Python的函数基础

引子

现在老板让你写一个监控程序，24小时全年无休的监控你们公司网站服务器的系统状况，当cpu＼memory＼disk等指标的使用量超过阀值时即发邮件报警，你掏空了所有的知识量，写出了以下代码

while True：
    if cpu利用率 > 90%:
        #发送邮件提醒
        连接邮箱服务器
        发送邮件
        关闭连接
    if 硬盘使用空间 > 90%:
        #发送邮件提醒
        连接邮箱服务器
        发送邮件
        关闭连接
    if 内存占用 > 80%:
        #发送邮件提醒
        连接邮箱服务器
        发送邮件
        关闭连接

上面的代码实现了功能，但即使是邻居老王也看出了端倪，老王亲切的摸了下你家儿子的脸蛋，说，你这个重复代码太多了，每次报警都要重写一段发邮件的代码，太low了，这样干存在2个问题：

代码重复过多，一个劲的copy and paste不符合高端程序员的气质
如果日后需要修改发邮件的这段代码，比如加入群发功能，那你就需要在所有用到这段代码的地方都修改一遍

你觉得老王说的对，你也不想写重复代码，但又不知道怎么搞，老王好像看出了你的心思，此时他抱起你儿子，笑着说，其实很简单，只需要把重复的代码提取出来，放在一个公共的地方，起个名字，以后谁想用这段代码，就通过这个名字调用就行了，如下

def 发送邮件(内容)
    #发送邮件提醒
    连接邮箱服务器
    发送邮件
    关闭连接
while True：
    if cpu利用率 > 90%:
        发送邮件('CPU报警')
    if 硬盘使用空间 > 90%:
        发送邮件('硬盘报警')
    if 内存占用 > 80%:
        发送邮件('内存报警')

你看着老王写的代码，气势恢宏、磅礴大气，代码里透露着一股内敛的傲气，心想，老王这个人真是不一般，突然对他的背景更感兴趣了，问老王，这些花式玩法你都是怎么知道的？老王亲了一口你儿子，捋了捋不存在的胡子，淡淡的讲，“老夫，年少时，师从京西沙河淫魔银角大王 ”，你一听“银角大王”这几个字，不由的娇躯一震，心想，真nb,怪不得代码写的这么6, 这“银角大王”当年在江湖上可是数得着的响当当的名字，只可惜后期纵欲过度，卒于公元2017年，真是可惜了，只留下其哥哥孤守当年兄弟俩一起打下来的江山。此时你看着的老王离开的身影，感觉你儿子跟他越来越像了。。。

基本定义

函数是什么?

函数一词来源于数学，但编程中的「函数」概念，与数学中的函数是有很大不同的，具体区别，我们后面会讲，编程中的函数在英文中也有很多不同的叫法。在BASIC中叫做subroutine(子过程或子程序)，在Pascal中叫做procedure(过程)和function，在C中只有function，在Java里面叫做method。

定义: 函数是指将一组语句的集合通过一个名字(函数名)封装起来，要想执行这个函数，只需调用其函数名即可

特性:

减少重复代码
使程序变的可扩展
使程序变得易维护

语法定义

def sayhi():#函数名
    print("Hello, I'm nobody!")
sayhi() #调用函数

可以带参数

#下面这段代码
a,b = 5,8
c = a**b
print(c)
#改成用函数写
def calc(x,y):
    res = x**y
    return res #返回函数执行结果
c = calc(a,b) ＃结果赋值给c变量
print(c)

参数可以让你的函数更灵活，不只能做死的动作，还可以根据调用时传参的不同来决定函数内部的执行流程

函数参数

形参变量

只有在被调用时才分配内存单元，在调用结束时，即刻释放所分配的内存单元。因此，形参只在函数内部有效。函数调用结束返回主调用函数后则不能再使用该形参变量

实参

可以是常量、变量、表达式、函数等，无论实参是何种类型的量，在进行函数调用时，它们都必须有确定的值，以便把这些值传送给形参。因此应预先用赋值，输入等办法使参数获得确定值

默认参数

看如下代码

def stu_register(name,age,country,course):
    print("----注册学生信息------")
    print("姓名:",name)
    print("age:",age)
    print("国籍:",country)
    print("课程:",course)
stu_register("王山炮",22,"CN","python_devops")
stu_register("张叫春",21,"CN","linux")
stu_register("刘老根",25,"CN","linux")

发现 country 这个参数基本都是"CN", 就像我们在网站上注册用户，像国籍这种信息，你不填写，默认就会是中国，这就是通过默认参数实现的，把country变成默认参数非常简单

def stu_register(name,age,course,country="CN"):

