第二章 python基础（二）

第九节 函数

• 函数就是完成特定功能的一个语句组，这组语句可以作为一个单位使用，并且给它取一个名字。

• 可以通过函数名在程序的不同地方多次执行（这通常叫做函数调用），却不需要在所有地方都重复编写这些语句。

自定义函数

• 用户自己编写的

预定义的Python函数

• 系统自带的一些函数，还有一些和第三方编写的函数，如其他程序员编写的一些函数，对于这些现成的函数用户可以直接拿来使用。

为什么使用函数

• 降低编程的难度
  • 通常将一个复杂的大问题分解成一系列更简单的小问题，然后将小问题继续划分成更小的问题，当问题细化为足够简单时，我们将可以分而治之。这时，我们可以使用函数来处理特定的问题，各个小问题解决了，大问题也就迎刃而解了。
• 代码重用
  • 我们定义的函数可以在一个程序的多个位置使用，也可以用于多个程序。此外，我们还可以把函数放到一个模块中供其他程序员使用，同时，我们也可以使用其他程序定义的函数。这就避免了重复劳动，提供了工作效率。

函数定义和调用

• 当我们自己定义一个函数时，通常使用def语句，其语法形式如下所示：

  def 函数名 (参数列表): #可以没有参数函数体
  
  def add(a, b):
      print a + b

• 调用函数的一般形式是：

  函数名（参数列表）
  
  add(1, 2)

形式参数和实际参数

• 在定义函数时函数后面圆括号中的变量名称叫做“形式参数”，或简称为“形参”

• 在调用函数时，函数名后面圆括号中的变量名称叫做“实际参数”，或简称为“实参”

缺省参数（默认参数）

• 默认参数只能从右至左给定，如果需要第一个参数给默认值，其他参数不给，那么把第一个参数移到最后一个即可。

  def add(a, b = 2):
      print a + b
  
  add(3)                  #result : 5

局部变量和全局变量

• Python中的任何变量都有其特定的作用域。

• 在函数中定义的变量一般只能在该函数内部使用，这些只能在程序的特定部分使用的变量我们称之为局部变量。

• 在一个文件顶部定义的变量可以供该文件中的任何函数调用，这些可以为整个程序所使用的变量称为全局变量。

  x = 100         #全局变量，可以在文件任何地方调用
  
  def func():
      x = 200     #局部变量，只能在函数内部调用
      print x
  
  func()          #输出200
  print x         #输出100

global语句

• 强制声明为全局变量

  x = 100
  
  def func():
      global x    #强制声明x为全局变量,导致值被覆盖
      x = 200
  
  func()
  print x         #输出200

函数返回值

• 函数被调用后会返回一个指定的值

• 函数调用后默认返回None

• return返回值

• 返回值可以是任意类型

• return执行后，函数终止

• 区分返回值和打印

  def add(a, b):
      return a + b
  
  ret = add(1, 2)     #将函数返回结果赋值给变量ret
  print ret           #输出3

向函数传入元组和字典

• func (*args)

  def func(x, y):
      print x, y
  
  t = (1, 2)
  func(*t)

• func (**kw)

  def func(name='jack', age=30):
      print name,age
  
  d = {'age': 22, 'name' : 'mike'};
  func(**d)

处理多余实参

• def func(*args, **kw)

  def func(x, *args, **kw):
      print x
      print args
      print kw
  
  func(1, 2, 3, 4, 5, y=10, z=20)
  
  #输出
  1
  (2, 3, 4, 5)
  {'y': 10, 'z': 20}

lambda表达式

• 匿名函数

  • lambda函数是一种快速定义单行的最小函数，是从Lisp借用来的，可以用在任何需要函数的地方。

    lambda x,y:x*y

  • 使用Python写一些执行脚本时，使用lambda可以省去定义函数的过程，让代码更加精简。
  • 对于一些抽象的，不会别的地方再复用的函数，有时候给函数起个名字也是个难题，使用lambda不需要考虑命名的问题。

