Python学习进阶：函数及文件的使用_python有函数文件吗

*************************************************************************************************************

进阶教程是在熟悉Python基础语法以及常用数据结构的基础之上，进一步学习Python的相关知识，本部分主要涉及函数与模块、文件的操作两部分，之后，还会就Python的高阶教程，即面向对象的编程、GUI教程、多线程编程进行相关的学习和介绍。

此外，本部分内容是以《Python程序设计：任务式驱动教程》@作者：郑凯梅 这本书为基础对Python相关知识进行介绍，结合网上资料以及相关例程对Python相关知识进行解读和总结，帮助Python学习者步入面向高级的应用。

*************************************************************************************************************

#5函数与模块

函数是组织好的，可重复使用的，用来实现单一、或者相关联功能的代码段。

模块（module）是方法的集合，相当于内部函数的集合。使用import 导入，模块类型是py文件；

包（package）是一个总目录。包目录下为首的一个文件是__init__.py。

5.1函数

为提高编程效率、代码的可靠性，使用Python的函数机制，函数是一个被指定名称的代码块。在任何地方要使用该代码块时，只要提供函数的名称即可，也称为函数调用。

5.1.1函数的定义与使用

@1定义函数

一般格式如下：
def 函数名(参数列表)：
    "函数文档字符串"
    函数体
    return [表达式|值]
注意：
（1）return语句是可选的，可以在函数体内的任何地方出现，表示函数调用到此结束。
    如果没有return，则自动返回NONE，如果有return，但是没有返还值，也返回NONE
（2）函数函数名必须唯一。如果以同样的名字再定义一个函数，将会将之前的函数覆盖。

@2使用函数

函数定义不会改变程序的执行流程。函数定义中的语句不是立即执行的，而是等到函数被调用时才会被执行

函数调用格式如下：
函数名(参数列表)
注意：
（1）函数名必须是已经定义好的函数；
（2）参数列表中参数的个数和类型与函数定义中的参数一般要一一对应。另外，Python支持其他其他参数传递方式 ，详见5.1.2部分；
（3）在函数调用之前使用函数会发生错误。

5.1.2函数的参数

Python函数有两种类型的参数。一种是函数定义中出现的参数，称为形参；另一种是调用函时传入的参数，称为实参。

Python中任何东西都是对象，所以参数只支持引用传递的方式。将形参与实参指向内存中的同一个存储空间。

Python函数中，实参向形参的传递方式有4种：按位置传递参数、按默认值传递参数、按关键字传递函数和可变参数传递

@1按位置传递参数

当实际参数按照位置传递给形参时，函数调用语句中的实际参数和函数头中的形式参数按顺序一一对应，即第一个实参传递给第一个形参，第二个实参传递给第二个形参，以此类推

如果实参指向的对象是不可变的，如数值、字符串或者元组对象时，即使在函数中改变了形参的值，实参指向的对象也不会改变。

例程如下：
例1：【不可变对象传值】
def sample1(num):
    num = num +2
    return num
num =25
print(sample1(num))        #27   形参改变，返回值为27
print(num)                #25    实参不变，num认为25
 
例2：【可变对象传值】
mylist =[1,2,3,'',2019]
def sample2(list_1):
    list_1.append('hoo')                 #这里是因为append()函数的使用，所以是对可变对象传值
    print('in the function :{}'.format(list_1))        #结果是[1,2,3,'',2019, ‘hoo’]
    retun 
 
print('out the function:{}'.format(mylist))            #结果是[1,2,3,'',2019, ‘hoo’]

@2按默认值传递函数

Python中的函数也可以给一个或者多个参数（包括全部形参）指定默认值。如果在函数调用过程中省略了相应的实际参数，这些参数就使用默认值。这样，在调用时可以选择性的省略该参数。

定义默认值函数的格式如下：
def 函数名(形参1，形参2，形参3=值1，形参4=值2)：
    函数体
注意：
（1）函数调用时，除具有默认值的形参除外、其他形参必须有对应的实参传递；
（2）函数定义时，没有默认值的形参必须放在有默认值的形参之前。否则会报错

