Python实用案例编程入门:第五章 函数和类
off999 2024-09-21 20:49 26 浏览 0 评论
本章的主题为函数和类,在编程中比较重要的概念。
5.1 函数
Python语言提供了函数的概念,就是给代码块赋予一个名字,然后所有需要使用该代码块的地方都直接调用该代码的名字即可,就叫做函数,该名字叫函数名。这样,我们就可以通过函数名来表示该代码块所提供的功能,在任何使用的地方只需要调用该函数名即可,而不用每个使用的地方都重复该代码块。及便于重复使用已有代码,也方便调试和修改,比如我们希望修改该功能块,只需要修改该函数内的代码即可,而无需修改所有的被使用的地方。
同时呢,由于函数的使用,主程序就没有那么多代码,使主程序的结构清晰易于理解。
5.1.1 函数的定义
函数定义时需要指定一个能够描述所要做的事情的名称,Python中约定使用小写字母加下划线的形式,函数的定义如下所示。
def say_hi():
"""say hi"""
print("你好")
上面的代码片段是一个函数定义的示例,def后面跟着函数名,函数名后面必须是圆括号,圆括号后面是冒号,然后紧跟着函数的代码块。函数名称部分可以自定定义,一般采用小写字母加下划线的方式。在使用函数的时候,可以直接用函数名加圆括号即可。
say_hi()
>>>你好
该函数的定义没有参数,我们可以定义有入参的函数,让函数的功能更灵活。
def say_hi(language):
"""say hi"""
print("你好 " + language)
say_hi("Python")
say_hi("C++")
>>>你好 Python
>>>你好 C++
从上面的例子可以看出,我们可以通过say_hi()函数去对不同的语言问好,但不需要对每个语言都编写相同的代码块。
函数除了让我们代码块更容易复用之外,也能够让调用函数的主函数更加的简洁,易于阅读和修改。程序的可阅读性是非常重要的,对于编程来说,调试代码花的时间可能更多,但在调试过程中需要清楚的知道程序的逻辑和结构,而函数使代码更具模块话,用一个函数名就代替了一个功能块的好几行代码,甚至几十行,因此函数对于编程来说非常有用。
5.1.2 函数的参数及默认值
如上节所示,函数支持参数传递,这就让函数可以灵活的接收来自调用者传递的数据。
在将列表作为参数有点特殊,函数可以修改列表的内容,从而使用调用者的数据也被修改了。而其他类型的数据,函数仅仅是将数值传递给函数使用,并不会修改调用者持有的数据内容。因此,列表显得比较特殊,但我们也可以将列表作为参数传递给函数,同时也不会修改调用者持有的列表值。列表有一个称之为拷贝的方法,可以将列表的内容复制一份作为参数进行传递,比如list[:]或者copy()方法。
example_language = ['C++', 'Python']
def say_hi(languages):
"""say hi"""
for language in languages:
print("你好 " + language)
languages.append("Java")
say_hi(example_language)
print(example_language)
>>>你好 C++
>>>你好 Python
>>> ['C++', 'Python', 'Java']
有上面的代码我们可以知道,函数say_hi()修改了example_languages的值,而这可能不是我们所期望的。如上面所述,我们可以通过相应的方法来解决该问题。
example_language = ['C++', 'Python']
def say_hi(languages):
"""say hi"""
languages.append("Java")
for language in languages:
print("你好 " + language)
say_hi(example_language[:])
print(example_language)
>>>你好 C++
>>>你好 Python
>>>你好 Java
>>>['C++', 'Python']
从运行的结果来看,函数并没有修改调用者的数据,而只是函数自己内部的参数值被修改了,再看看另一种方法。
example_language = ['C++', 'Python']
def say_hi(languages):
"""say hi"""
languages.append("Java")
for language in languages:
print("你好 " + language)
say_hi(example_language.copy())
print(example_language)
>>>你好 C++
>>>你好 Python
>>>你好 Java
>>>['C++', 'Python']
函数也可以接收任意数量的参数,比如像下面代码所示。
def say_hi(*languages):
"""say hi"""
for language in languages:
print("你好 " + language)
say_hi('C++', 'Python')
>>>你好 C++
>>>你好 Python
def say_hi(*languages):
"""say hi"""
for language in languages:
print("你好 " + language)
say_hi('C++', 'Python', 'Java')
>>>你好 C++
>>>你好 Python
>>>你好 Java
从上面代码可以看出,无论入参有多少个,函数都可以通过for循环迭代逐个处理。我们再看另一个可以接收任意数量键值对的实现。
