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扣丁学堂十分钟带你掌握Python基础知识

菜鸟
2020-12-16 16:54:54     打赏

对于Python编程的学习还是存在一定的难度,今天就让我们从多个角度来学习Python基础知识,快速入门Python行列。

一、函数基础

简单地说,一个函数就是一组Python语句的组合,它们可以在程序中运行一次或多次运行。Python中的函数在其他语言中也叫做过程或子例程,那么这些被包装起来的语句通过一个函数名称来调用。

有了函数,我们可以在很大程度上减少复制及粘贴代码的次数了(相信很多人在刚开始时都有这样的体验)。我们可以把相同的代码可以提炼出来做成一个函数,在需要的地方只需要调用即可。那么,这样就提高了代码的复用率了,整体代码看起来比较简练,没有那么臃肿了。函数在Python中是最基本的程序结构,用来最大化地让我们的代码进行复用;与此同时,函数可以把一个错综复杂的系统分割为可管理的多个部分,简化编程、代码复用。

接下来我们看看什么是函数,及函数该如何定义。有两种方式可以进行函数的定义,分别是def及lambda关键字。

1.函数定义

先总结一下为什么要使用函数?

代码复用最大化及最小化冗余代码;

过程分解(拆解)。把一个复杂的任务拆解为多个小任务。

函数定义的语法为:

deffunc_name(arg1,arg2,arg3,...,argN):

statement

returnvalue

根据上面定义,可以简单地描述为:Python中的函数是具有0个或多个参数,具有若干行语句并且具有返回值(返回值可有可无)的一个语句块(注意缩进)。

那么我们就定义一个比较简单的函数,该函数没有参数,进入ipython交互式环境:

In[1]:defhello():

...:print('Leavemealone,theworld')

...:

调用(执行)该函数:

In[2]:hello()

Leavemealone,theworld

我们发现hello()函数并没有return语句,在Python中,如果没有显式的执行return语句,那么函数的返回值默认为None。

我们说过,定义函数有两种形式,另外一种形式是使用lambda来定义。使用lambda定义的函数是匿名函数,这个我们在后面的内容进行讲解,这里暂且不表。

二、函数参数

定义函数的时候,我们把参数的名字和位置确定下来,函数的接口定义就完成了。对于函数的调用者来说,只需要知道如何传递正确的参数,以及函数将返回什么样的值就够了,函数内部的复杂的逻辑被封装起来,调用者无需了解。

Python的函数定义非常简单,但灵活度却非常大。除了正常定义的必选参数外,还可以使用默认参数、可变参数和关键字参数,使得函数定义出来的接口,不但能处理复杂的参数,还可以简化调用者的代码。

1.默认参数

默认参数使得API简洁,但不失灵活性。当一个参数有默认值时,调用时如果不传递此参数时,会使用默认值。

definc(init,step=1):

returninit+step

#调用一下这个函数

>>>inc(3)

4

>>>inc(3,2)

5

默认参数有一个坑,就是非默认参数要放到默认参数的前面(不然Python的解释器会报语法错误)。允许有多个默认参数,但默认参数需要放在参数列表的最后面。

defappend(x,lst=[]):

returnlst.append(x)

此函数有问题。(函数中的形参是全局变量?lst在append函数中叫lst,但在全局作用域中,我们不知道lst具体叫什么名字。)

修改之后的函数为:

defappend(x,lst=None):

iflstisNone:

lst=[]

lst.append(x)

returnlst

通常来说,当默认参数是可变的时候,需要特别注意作用域的问题,我们需要上述的技巧(不可变的数据类型是值传递,可变的数据类型是引用传递。)。目前可变的对象为list,dict,set,bytearray。

默认参数很有用,但使用不当,也会掉坑里。默认参数有个最大的坑,演示如下:

#先定义一个函数,传入一个list,添加一个END再返回

defadd_end(L=[]):

L.append('END')

returnL

当我们正常调用时,结果似乎不错:

>>>add_end([1,2,3])

[1,2,3,'END']