@3 按关键字传递参数

函数调用时，以"形参名=值"的形式来进行函数的调用，这种形参和实参之间的传值方式被称为关键字传值。
对应关系明确指出，所以不限制参数传递的顺序

@4可变参数传递

一般情况下，Python中用带*的参数用来接收可变数量参数的
在形参前加一个星号(*)或者两个星号（**)来指定接收可变数量参数的
格式如下：
def 函数名(形参1,形参2,....,形参n,*turpleArg, **dictArg):
    函数体
注意：
（1）不带*的是参数是普通形参。调用时可以按照位置传递、按默认值传递、或者按照关键字传递的方式；
（2）对于多余的非关键字参数，函数调用时放在元组参数turpleArg中
（3）对于多余的关键字参数，函数调用时放在字典参数dictArg中

5.1.3函数的返回值

函数的返回值可以是多个，返回值可以是数值、字符串、布尔型、列表型、元组型等任何类型的对象

Python支持一个函数返回多个结果。返回的多个值的return语句格式如下：
return[表达式1|值1],[表达式2|值2]，....,[表达式3|值3]
注意：
（1）实际返回的多个值是一个元组            #(tuple)
（2）返回一个tuple可以省略括号
（3）可以使用多个变量同时接受一个tuple，按位置赋给对应的值
例

5.1.4变量作用域

在Python中，模块（module）、类（class）以及函数（def、lambda）会引入新的作用域，而其他代码块（如if、try、for等）不会引入新的作用域，即定义在这些代码块之内的变量还是可以被访问的。

所有的变量根据作用域可以分为4种：@1L:local,局部作用域，即函数中定义的变量；@2E：enclosing，嵌套的父级函数的局部作用域，即包含次函数的上级函数的局部作用域，但不是全局的；@3G：global，全局变量，就是模块级别定义的变量；@4B：built-in，系统固定模块里面的变量，比如int、bytearray等

@1局部变量

注意：

（1）一个在def内定义的变量名能够被def内的代码使用。不能再函数的外部引用这样的变量名。

（2）def之中的变量名与def之外的变量名并不冲突。一个在def之外被赋值的变量X，与这个在def之中赋值的变量X是完全不同的。

@2全局变量

每个模块都是一个全局作用域。因此，创建于模块文件顶层的变量具有全局作用域。对于外部访问，就成了一个模块对象的属性。全局作用域的作用范围仅限于单个文件。"全局"指的是在一个文件顶层的变量名，对于这个文件而言是全局的。

【例5-8】全局变量应用。
fruit = ['apple', 'pear']
fruit1 = ['apple', 'pp']
 
def f1():
    fruit.append('banana')
    print('fruit.qppend = {}'.format(fruit))           #这个可以更改局部变量
    global fruit                    #声明：fruit是全局变量，更改的就是全局变量fruit
    fruit = 'banana'                #将全局变量fruit进行赋值
    print('global fruit is {}'.format(fruit))            #结果是banana
    fruit1 = ['banana']        #此部分是对def中的局部变量fruit1进行赋值
    print(fruit1)                #输出结果也是def作用域中的局部变量fruit1
    
f1()
print('*'*10)
print(fruit)            #此部分函数的作用域是在全局变量中，因此此print为banana
print(fruit1)           #此部分函数的作用域是在全局变量中，函数f1()中执行的fruit1只是局部变量，
                         并没有被赋值,所以输出仍为'apple','pp'
 
注意：
（1）全局变量是位于模块内部的顶层的变量名。
（2）全局变量如果是在函数内部赋值，必须经过声明。
（3）全局变量在函数内部不经过声明也可以使用。

@3变量名查找原则

Python的变量名解析机制也成为LEGB法则，具体说明如下：当在函数使用未确认的变量名时，Python搜索4个作用域：@1本地作用域（Local）;@2上一层嵌套结构中def或者lambda的本地作用域（Enclosing）；@3全局作用域(Global)；@4内置作用域（Built-in）。按上述查找原则，在第一处找到的地方停止。如果没有找到，Python报错。

【例】
x = int(10)                #Python 内置作用域 B
y = 2                      当前模块的全局变量 G
def outfunction():
    outfx = 2              #外层作用域 E
        def infunction():
            infx = 1       #局部作用域 L

5.1.5 匿名函数

在临时需要一个函数而且功能非常简单的情况下，可以使用Python提供的匿名函数定义来完成。

Python允许快速定义单行的不需要函数名字的最小函数，称为lambda()函数。它是从Lisp()语言借来的，可以用在任何需要函数得地方。

lambda()函数定义格式如下：
lambda 参数1，参数2，...:表达式
功能：lambda是一个表达式，而不是一个语句。作为一个表达式，lambda返回一个值，把结果赋值给一个变量名。
 