接收任意数量的键值对,代码示例如下。
def say_hi(**languages):
"""say hi"""
for language,author in languages.items():
print("你好 " + author + " and thanks your " + language)
say_hi(Cplusplus='Bjame Stroustrup', Python='Guido', Java='James')
>>>你好 Bjame Stroustrup and thanks your Cplusplus
>>>你好 Guido and thanks your Python
>>>你好 James and thanks your Java
5.1.3 函数的返回值
函数的调用者可以传递数据给函数,同样函数也可以返回数据给调用者。而返回给调用者的数据,我们称之为返回值,这样函数的功能就很全面了。既可以接受来自调用者的数据,也可以返回数据给调用者,从而完成信息交互。
下面的代码展示了函数如何返回值,及调用者如何获取函数返回值。
def say_hi(**languages):
"""say hi"""
for language,author in languages.items():
print("你好 " + author + " and thanks your " + language)
eturn "say hi to all languages successfully"
value = say_hi(Cplusplus='Bjame Stroustrup', Python='Guido', Java='James')
print(value)
>>>你好 Bjame Stroustrup and thanks your Cplusplus
>>>你好 Guido and thanks your Python
>>>你好 James and thanks your Java
>>>say hi to all languages successfully
如程序执行结果所示,函数成功的执行完后,将一个字符串作为返回值return给调用者,而调用者将该返回值存入一个变量value中。通过print函数进行打印,可以看到我们得到就是say_hi()函数的返回的值。
5.2 类
介绍完函数,我们再看看另一个更高级的内容,类。如我们在函数一节所提到的,类也是另一个将代码进行封装的技术,但类比函数更高级,类可以将数据与函数封装在一起。
5.2.1 类的定义
类是一个面向对象编程的概念,我们的程序需要模拟现实世界。而类就是用来模拟现实对象的技术基础,可以将现实中的所有事务用一个类的表示。在一个类的定义中,我们将其中函数称为方法,而将其中的数据称为属性,通过方法进行获取和修改属性,下面来看看一个简单的类定义。
class FirstClass:
sex = '女性'
def set_sex(self, value):
self.sex = value
def get_sex(self):
return self.sex
在上面的类定义中,用一个变量sex保存性别。同时,定义了两个函数分别用于修改性别和获取性别。但需要注意,类中定义的函数的第一个参数必须为self,而操作具体属性时也必须用self.来进行访问,类似于C++程序中this指针。
5.2.2 类的属性
如上面类的定义中所提及,可以在类定义是定义属性。当然,也可以在类的方法中去通过self定义属性。如下代码片段中,我们在set_sex()的方法中通过self.age定义了一个存储年龄的属性。
class FirstClass:
sex = '女性'
def set_sex(self, sex, age):
self.sex = sex
self.age = age
def get_sex(self):
return self.sex
def get_age(self):
return self.age
有了类的定义,我们试着使用该类,下面的代码中我们定义了类的对象first_obj,然后获取默认性别为女性。紧接着,我们通过方法set_sex()修改了性别和年龄,再通过方法get_sex()和get_age()获取了性别和年龄。
first_obj = FirstClass()
sex_value = first_obj.get_sex()
print(sex_value)
first_obj.set_sex('男性', 23)
sex_value = first_obj.get_sex()
age_value = first_obj.get_age()
print(sex_value, age_value)
>>>女性
>>>男性 23
通过上面的代码,我们可以看到都是在通过类的方法进行访问和修改属性。
5.2.3 类的方法
在面向对象编程中,我们只希望给用户提供必要的访问接口,也就是方法,从而隐藏具体实现和数据。我们还是通过上面的类定义来说明方法的定义和使用,定义了三个方法,set_sex()用于设置性别和年龄,get_sex()用于获取性别,而get_age()用于获取年龄,但如果用户想要单独修改年龄怎么办呢?似乎没有现成的方法,那么我们是否可以将set_sex()修改为只设置性别,再增加一个新方法去专门设置年龄呢?答案是肯定的,我们来看看下面的代码。
class FirstClass:
sex = '女性'
age = 18
def set_sex(self, sex):
self.sex = sex
def set_age(self, age):
self.age = age
def get_sex(self):
return self.sex