  • 使用lambda在某些时候让代码更容易理解。

lambda基础

• lambda语句中，冒号前是参数，可以有多个，用逗号隔开，冒号右边的返回值。lambda语句构建的其实是一个函数对象

  g = lambda x:x**2
  print g
  <function <lambda> at 0x0000000002643A58>

lambda应用实例

• reduce为逐次操作list里的每项，接收的参数为2个，最后返回的为一个结果。

  sum = reduce(lambda x,y:x*y, range(1,6))
  print sum

switch语句

• switch语句用于编写多分支结构的程序，类似与if...elif...else语句。
• switch语句表达的分支结构比if...elif...else语句表达的更清晰，代码的可读性更高。
• 但是python并没有提供switch语句

switch实现

• python可以通过字典实现switch语句的功能。
• 实现方法分为两步
  • 首先，定义一个字典
  • 其次，调用字典的get()获取相应的表达式

函数调用

• 通过字典调用函数

  def add(a, b):
      return a + b
  
  def sub(a, b):
      return a - b
  
  def mul(a, b):
      return a * b
  
  def div(a, b):
      return a / b
  
  operator = {'+': add, '-': sub, '*': mul, '/': div}     #通过字典实现switch语句的功能
  
  def calc(a, o, b):
      return operator.get(o)(a, b)
  
  print calc(4, '+', 2)
  print calc(4, '-', 2)
  print calc(4, '*', 2)
  print calc(4, '/', 2)

第十节 内置函数

help函数可以用来查看函数的用法

help(range)

#输出结果
Help on built-in function range in module __builtin__:

range(...)
    range(stop) -> list of integers
    range(start, stop[, step]) -> list of integers

    Return a list containing an arithmetic progression of integers.
    range(i, j) returns [i, i+1, i+2, ..., j-1]; start (!) defaults to 0.
    When step is given, it specifies the increment (or decrement).
    For example, range(4) returns [0, 1, 2, 3].  The end point is omitted!
    These are exactly the valid indices for a list of 4 elements.

常用函数

• abs(number): 绝对值
• max(iterable[, key=func]): 最大值
• min(iterable[, key=func]): 最小值
• len(collection): 取得一个序列或集合的长度
• divmod(x, y): 求两个数的商和模，返回一个元组(x//y, x%y)
• pow(x, y[, z]): 求一个数的幂运算
• round(number[, ndigits]): 对一个数进行指定精度的四舍五入
• callable(object): 判断一个对象是否可调用
• isinstance(object, class-or-type-or-tuple)：判断对象是否为某个类的实例
• cmp(x, y): 比较两个数或字符串大小
• range(start [,stop, step]): 返回一个范围数组，如range(3), 返回[0,1,2]
• xrange(start [,stop, step]): 作用与range相同，但是返回一个xrange生成器，当生成范围较大的数组时，用它性能较高

类型转换函数

• type()

  type(object) -> the object's type
  type(name, bases, dict) -> a new type

• int()

  int(x=0) -> int or long
  int(x, base=10) -> int or long

• long()

  long(x=0) -> long
  long(x, base=10) -> long

• float()

  float(x) -> floating point number

• complex()

  complex(real[, imag]) -> complex number

• str()

  str(object='') -> string

• list()

  list() -> new empty list
  list(iterable) -> new list initialized from iterable's items

• tuple()

  tuple() -> empty tuple
  tuple(iterable) -> tuple initialized from iterable's items

• hex()

  hex(number) -> string

• oct()

  oct(number) -> string

• chr()

  chr(i) -> character

• ord()

  ord(c) -> integer

string函数

• str.capitalize()

  >>> s = "hello"
  >>> s.capitalize()
  'Hello'

• str.replace()

  >>> s = "hello"
  >>> s.replace('h', 'H')
  'Hello'

• str.split()

  >>> ip = "192.168.1.123"
  >>> ip.split('.')
  ['192', '168', '1', '123']

序列处理函数

• len()

  >>>l = range(10)
  >>> len(l)
  10

• max()

