次执行这是模块test.py中的输出！<module'test'from'D:\\Python35\\test.py'>>>>test.x #因为模块代码再次执行，x恢复为初始值1006.3.5模块搜索路径在导入模块时，Python会执行下列3个步骤。（1）搜索模块文件：在导入模块时，Python按特定的路径搜索模块文件。（2）必要时编译模块：找到模块文件后，Python会检查文件的时间戳。如果字节码文件比源代码文件旧（即源代码文件作了修改），Python就会执行编译操作，生成最新的字节码文件。如果字节码文件是最新的，则跳过编译环节。如果在搜索路径中只发现了字节码，而没有发现源代码文件，则直接加载字节码文件。如果只有源代码文件，Python会执行编译操作，生成字节码文件。（3）执行模块：执行模块的字节码文件。在导入模块时，不能在import或from语句中指定模块文件的路径，只能依赖于Python搜索路径。可使用标准模块sys的path属性来查看当前搜索路径设置，示例代码如下。>>>importsys>>>sys.path['','D:\\Python35\\python35.zip','D:\\Python35\\DLLs','D:\\Python35\\lib','D:\\Python35','D:\\Python35\\lib\\site-packages']第一个空字符串表示Python当前工作目录。Python按照先后顺序依次搜索path列表中的路径。如果在path列表的所有路径中均未找到模块，则导入操作失败。通常，sys.path由4部分设置组成。（1）Python的当前工作目录（可用os模块中的getcwd()函数查看当前目录名称）。（2）操作系统的环境变量PYTHONPATH中包含的目录（如果存在）。（3）Python标准库目录。（4）任何pth文件包含的目录（如果有存在）。Python按照上面的顺序搜索各个目录。pth文件通常放在Python安装目录中，文件名可以任意，例如searchpath.pth。在pth文件中，每个目录占一行，可包含多个目录，示例代码如下。C:\myapp\helloD:\pytemp\src在Windows10系统中配置环境变量PYTHONPATH。演示：sys.path列表在程序启动时，自动进行初始化。可在代码中对sys.path列表执行添加或删除操作>>>fromsysimportpath #导入path变量>>>path #显示当前搜索路径列表……>>>delpath[1] #删除第二个搜索路径>>>path……>>>path.append(r'D:\temp') #添加一条搜索路径>>>path……6.3.6嵌套导入模块Python允许任