>>>add_end(['x','y','z'])

['x','y','z','END']

当我们使用默认参数调用时,一开始结果也是对的:

>>>add_end()

['END']

但是,再次调用add_end()时,结果就不对了:

>>>add_end()

['END','END']

>>>add_end()

['END','END','END']

原因解释如下:

Python函数在定义的时候,默认参数L的值就被计算出来了,即[],因为默认参数L也是一个变量,它指向对象[],每次调用该函数,如果改变了L的内容,则下次调用时,默认参数的内容就变了,不再是函数定义时的[]了。

所以,定义默认参数要牢记一点:默认参数必须指向不变对象!

要修改上面的例子,我们可以用None这个不变对象来实现:

defadd_end(L=None):

ifLisNone:

L=[]

L.append('END')

returnL

为什么要设计str、None这样的不变对象呢?因为不变对象一旦创建,对象内部的数据就不能修改,这样就减少了由于修改数据导致的错误。此外,由于对象不变,多任务环境下同时读取对象不需要加锁,同时读一点问题都没有。我们在编写程序时,如果可以设计一个不变对象,那就尽量设计成不变对象。

2.位置参数

我们先写一个计算x^2的函数:

defpower(x):

returnx*x

对于power(x)函数,参数x就是一个位置参数。当我们调用power函数时,必须传入有且仅有的一个参数x:

>>>power(5)

25

>>>power(15)

225

现在,如果我们要计算x^3怎么办呢?可以再定义一个power3函数,但是如果要计算x^4、x^5、x^n,怎么办?我们不可能定义无限多个函数,我们可以把power(x)修改为power(x,n),用来计算x^n,说写就写:

defpower(x,n):

s=1

whilen>0:

n=n-1

s=s*x

returns

3.关键字参数

可变参数允许我们传入0个或任意个参数,这些可变参数在函数调用时自动组装为一个tuple。而关键字参数允许你传入0个或任意个含参数名的参数,这些关键字参数在函数内部自动组装为一个dict。示例如下:

defperson(name,age,**kwargs):

print('name:',name,'age:',age,'other:',kwargs)

函数person除了必选参数name和age外,还接受关键字参数kwargs。在调用该函数时,可以只传入必选参数:

>>>person('LavenLiu',25)

name:LavenLiuage:25other:{}

也可以传入任意个数的关键字参数:

>>>person('LavenLiu',25)

name:LavenLiuage:25other:{}

>>>person('Taoqi',25,city='Hebei')

name:Taoqiage:25other:{'city':'Hebei'}

>>>person('James',31,gender='M',job='NBAplayer')

name:Jamesage:31other:{'gender':'M','job':'NBAplayer'}

关键字参数有什么用?它可以扩展函数的功能。比如,在person函数里,我们保证能接收到name和age这两个参数,但是,如果调用者愿意提供更多的参数,我们也能收到。试想你正在做一个用户注册的功能,除了用户名和年龄是必填项外,其他都是可选项,利用关键字参数来定义这个函数就能满足注册的需求。

和可变参数类似,也可以先组装出一个dict,然后,把该dict转换为关键字参数传进去:

>>>kwargs={'city':'Hebei','job':'Test'}

>>>person('Taoqi',25,**kwargs)

name:Taoqiage:25other:{'city':'Hebei','job':'Test'}

4.位置参数和关键字参数

位置参数和关键字参数是函数调用时的概念。

当默认参数和关键字参数结合起来用的时候,很有用。

关键字参数必须写在位置参数之后,否则会抛出语法错误。

defminus(x,y):

returnx-y

minus(3,5)#位置参数,位置传参

minus(5,3)#位置参数,位置传参

minus(x=5,y=3)#关键字参数,关键字传参

minus(y=3,x=5)#关键字参数,关键字传参

位置参数和关键字参数可以共存,但是关键字参数必须写到位置参数之后。

5.可变位置参数

可变位置参数用*定义,在函数体内,可变位置参数是一个元组。

可变位置参数。

In[1]:deffn(*args):