  >>>l = range(10)
  >>> max(l)
  9

• min()

  >>>l = range(10)
  >>> min(l)
  0

• filter()

  >>>l = range(10)
  >>> filter(lambda x: x>5, l)
  [6, 7, 8, 9]

• zip()

  >>> name=['bob','jack','mike']
  >>> age=[20,21,22]
  >>> tel=[131,132]
  >>> zip(name, age)
  [('bob', 20), ('jack', 21), ('mike', 22)]
  >>> zip(name,age,tel)
  [('bob', 20, 131), ('jack', 21, 132)]       #如果个数不匹配会被忽略

• map()

  >>> map(None, name, age)
  [('bob', 20), ('jack', 21), ('mike', 22)]
  >>> map(None, name, age, tel)
  [('bob', 20, 131), ('jack', 21, 132), ('mike', 22, None)]       #个数不匹配时，没有值的会被None代替
  
  >>> a = [1,3,5]
  >>> b = [2,4,6]
  >>> map(lambda x,y:x*y, a, b)
  [2, 12, 30]

• reduce()

  >>> reduce(lambda x,y:x+y, range(1,101))
  5050

lambda -> 列表表达式

• map的例子，可以写成

  print map(lambda x:x*2+10, range(1,11))
  print [x*2+10 for x in range(1,11)]

• 非常的简洁，易懂。filter的例子可以写成：

  print filter(lambda x:x%3==0, range(1,11))
  print [x for x in range(1,11) if x%3 == 0]

第十一节 模块

简介

• 模块是python组织代码的基本方式
• python的脚本都是用扩展名为py的文本文件保存的，一个脚本可以单独运行，也可以导入另一个脚本中运行。当脚本被导入运行时，我们将其称为模块(module)

包

• python的模块可以按目录组织为包
• 创建一个包的步骤是：
  • 建立一个名字为包名字的文件夹
  • 在该文件夹下创建一个__init__.py文件
  • 根据需要在该文件夹下存放脚本文件、已编译扩展及子包
  • import pack.m1, pack.m2, pack.m3

模块

• 模块名与脚本的文件名相同
  • 例如我们编写了一个名为items.py的脚本，则可在另外一个脚本中用import items语句来导入它

总结

• 模块是一个可以导入的python脚本文件
• 包是一堆目录组织的模块和子包，目录下的__init__.py文件存放了包的信息

• 可以用import, import as, from import等语句导入模块和包

  #假设有一个模块名为calc.py
  import calc
  import calc as calculate
  from calc import add

第十二节 正则表达式

目标

• 掌握正则表达式的规则

案例

• 一个小爬虫

简介

• 正则表达式（或re）是一种小型的、高度专业化的编程语言，（在python中）它内嵌在python中，并通过re模块实现
  • 可以为想要匹配的相应字符串集指定规则
  • 该字符集可能包含英文语句、e-mail地址、命令或任何你想搞定的东西
  • 可以问诸如“这个字符串匹配该模式吗”
  • “在这个字符串中是否有部分匹配该模式呢？”
  • 你也可以使用re以各种试来修改或分割字符串
• 正则表达式模式被编译成一系列的字节码，然后由C编写的匹配引擎执行
• 正则表达式语言相对小型和受限（功能有限）
  • 并非所有字符串处理都能用正则表达式完成

字符匹配

• 普通字符
  • 大多数字母和数字一般都会和自身匹配
  • 如正则表达式test会和字符串"test"完全匹配

• 元字符

  .   ^   $   *   +   ?   {}  []  \   |   ()

  • []
    • 常用来指定一个字符集：[abc] [a-z]
    • 元字符在字符集中不起作用：[akm$]

    • 补集匹配不在区间范围内的字符：[^5]

      import re
      
      regExp = r't[0-9]p'
      print re.findall(regExp, 't1p t2p')