【例】
import os,random
def setQuestion():
    opr = {1:'+',2:'-',3:'*',4:'/'}
    num1 = random.randint(1,100)
    num2 = random.randint(1,4)
    #print('typr is{}'.format(type(num2)))
    opnum = random.randint(1,4)
    op = opr[opnum]
    result = {
        '+':lambda x,y:x+y,
        '-':lambda x,y:x-y,
        '*':lambda x,y:x*y,
        '/':lambda x,y:x/y
    }[op](num1,num2)
    result_tuple = (num1,op,num2,result)
    return result_tuple
 
print(setQuestion())

5.1.6高阶函数

在Python中，函数可以赋值给一个变量名，并且可以通过这个变量名调用函数。函数的参数可以是任何变量类型，因此这个变量也可以作为函数的参数

f1 =lambda x :[i for i in range(1,x+1) if x%i == 0]        #这部分见上对for函数的讲解
def commonFactor(n1, n2, f):
    return set(f(n1))&set(f(n2))
 
out = commonFactor(6,16,f1)
print(out)
内置高阶函数
函数格式            功能说明
map()            
filter()
reduce()
sorted()

【例】筛选素数
筛选素数的一个方法就是埃氏筛选法
（1）首先，列出从2开始的所有自然数，构造一个序列；
（2）然后，把序列中2的倍数刷掉
（3）然后，取新序列的第一个数3,它一定是素数，在把散的倍数刷掉

5.1.7函数的嵌套

def aFunc(a):
    def bFunc(b):
        return a**b
    return bFunc

5.1.8递归函数

1、递归的概念

递归就是子程序（或函数）直接调用自己，或通过一系列调用语句间接调用自己。它是一种描述问题和解决问题的基本方法。递归通常用来解决结构相似的问题

2、递归函数定义

def 递归函数名(参数表)：
    if 递归出口条件：
        return 返回值 1
    else:
        return 递归函数名（实参表）
 
【例】阶乘n！
    def jiechengFun(n):
        if n == 0:
            return 1
        else:
            return n*jiechengFun(n-1)

5.2 模块

Python应用程序是由一系列模块组成，每个PY文件就是一个模块，每个模块也是一个独立的命名空间。以此，允许在不同模块定义相同的变量名而不发生冲突。

模块的概念类似于C语言的lib库。如果要使用模块中的函数或者其他对象，必须要导入模块才可以

为避免模块名冲突，Python引入了按目录来组织模块的方法，称为包(Package)。

5.2.1模块的创建

以py作为扩展名进行保存的文件，都认为是Python的一个模块。本书之前所有的任务程序都是一个Python模块

注意：

（1）每个模块都有一个__name__属性，当其值为__main__时，表明该模块自身在运行，否则被引入。

（2）可以通过__name__属性的判断，来使程序仅在模块自身运行时执行。

#本部分是模块一的内容
print(__name__)
def func(a,b):
    return a**b
 
if(__name__ == '__main__'):
    import sys
    print('sys.argv[0] = {0}'.format(sys.argv[0]))
    #python module_1.py 5 2
    print('sys.argv[1]={0},sys.argv[2]={1}'.format(sys.argv[1],sys.argv[2]))
    a = int(sys.argv[1])
    b = int(sys.argv[2])
    print(func(a,b))
else:
    print('This is module_1')

#本部分是模块二的内容
import test11 as test111
print(test111.JieChengFunc(4))

5.2.2导入模块

通常，模块为一个文件，可以导入后使用。可以作为模块的文件类型有：.py.pyo.pyc.pyd.so.dll

Python中有三种导入模块的方法

1、import 语句导入

模块导入的格式：
 
import 模块名[,模块名1，模块名2，...，模块名n]

功能：导入模块后，就可以引用其任何公共的函数、类或者属性。

2、from-import语句导入

模块的导入语法格式：
from 模块名 import *|[对象名，对象名1,....]
功能：导入指定的函数和模块变量。如果在import之后使用*，则任何只要不是以“_”开始的对象都会被导入
注意：
（1）这种导入方式是将导入的对象直接导入到本地的命名空间，以此在访问这些对象时不需要添加模块名
 
（2）如果考虑冲突问题，必须使用import-as模块语句来避免冲突 ：import 模块名字 as 自定义小写名称
 
（3）尽量减少from-import*的使用，不利于调试

3、内建函数__import__()导入：

模块导入语法格式：
变量名 = __import__('模块名')
【例】之前的模块导入
test111 = __import__('test11')
print(test111.JieChengFunc(4))