...:print(args)

...:

In[2]:fn((1,2,3,4))

((1,2,3,4),)

In[3]:tup01=(1,2,3,4)

In[4]:fn(tup01)

((1,2,3,4),)

In[5]:fn(*tup01)

(1,2,3,4)

在python的函数中,还可以定义可变参数。可变参数就是传入的参数个数是可变的。

In[6]:defcacl(*numbers):

...:sum=0

...:forninnumbers:

...:sum=sum+n*n

...:returnsum

...:

In[7]:nums=[1,2,3]

In[8]:cacl(*nums)#这里如果不在nums前面加*,有问题吗?

Out[8]:14

6.可变关键字参数

可变关键字参数使用**定义,在函数体内,可变关键字参数是一个字典。可变关键字参数的key都是字符串,并且符合标识符定义规范。

deffn(**kwargs):

print(kwargs)

dict01={'name':'LavenLiu','age':29}

fn(**dict01)

#fn(dict01)

fn(name='LavenLiu',age=29)

{'name':'LavenLiu','age':29}

{'name':'LavenLiu','age':29}

可变位置参数只能以位置参数的形式调用

可变关键字参数只能以关键字参数的形式调用

可变位置参数必须在可变关键字参数之前

In[18]:deffn(*args,**kwargs):

...:print(args)

...:print(kwargs)

...:

In[19]:fn(1,2,3,a=1,b=2)

(1,2,3)

{'a':1,'b':2}

In[20]:deffn(*args,x,y):

...:print(args)

...:print(x,y)

...:

In[21]:fn(1,2,3,4)


TypeErrorTraceback(mostrecentcalllast)

<ipython-input-21-0ab4fbc96a17>in<module>()

---->1fn(1,2,3,4)

TypeError:fn()missing2requiredkeyword-onlyarguments:'x'and'y'

In[22]:fn(1,2,x=3,y=4)

(1,2)

34

可变参数后置

可变参数不和默认参数一起出现

7.参数组合

在Python中定义函数,可以用必选参数、默认参数、可变参数和关键字参数,这4种参数都可以一起使用,或者只用其中某些,但是请注意,参数定义的顺序必须是:必选参数、默认参数、可变参数和关键字参数

比如定义一个函数,包含上述4种参数:

>>>deffunc(a,b,c=0,*args,**kwargs):

...print('a=',a,'b=',b,'c=',c,'args=',args,'kwargs=',kwargs)

在函数调用的时候,Python解释器自动按照参数位置和参数名把对应的参数传进去。

>>>func(1,2)

a=1b=2c=0args=()kwargs={}

>>>func(1,2,c=3)

a=1b=2c=3args=()kwargs={}

>>>func(1,2,3,'a','b')

a=1b=2c=3args=('a','b')kwargs={}

>>>func(1,2,3,'a','b',x=99)

a=1b=2c=3args=('a','b')kwargs={'x':99}

>>>

最神奇的是通过一个tuple和dict,我们也可以调用该函数:

>>>args=(1,2,3,4)

>>>kwargs={'x':99}

>>>func(*args,**kwargs)

a=1b=2c=3args=(4,)kwargs={'x':99}

所以,对于任意函数,都可以通过类似func(*args,**kwargs)的形式调用它,无论它的参数是如何定义的。

8.参数解构

参数解构发生在函数调用时,可变参数发生函数定义的时候。参数解构分为两种形式,一种是位置参数解构,另一种是关键字参数解构。

参数结构的两种形式:

位置参数解构,使用一个星号。解构的对象为可迭代对象,解构的结果为位置参数。

关键字参数解构,使用两个星号。解构的对象为字典,解构的结果为关键字参数。

位置参数解构的一个例子:

In[23]:deffn(a,b,c):

...:print(a,b,c)

...:

In[24]:lst=[1,2,3]

In[25]:fn(lst[0],lst[1],lst[2])