  • ^
    • 匹配行首。除非设置MULTILINE标志，它只是匹配字符串的开始。在MULTILINE模式里，它也可以匹配字符串中的每个换行。
  • $
    • 匹配行尾，行尾被定义为要么是字符串尾，要么是一个换行字符后面的任何位置。
  • \
    • 反斜杠后面可以加不同的字符以表示不同特殊意义

    • 也可以用于取消所有的元字符：\[或\\

      \d  匹配任何十进制数，它相当于[0-9]
      \D  匹配任何非数字字符，它相当于[^0-9]
      \s  匹配任何空白字符，它相当于[\t\n\r\f\v]
      \S  匹配任何非空白字符，它相当于[^\t\n\r\f\v]
      \w  匹配任何字母数字字符，它相当于[a-zA-Z0-9]
      \W  匹配任何非字母数字字符，它相当于[^a-zA-Z0-9]

  • 重复
    • 正则表达式第一功能是能够匹配不定长的字符集，另一个功能就是可以指定正则表达式的一部分的重复次数。
  • *
    • 指定前一个字符可能被匹配零次或更多次，而不是只有一次。匹配引擎会试着重复尽可能多的次数（不超过整数界定范围，20亿）
  • +
    • 表示匹配一次或更多次
    • 注意和+之间的不同：匹配零或更多次，所以可以根本不出现，而+则要求至少出现一次
  • ?
    • 匹配一次或零次，你可以认为它用于标识某事物是可选的
  • {m,n}
    • 其中m和n是十进制整数。该限定符的意思是至少有m个重复，至多到n个重复
    • 忽略m会认为下边界是0，而忽略n的结果将是上边界为无穷大（实现上是20亿）
    • {0,}等同于*，{1,}等同于+，而{0,1}则与?相同。如果可以的话，最好使用*，+或?

使用正则表达式

• re模块提供了一个正则表达式引擎的接口，可以让你将REstring编译成对象并用它们来进行匹配

• 编译正则表达式

  >>> import re
  >>> p = re.compile('ab*')
  >>> print p
  <_sre.SRE_Pattern object at 0x00000000004D1CA8>

• re.compile()也可以接受可选择的标志参数，常用来实现不同的特殊功能和语法变更

  p = re.compile('ab*', re.IGNORECASE)

反斜杠的麻烦

• 字符串前加"r"反斜杠就不会被任何特殊方式处理

字符	阶段
\section	要匹配的字符串
\section	为re.compile取消反斜杠的特殊意义
"\\section"	为"\section"的字符串实值（string literals）取消反斜杠的特殊意义

执行匹配

• 'RegexObject'实例有一些方法和属性，完整的列表可查阅Python Library Reference

方法/属性	作用
match()	决定RE是否在字符串刚开始的位置匹配
search()	扫描字符串，找到这个RE匹配的位置
findall()	找到RE匹配的所有子串，并把它们作为一个列表返回
finditer()	找到RE匹配的所有子串，并把它们作为一个迭代器返回

    如果没有匹配到的话，match()和search()将返回None。
    如果成功的话，就会返回一个'MatchObject'实例。

• MatchObject实例方法

方法/属性	作用
group()	返回被RE匹配的字符串
start()	返回匹配开始的位置
end()	返回匹配结束的位置
span()	返回一个元组包含匹配（开始，结束）的位置

• 实际程序中，最常见的作法是将'MatchObject'保存在一个变量里，然后检查它是否为None

  p = re.compile('ab*', re.I)
  m = p.match('aaaabcccccabcc')
  
  if m:
      print 'Match found : ', m.group()
  else:
      print 'No match'

模块级函数

• re模块也提供了顶级函数调用如match()、search()、sub()、subn()、split()、findall()等
• 查看模块的所有属性和方法: dir(re)

编译标志-flags

标志	含义
DOTALL, S	使.匹配包括换行在内的所有字符
IGNORECASE, I	使匹配对大小写不敏感
LOCALE, L	做本地化识别（local-aware）匹配.法语等
MULTILINE, M	多行匹配，影响^和$
VERBOSE, X	能够使用REs的verbose状态，使之被组织得更清晰易懂

charref = re.compile(r"""
(
[0-9]+[^0-9]    #Decimal form
| 0[0-7]+[^0-7] #Octal form
| x[0-9a-fA-F]+[^0-9a-fA-F] #Hexadecimal form
)
""", re.VERBOSE)