def get_age(self):
return self.age
上面的代码我们重新定义之前的类,新增了set_age()方法,从而使类的方法定义更加清晰简单,一个函数只做一件事。
first_obj = FirstClass()
sex_value = first_obj.get_sex()
age_value = first_obj.get_age()
print(sex_value)
first_obj.set_sex('男性')
first_obj.set_age(23)
sex_value = first_obj.get_sex()
age_value = first_obj.get_age()
print(sex_value, age_value)
>>>女性
>>>男性 23
从程序的执行结果来看,我们 并未修改程序的执行效果。
5.3 模块
Python提供了模块的机制,可以让我们将函数或者类单独存入一个Python文件中,从而隐藏具体实现。而使用者无需关注具体实现,只是简单的调用函数或者使用类即可,这样我们就可以将该模块文件共享给其他任何人使用,或者很容易的使用在自己的其他程序中。
我们只需要通过import 相应的模块文件名即可,该文件必须是Python文件,导入时只需要导入文件名,不需要加py文件后缀。
我们这里将前面的函数和类存入一个Python文件中作为模块,然后进行导入使用。
该文件名为try_module.py,其内容如下所示。
class FirstClass:
sex = '女性'
age = 18
def set_sex(self, sex):
self.sex = sex
def set_age(self, age):
self.age = age
def get_sex(self):
return self.sex
def get_age(self):
return self.age
def say_hi(**languages):
"""say hi"""
for language,author in languages.items():
print("你好 " + author + " and thanks your " + language)
return "say hi to all languages successfully"
在我们的程序中只需要import这个文件,便可以使用其中的类及函数。
import try_module
first_obj = try_module.FirstClass()
sex_value = first_obj.get_sex()
age_value = first_obj.get_age()
print(sex_value)
first_obj.set_sex('男性')
first_obj.set_age(23)
sex_value = first_obj.get_sex()
age_value = first_obj.get_age()
print(sex_value, age_value)
value = try_module.say_hi(Cplusplus='Bjame Stroustrup', Python='Guido', Java='James')
print(value)
程序执行效果如下,和不用模块时完全一样,但这里简化了程序实现,其他使用者同样只需要导入该模块文件即可。
>>>女性
>>>男性 23
>>>你好 Bjame Stroustrup and thanks your Cplusplus
>>>你好 Guido and thanks your Python
>>>你好 James and thanks your Java
>>>say hi to all languages successfully
除了直接使用import导入所有的内容,还可以通过from try_module import say_hi只导入函数say_hi()。也可以用import try_module as td给模块一个别名,或者通过from try_module import *导入所有的内容,但使用时不需要在前面加模块名。
这里给一段代码示例。
from try_module import say_hi
value = say_hi(Cplusplus='Bjame Stroustrup', Python='Guido', Java='James')
print(value)
import try_module as td
first_obj = td.FirstClass()
sex_value = first_obj.get_sex()
age_value = first_obj.get_age()
print(sex_value)
first_obj.set_sex('男性')
first_obj.set_age(23)
sex_value = first_obj.get_sex()
age_value = first_obj.get_age()
print(sex_value, age_value)
5.4 本章小结
本章我们学习了如何编写函数,将代码块以函数的形式进行定义和使用。同时也介绍了如何定义类,以及类的属性的定义,类的方法的定义及使用,从而让我们有多种手段进行代码封装和更好的复用。
最后介绍了一个Python中比较中的概念,模块。通过模块我们可以将类和函数通过文件进行管理及复用,从而便于使用。模块是Python的一个非常重要的概念,这里仅做了简单的介绍,读者可以通过其他相关资料进行学习理解。
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