123

#也可以进行如下形式的调用

In[26]:fn(*lst)#这种做法就叫参数解构

123

#*号可以把线性结构解包成位置参数

lst=[1,2,3,4]

fn(*lst)#->fn(lst[0],lst[1],lst[2],lst[3])

TypeError:fn()takes3positionalargumentsbut4weregiven

#这里就报错了,本来这个函数只能接收3个位置参数,lst有四个元素,通过参数解构之后,就变成了4个参数,所以就报错了。

接下来看字典解构的例子:

In[27]:d={'a':1,'b':2,'c':3}

In[28]:fn(**d)

123

#**可以把字典解构成关键字参数

参数解构发生在函数调用时。解构的时候,线性结构的解构是位置参数,字典解构是关键字参数。

传参的顺序:位置参数,线性结构解构;关键字参数,字典解构。尽量的少的同时使用两种解构,除非你真的知道在做什么。

In[29]:deffn(a,b,c,d):

...:print(a,b,c,d)

...:

In[30]:fn(0,*[2],c=1,**{'d':3})

0213

9.参数槽(keyword-only参数)

Python3中引入的。

deffn(a,b,c):

print(a,b,c)

fn(a=1,b=2,c=3)

如果要强制传入的参数为关键字参数:

deffn(*,a,b,c):

print(a,b,c)

>>>fn(1,2,3)

Traceback(mostrecentcalllast):

File"<pyshell#17>",line1,in<module>

fn(1,2,3)

TypeError:fn()takes0positionalargumentsbut3weregiven

>>>fn(a=1,b=2,c=3)

123

#*之后的参数,必须以关键字参数的形式传递,称之为参数槽。

参数槽通常和默认参数搭配使用。

>>>deffn(a,b,*,x,y):

print(a,b)

print(x,y)

>>>fn(1,2,3,4)

Traceback(mostrecentcalllast):

File"<pyshell#23>",line1,in<module>

fn(1,2,3,4)

TypeError:fn()takes2positionalargumentsbut4weregiven

>>>fn(1,2,x=3,y=4)

12

34

>>>fn(1,2,**{'x':3,'y':4})

12

34

deffn(a,b,*):

print(a,b)

deffn(a,b,*):

...print(a,b)

File"<stdin>",line1

SyntaxError:namedargumentsmustfollowbare*

几个例子:

deffn01(*,x=1,y=5):

print(x)

print(y)

>>>fn01()

1

5

deffn02(x=1,*,y):

print(x)

print(y)

>>>fn02(y=3)

1

3

参数槽之坑:

*之后必须有参数

非命名参数有默认值时,命名参数可以没有默认值

默认参数应该在每段参数的最后

使用参数槽时,不能使用可变位置参数,可变关键之参数必须放在命名参数之后

三、高级用法

1.递归函数

在函数内部,可以调用其他函数。如果一个函数在内部调用自身本身,这个函数就是递归函数。

deffact(n):

ifn==1:

return1

returnn*fact(n-1)

使用递归函数的优点是逻辑简单清晰,缺点是过深的调用会导致栈溢出。

针对尾递归优化的语言可以通过尾递归防止栈溢出。尾递归事实上和循环是等价的,没有循环语句的编程语言只能通过尾递归实现循环。

2.匿名函数lambda

python使用lambda来创建匿名函数。

lambda只是一个表达式,函数体比def简单很多。

lambda的主体是一个表达式,而不是一个代码块。仅仅能在lambda表达式中封装有限的逻辑进去。

lambda函数拥有自己的名字空间,且不能访问自有参数列表之外或全局名字空间里的参数。

虽然lambda函数看起来只能写一行,却不等同于C或C++的内联函数,后者的目的是调用小函数时不占用栈内存从而增加运行效率。

fib=lambdan,x=0,y=1:xifnotnelsefib(n-1,y,x+y)

print(fib(20))

3.Python函数中的多态

一个操作的意义取决于被操作对象的类型:

deftimes(x,y):

returnx*y

>>>times(2,4)

>>>8

times('Python',4)#传递了与上不同的数据类型'PythonPythonPythonPython'.


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