分组()

email = r"\w+@\w+(\.com|\.cn)"

一个小爬虫

• 下载贴吧或空间中所有图片

  import re
  import urllib
  
  def getHtml(url):
      page = urllib.urlopen(url)
      html = page.read()
      return html
  
  def getImg(html):
      reg = r'src="(.*?\.jpg)" width'
      imgre = re.compile(reg)
      imglist = re.findall(imgre, html)
      x = 0
      for imgurl in imglist:
          urllib.urlretrieve(imgurl, '%s.jpg' % x)
          x++
  
  getImg(getHtml(url))

第十三节 python对内存的使用

浅拷贝和深拷贝

• 所谓浅拷贝就是对引用的拷贝（只拷贝父对象）
• 所谓深拷贝就是对对象的资源的拷贝

• 解释一个例子：

  import copy
  a = [1,2,3,['a','b','c']]
  b = a
  c = copy.copy(a)
  d = copy.deepcopy(a)

第十四节 文件与目录

目标

• 文件的打开和创建
• 文件读取
• 文件写入
• 内容查找和替换
• 文件删除、复制、重命名
• 目录操作

案例

• 目录分析器
• 杀毒软件
• 系统垃圾清理工具

python文件读写

• python进行文件读写的函数是open或file
• file_handle = open(filename, mode)

模式	说明
r	只读
r+	读写
w	写入，先删除原文件，在重新写入，如果文件没有则创建
w+	读写，先删除原文件，在重新写入，如果文件没有则创建（可以写入输出）
a	写入，在文件末尾追加新的内容，文件不存在，创建之
a+	读写，在文件末尾追加新的内容，文件不存在，创建之
b	打开二进制文件。可以与r、w、a、+结合使用
U	支持所有的换行符号。"\r"、"\n"、"\r\n"

文件对象方法

• close
  • 格式
    • FileObject.close()
  • 说明
    • 关闭文件，关闭前，会将缓存中的数据先写入文件。
• readline
  • 格式
    • String = FileObject.readline([size])
  • 说明
    • 每次读取文件的一行
    • size:是指每行每次读取size个字节，直到行的末尾
• readlines
  • 格式
    • List = FileObject.readlines([size])
  • 说明
    • 多行读，返回一个列表
    • size: 每次读入size个字符，然后继续按size读，而不是每次读入行的size个字符
• read
  • 格式
    • String = FileObject.read([size])
  • 说明
    • 读出文件的所有内容，并复制给一个字符串
    • size: 读出文件的前[size]个字符，并输出给字符串，此时文件的指针指向size处
• next
  • 格式
    • FileObject.next()
  • 说明
    • 返回当前行，并将文件指针到下一行
• write
  • 格式
    • FileObject.write(string)
  • 说明
    • write和后面的writelines在写入前会是否清除文件中原来所有的数据，在重新写入新的内容，取决于打开文件的模式
• writelines
  • 格式
    • FileObject.writelines(List)
  • 说明
    • 多行写
    • 效率比write高，速度更快，少量写入可以使用write
• seek
  • 格式
    • FileObject.seek(偏移量，选项)
  • 说明
    • 选项=0时，表示将文件指针指向从文件头部到“偏移量”字节处。
    • 选项=1时，表示将文件指针指向从文件的当前位置，向向移动“偏移量”字节。
    • 选项=2时，表示将文件指针指向从文件的尾部，向前移动“偏移量”字节。
• flush
  • 格式
    • FileObject.flush()
  • 说明
    • 提交更新