这样，这个参数在调用时不指定，那默认就是CN，指定了的话，就用你指定的值。

另外，你可能注意到了，在把country变成默认参数后，我同时把它的位置移到了最后面，为什么呢？　　

关键参数

正常情况下，给函数传参数要按顺序，不想按顺序就可以用关键参数，只需指定参数名即可(指定了参数名的参数就叫关键参数)，但记住一个要求就是，关键参数必须放在位置参数(以位置顺序确定对应关系的参数)之后

def stu_register(name, age, course='PY' ,country='CN'):
    print("----注册学生信息------")
    print("姓名:", name)
    print("age:", age)
    print("国籍:", country)
    print("课程:", course)

调用可以这样

stu_register("王山炮",course='PY', age=22,country='JP' )

但绝不可以这样

stu_register("王山炮",course='PY',22,country='JP' )

当然这样也不行

stu_register("王山炮",22,age=25,country='JP' )

这样相当于给age赋值2次，会报错！

非固定参数

若你的函数在定义时不确定用户想传入多少个参数，就可以使用非固定参数

def stu_register(name,age,*args): # *args 会把多传入的参数变成一个元组形式
    print(name,age,args)
stu_register("Alex",22)
#输出
#Alex 22 () #后面这个()就是args,只是因为没传值,所以为空
stu_register("Jack",32,"CN","Python")
#输出
# Jack 32 ('CN', 'Python')

还可以有一个**kwargs

def stu_register(name,age,*args,**kwargs): # *kwargs 会把多传入的参数变成一个dict形式
    print(name,age,args,kwargs)
stu_register("Alex",22)
#输出
#Alex 22 () {}#后面这个{}就是kwargs,只是因为没传值,所以为空
stu_register("Jack",32,"CN","Python",sex="Male",province="ShanDong")
#输出
# Jack 32 ('CN', 'Python') {'province': 'ShanDong', 'sex': 'Male'}

返回值

函数外部的代码要想获取函数的执行结果，就可以在函数里用return语句把结果返回

def stu_register(name, age, course='PY' ,country='CN'):
    print("----注册学生信息------")
    print("姓名:", name)
    print("age:", age)
    print("国籍:", country)
    print("课程:", course)
    if age > 22:
        return False
    else:
        return True
registriation_status = stu_register("王山炮",22,course="PY全栈开发",country='JP')
if registriation_status:
    print("注册成功")
else:
    print("too old to be a student.")

注意

函数在执行过程中只要遇到return语句，就会停止执行并返回结果，so 也可以理解为 return 语句代表着函数的结束
如果未在函数中指定return,那这个函数的返回值为None

全局与局部变量

name = "Alex Li"
def change_name(name):
    print("before change:",name)
    name = "金角大王,一个有Tesla的男人"
    print("after change", name)
change_name(name)
print("在外面看看name改了么?",name)

输出

before change: Alex Li
after change 金角大王,一个有Tesla的男人
在外面看看name改了么? Alex Li

不用传name 值到函数里，也可以在函数里调用外面的变量

name = "Alex Li"
def change_name():
    name = "金角大王,一个有Tesla的男人"
    print("after change", name)
change_name()
print("在外面看看name改了么?", name)

但就是不能改！

在函数中定义的变量称为局部变量，在程序的一开始定义的变量称为全局变量。
全局变量作用域是整个程序，局部变量作用域是定义该变量的函数。
当全局变量与局部变量同名时，在定义局部变量的函数内，局部变量起作用；在其它地方全局变量起作用。

作用域

作用域（scope），程序设计概念，通常来说，一段程序代码中所用到的名字并不总是有效/可用的，而限定这个名字的可用性的代码范围就是这个名字的作用域。

这里不适合深入，以后再讲LEGB rule

如何在函数里修改全局变量？

name = "Alex Li"
def change_name():
    global name
    name = "Alex 又名 金角大王,路飞学城讲师"
    print("after change", name)
change_name()
print("在外面看看name改了么?", name)

global name的作用就是要在函数里声明全局变量name ，意味着最上面的name = "Alex Li"即使不写，程序最后面的print也可以打印name

嵌套函数

name = "Alex"
def change_name():
    name = "Alex2"
    def change_name2():
        name = "Alex3"
        print("第3层打印", name)
    change_name2()  # 调用内层函数
    print("第2层打印", name)
change_name()
print("最外层打印", name)

