Python的秘密基地--[章节3]函数与模块

第3章：函数与模块

函数与模块是Python开发中的核心部分，它们可以极大提高代码的复用性和组织性。

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3.1 函数

3.1.1 什么是函数

函数是具有名字的代码块，可以通过调用来多次使用。

# 函数定义与调用
def greet(name):
    return f"Hello, {name}!"

print(greet("Alice"))  # 输出: Hello, Alice!

3.1.2 定义函数

• 使用 def 关键字定义函数。
• 函数可以有参数和返回值。

# 一个简单的加法函数
def add(a, b):
    return a + b

print(add(3, 5))  # 输出: 8

3.1.3 参数类型

类型	描述	示例
位置参数	参数按顺序匹配	def greet(name) -> greet("Alice")
默认参数	提供默认值，可在调用时省略	def greet(name="Guest") -> greet()
可变参数	使用*args接收任意数量的位置参数	def add(*args)
关键字参数	使用**kwargs接收任意数量的关键字参数	def info(**kwargs)

# 示例代码
def info(name, age=18, *args, **kwargs):
    print(f"Name: {name}, Age: {age}")
    print(f"Additional args: {args}")
    print(f"Additional kwargs: {kwargs}")

info("Alice", 25, "Student", country="USA", hobby="reading")

3.1.4 匿名函数（Lambda表达式）

• 用于定义简单的、临时的函数。
• 使用关键字 lambda 定义。

# 示例
square = lambda x: x ** 2
print(square(5))  # 输出: 25

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3.2 作用域与闭包

3.2.1 变量作用域

• 局部变量（Local）：定义在函数内部，只在函数内有效。
• 全局变量（Global）：定义在函数外部，可在整个模块中访问。
• 作用域规则（LEGB）：
  • L：Local (函数内部)
  • E：Enclosing (嵌套函数的外部函数)
  • G：Global (模块级别)
  • B：Built-in (内置作用域)

# 示例
x = "Global"

def test_scope():
    x = "Local"
    print(x)  # 输出: Local

test_scope()
print(x)      # 输出: Global

3.2.2 闭包（Closure）

闭包是指在函数内部定义的函数可以捕获并“记住”其外部函数的变量。

# 闭包示例
def outer_func(x):
    def inner_func(y):
        return x + y
    return inner_func

add_5 = outer_func(5)
print(add_5(10))  # 输出: 15

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3.3 模块

3.3.1 什么是模块

模块是一个包含Python代码的文件，扩展名为.py。通过模块可以组织代码并实现复用。

• 内置模块：Python自带的模块（如math、os等）。
• 自定义模块：用户自己创建的模块。

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3.3.2 导入模块

导入方式	描述	示例
导入整个模块	使用 import 模块名	import math
导入模块中的指定部分	使用 from 模块名 import 成员	from math import sqrt
给模块取别名	使用 import 模块名 as 别名	import numpy as np

# 示例：使用math模块
import math
print(math.sqrt(16))  # 输出: 4.0

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3.3.3 自定义模块

1. 创建模块：
   创建一个名为my_module.py的文件，内容如下：

   def greet(name):
       return f"Hello, {name}!"
   

2. 导入模块：
   在主程序中使用该模块：

   import my_module
   print(my_module.greet("Alice"))  # 输出: Hello, Alice!
   

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3.3.4 包（Package）

包是一个包含多个模块的目录，通过在目录中添加__init__.py文件使其成为包。

1. 创建包结构：

   my_package/
   ├── __init__.py
   ├── module1.py
   └── module2.py
   

2. 使用包：

   from my_package import module1
   module1.some_function()
   

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3.4 Python中的标准库

Python自带了许多功能强大的模块和库，以下是几个常用模块的介绍：

3.4.1 math模块

提供数学运算相关的功能。

import math
print(math.pi)        # 圆周率
print(math.factorial(5))  # 阶乘

3.4.2 os模块

用于操作系统相关的功能。

import os
print(os.getcwd())   # 获取当前工作目录
os.mkdir("new_folder")  # 创建新目录

3.4.3 random模块

用于生成随机数。

import random
print(random.randint(1, 100))  # 随机整数

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小结

这一章介绍了Python函数的定义与使用、作用域的规则、模块的导入以及标准库的功能。通过掌握这些内容，可以更高效地编写模块化代码。