文件查找和替换

• 文件查找

• cat a.txt

  hello world
  hello hello world

• 统计文件中hello的个数

  import re
  
  fp = file("a.txt", "r")
  count = 0
  for s in fp.readlines():
      li = re.findall("hello", s)
      if len(li) > 0:
          count = count + len(li)
  
  print "Search ",count," hello"
  fp.close()

• 文件内容替换
• 问题：把a.txt中的hello替换为good, 并保存结果到b.txt中

• 示例代码一：

  fp1 = file("a.txt", "r")
  fp2 = file("b.txt", "w")
  
  for s in fp1.readlines():
      fp2.write(s.replace("hello", "good"))
  
  fp1.close()
  fp2.close()

• 示例代码二：

  fp1 = file("a.txt", "r")
  fp2 = file("b.txt", "w")
  
  s = fp1.read()
  fp2.write(s.replace("hello", "good"))
  
  fp1.close()
  fp2.close()

目录操作

• 目录操作就是通过python来实现目录的创建，修改，遍历等功能
• import os
  • 目录操作需要调用os模块
  • 比如os.mkdir('/root/demo')
• 常用函数

函数	说明
mkdir(path[,mode=0777])	创建单个目录
makedirs(name,mode=511)	创建多层级目录
rmdir(path)	删除单个目录
removedirs(path)	删除多层级目录
listdir(path)	列出目录
getcwd()	取得当前目录
chdir(path)	切换目录
walk(top, topdown=True, onerror=None)

• 案例
  • 系统垃圾清除小工具
• 方式
  • 递归函数
  • os.walk()函数
    • 函数声明：os.walk(path)

    • 该函数返回一个元组，该元组有3个元素，这3个元素分别表示每次遍历的路径名，目录列表和文件列表。

      for path, dirlist, filelist in os.walk('.'):
          for filename in filelist:
              print os.path.join(path, filename)

第十五节 异常处理

异常以及异常抛出

• 异常抛出机制，为程序开发人员提供了一种在运行时发现错误，进行恢复处理，然后继续执行的能力。下面是一个异常处理实例：

  try:
      f = open('unfile.py', 'r')
  except IOError, e:
      print False,str(e)
  
  False [Errno 2] No such file or directory: 'unfile.py'

抛出机制

• 如果在运行时发生异常的话，解释器会查找相应的处理语句（称为handler）。
• 要是在当前函数里没有找到的话，它会将异常传递给上层的调用函数，看看那里能不能处理。
• 如果在最外层（全局“main”）还是没有找到的话，解释器就会退出，同时打印出traceback以便让用户找出错误产生的原因。
• 注意：虽然大多数错误会导致异常，但一个异常不一定代表错误。有时候它们只是一个警告，有时候它们可能是一个终止信号，比如退出循环等。

finally子句

• python提供try-finally子句来表述这样的情况：我们不关心捕捉到是什么错误，无论错误是不是发生，这些代码“必须”运行，比如文件关闭，释放锁，把数据库连接还给连接池等。比如：

  try:
      f = open('unfile.py', 'r')
  except Exception, e:
      print False,str(e)
  finally:
      print "exec finally"

raise抛出异常

• 到目前为止，我们只讨论了如何捕捉异常，那么如何抛出异常？

• 使用raise来抛出一个异常：

  if 'a' > 5:
      raise TypeError("Error: 'a' must be integer.")

常见的python异常

异常	描述
AssertionError	assert语句失败
AttributeError	试图访问一个对象没有的属性
IOError	输入输出异常，基本是无法打开文件
ImportError	无法引入模块或者包，基本是路径问题
IndentationError	语法错误，代码没有正确的对齐
IndexError	下标索引超出序列边界
KeyError	试图访问你字典里不存在的键
KeyBoardInterrupt	Ctrl+C被按下
NameError	使用一个还未赋予对象的变量
SyntaxError	python代码逻辑语法出错，不能执行
TypeError	传入的对象类型与要求不符
UnboundLocalError	试图访问一个还未设置的全局变量，基本上是由于另有一个同名的全局变量，导致你以为在访问
ValueError	传入一个不被期望的值，即使类型正确