4、Python模块搜索路径

Python在导入一个模块时，执行流程如下所述。

（1）创建一个初始值为空的模块对象。

（2）把该模块对象追加到sys.module对象中

（3）装载模块中的代码，必要时执行编译操作

事实上，上述搜索路径都包含在sys.path中。可以很方便地通过sys.path.append(新路径)

5.2.3 包

包是一个有层次的文件目录结构。每个模块对应文件，而包对应一个目录。使用标准的import和from-import语句可以导入包中的模块。  

包目录下的第一个文件是__init__.py，之后是一些模块文件和子目录。假如子目录中也有__init__.py，那么是这个包的子包。

当把一个包作为模块导入时，实际上导入的是__init__.py文件。__init__.py文件中定义了包的属性和方法，也可以是一个空文件，但是必须存在。

#6文件

到目前为止，程序中所有要输入的数据都是从键盘输入，程序运行结果输出到显示器，所有输入和输出结果都无法永久保留。Python中的文件机制，使得程序的输入输出与存储器中的文件相关联。

6.1.1文件的打开和关闭

在Python中访问文件，必须首先使用内置方法open()打开文件，创建文件对象，再利用文件对象执行读写操作。

一旦创立文件对象，该对象便会记住文件的当前位置，以便执行读写操作。这个位置称为文件的指针。凡是以r、r+、rb+的读文件方式，或者以w、w+、wb+的写文件方式打开文件的文件，初始时，文件均指向文件的头部。

@1内置方法 open()

open()的语法格式如下：
fileObject.open(file_name[,access_mode[,buffering]])
功能：打开一个文件并返回文件对象。如果文件不能打开，抛出异常OSError
参数说明：
（1）file_name变量是要访问的文件名。文件所在的路径可以使用绝对路径或者相对路径。
（2）access_mode是打开文件的模式，可以是只读、写入、追加等。此参数是可选的，默认文件访问模式为只读（r），其他模式见表
（3）buffering表示缓冲区的策略选择。若为0，不使用缓冲区，直接读写，仅在二进制模式下有效
 
模式                                描述
r                              只读方式打开一个文件
rb                             二进制方式打开一个只读文件
r+                           打开一个以存在的文件用于读写
w                     打开文件进行写入，如果文件已经存在，将其覆盖；如果文件不存在，创建新文件
wb                      以二进制打开一个文件用于写入。若已存在，将其覆盖；不存在，创建
W+                      用于读写，，，
wb+                    用于读写，，，
a                                这个会指向内容的尾指针进行写操作
ab
a+                                
ab+
 
                                    文件对象的相关属性
 
属性                                描述
closed                        如果文件已被关闭，返回True，否则返回False
mode                          返回被打开文件的访问模式
name                          返回文件名称
softspace
encoding                      返回文件编码
newlines                      返回文件用到的换行模式，是一个元组对象

【例】
import os
myfile = open("/home/pi/Code/Python/exercises/test2.py",'r+')    #绝对路径使用没问题
print('wenjainming:{}' .format(myfile.name))
print('wenjainming:{}' .format(myfile.mode))    
print('wenjainming:{}' .format(myfile.closed))            #False
print('wenjainming:{}' .format(myfile.encoding))        
myfile.close()
print('wenjainming:{}' .format(myfile.closed))            #False

6.1.2读文件

Python可以读取文本文件或二进制文件

1、read()
语法格式：
fileObject.read([count])
count参数是要读取的字节数大小，如果没有传入count，则尽可能读取更多的内容
2、readline()
fileObject.readlines([count])
把文件的每一行作为一个list的成员，并返回该list

import os
myfile = open("/home/pi/Code/Python/exercises/test2.py",'r+')
print('wenjainming:{}' .format(myfile.name))
print('wenjainming:{}' .format(myfile.mode))
print('wenjainming:{}' .format(myfile.closed))
print('wenjainming:{}' .format(myfile.encoding))
print('wenjainming:{}' .format(myfile.closed))
text = myfile.read()
print(text)
myfile.close()
myfile1 = open("/home/pi/Code/Python/exercises/Test3.py",'r+')
text = myfile1.read()
print(text)
myfile1.close()

6.1.3写文件

@1 write()方法
语法格式：
fileObject.write(str)
功能：把str写到文件中。write()并不会在str后面加上一个换行符。
参数说明：参数str是一个字符串，是要写入文件的内容。
 
