Python实用案例编程入门:第五章函数和类

off999 2024-09-21 20:49 52 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)