@2 writelines()
fileObject.writelines(seq)
功能：把seq的内容全部写到文件中，而且不会在字符串的结尾添加换行符('\n')
 
@3 flush()方法
语法格式：
fileObject.flush()
功能：把缓冲区的内容写入硬盘

6.1.4文件的其他操作

Python的os模块提供了执行了文件处理操作的方法，比如重命名和删除文件。要是用这个模块，必须先导入它，然后才可以调用相关的功能。

@1 重命名文件

rename()方法语法格式：
os.name(oldname, newname)

@2 删除文件

remove()
os.remove(filename)
参数说明：filename是要删除的文件名

@3 清空文件

truncate()方法格式：
fileObject.truncate()
功能：清空文件对象所值文件的内容

6.1.5pickle模块

此模块实现了基本的数据序列化和反序列化的功能，使用pickle模块，需要从二进制方式读写文件

1、dump()
语法格式：
pickle.dump(obj,file,[,protol])
功能：将对象obj保存在文件file中
 
2、load()方法：
语法格式：
pickle.load(file)
功能：从file文件中读取一个字符串，并将它重构为原来的read()和readline()接口

6.2目录操作

6.2.1目录与文件操作函数

文件是由操作系统来管理的，并通过文件夹的方式的来管理大量的文件。文件除了读写操作以外，还可以进行复制、移动、删除等操作。Python中对文件、文件夹进行操作时，可以使用os模块或shutil模块

os模块中常用的方法
方法                                        功能描述
os.getcwd()                        得到当前目录，即当前Python脚本工作的目录路径
os.listdir(path)
os.remove(filename)
os.removedirs(path)
os.rename(oldname,newname)
os.exit()                            终止当前进程
 

6.2.2目录的遍历

@1 使用os.popen(command,[,mode[,bufsize]])

6.3CSV文件

CSV文件由任意数目的记录组成，记录见以某种换行符间隔；每条记录由字段组成，字段间的分隔符是其他字符或字符串，最常见的是逗号或制表符。

如下是一个CSV文件。

101，张华，女，1994-03-21,18910011231，zhanghua@126.com

102，黎明，男，1995-05021,13710023245，liming@163.com

6.3.2CSV文件的访问

CSV模块时Python的内置模块，用import语句导入后就可以使用。

1、reader()
csv.reader(csvfile,dialect = 'excel',**fmtparams)
参数说明：
（1）csvfile：必须是支持迭代的对象，可以是文件（file）对象或者列表（list）
（2）dialect 编码风格，默认是excel风格，用逗号","分隔。
（3）fmtparams 格式化参数
 
2、writer()方法
语法格式：
csv.writer(csvfile,dialect = 'excel',**fmtparams)
功能：写入CSV文件。
 
3、register_dialect()
功能：用来定义编码风格。
参数说明：
（1）name 定义编码风格的名字，默认是'excel'，可以定义成'myexcel'
（2）[dialect,] **fmtparams 编码风格格式参数，如分隔符（默认是逗号）或引号
 
4、unregister_dialect()方法
语法格式：
csv.unregister_dialect(name)
功能：用于注销自定义的编码风格
参数说明：name为自定义编码风格的名字

例程中结果如下： 

具体例程内容见下：

import csv
mywrite_list = ['1','2','3','4']
def read_csvfile():
    mylist = []    #use as a buffer not a global arg
    with open("/home/pi/Code/Python/exercises/test_CSV.txt",'r+') as csvfile1:
        csv_reader = csv.reader(csvfile1)
        for line in csv_reader:
            mylist.append(line)
        csvfile1.close()
    print(mylist)
    return mylist
    
def write_csvfile():
    with open("/home/pi/Code/Python/exercises/test_CSV.txt",'a',newline = "") as csvfile1:
        csv_writer = csv.writer(csvfile1)
        csv_writer.writerow(mywrite_list)
        
    return 
 
 
print(mylist)
 
if __name__ =='__main__':
    print('orig is {}\n'.format(read_csvfile()))
    write_csvfile()
    print('One is {}'.format(read_csvfile()))

 6.3.3Excel文件与CSV文件

CSV文件是文本形式的表格文件，Excel是备受欢迎的专业电子表格处理软件。很多表格是以Excel方式存储的。Python中可以直接导入其他相关库来操作Excel文件。这里使用xlrd模块和xlwt模块。