输出

第3层打印 Alex3
第2层打印 Alex2
最外层打印 Alex

此时，在最外层调用change_name2()会出现什么效果？

没错，出错了，为什么呢？

嵌套函数的用法会了，但它有什么用呢？下节课揭晓。。。

匿名函数

匿名函数就是不需要显式的指定函数名

#这段代码
def calc(x,y):
    return x**y
print(calc(2,5))
#换成匿名函数
calc = lambda x,y:x**y
print(calc(2,5))

你也许会说，用上这个东西没感觉有毛方便呀，。。。。呵呵，如果是这么用，确实没毛线改进，不过匿名函数主要是和其它函数搭配使用的呢，如下

res = map(lambda x:x**2,[1,5,7,4,8])
for i in res:
    print(i)

输出

高阶函数

变量可以指向函数，函数的参数能接收变量，那么一个函数就可以接收另一个函数作为参数，这种函数就称之为高阶函数。

def add(x,y,f):
    return f(x) + f(y)
res = add(3,-6,abs)
print(res)

只需满足以下任意一个条件，即是高阶函数

接受一个或多个函数作为输入
return 返回另外一个函数

递归

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。

def calc(n):
    print(n)
    if int(n/2) ==0:
        return n
    return calc(int(n/2))
calc(10)

输出

来看实现过程，我改了下代码

def calc(n):
    v = int(n/2)
    print(v)
    if v > 0:
        calc(v)
    print(n)
calc(10)

输出

为什么输出结果是这样？

递归特性:

必须有一个明确的结束条件
每次进入更深一层递归时，问题规模相比上次递归都应有所减少
递归效率不高，递归层次过多会导致栈溢出（在计算机中，函数调用是通过栈（stack）这种数据结构实现的，每当进入一个函数调用，栈就会加一层栈帧，每当函数返回，栈就会减一层栈帧。由于栈的大小不是无限的，所以，递归调用的次数过多，会导致栈溢出）

堆栈扫盲http://www.cnblogs.com/lln7777/archive/2012/03/14/2396164.html

递归有什么用呢？有很多用途，今天我们就讲一个

递归函数实际应用案例，二分查找

data = [1, 3, 6, 7, 9, 12, 14, 16, 17, 18, 20, 21, 22, 23, 30, 32, 33, 35]
def binary_search(dataset,find_num):
    print(dataset)
    if len(dataset) >1:
        mid = int(len(dataset)/2)
        if dataset[mid] == find_num:  #find it
            print("找到数字",dataset[mid])
        elif dataset[mid] > find_num :# 找的数在mid左面
            print("\033[31;1m找的数在mid[%s]左面\033[0m" % dataset[mid])
            return binary_search(dataset[0:mid], find_num)
        else:# 找的数在mid右面
            print("\033[32;1m找的数在mid[%s]右面\033[0m" % dataset[mid])
            return binary_search(dataset[mid+1:],find_num)
    else:
        if dataset[0] == find_num:  #find it
            print("找到数字啦",dataset[0])
        else:
            print("没的分了,要找的数字[%s]不在列表里" % find_num)
binary_search(data,66)

内置函数

Python的len为什么你可以直接用？肯定是解释器启动时就定义好了

内置参数详解 https://docs.python.org/3/library/functions.html?highlight=built#ascii

几个刁钻古怪的内置方法用法提醒

#compile
f = open("函数递归.py")
data =compile(f.read(),'','exec')
exec(data)
#print
msg = "又回到最初的起点"
f = open("tofile","w")
print(msg,"记忆中你青涩的脸",sep="|",end="",file=f)
# #slice
# a = range(20)
# pattern = slice(3,8,2)
# for i in a[pattern]: #等于a[3:8:2]
#     print(i)
#
#
#memoryview
#usage:
#>>> memoryview(b'abcd')
#<memory at 0x104069648>
#在进行切片并赋值数据时，不需要重新copy原列表数据，可以直接映射原数据内存，
import time
for n in (100000, 200000, 300000, 400000):
    data = b'x'*n
    start = time.time()
    b = data
    while b:
        b = b[1:]
    print('bytes', n, time.time()-start)
for n in (100000, 200000, 300000, 400000):
    data = b'x'*n
    start = time.time()
    b = memoryview(data)
    while b:
        b = b[1:]
    print('memoryview', n, time.time()-start)
几个内置方法用法提醒

练习题

修改个人信息程序

在一个文件里存多个人的个人信息，如以下

username password  age position department
alex     abc123    24   Engineer   IT
rain     df2@432    25   Teacher   Teching
....

1.输入用户名密码，正确后登录系统，打印

1. 修改个人信息
2. 打印个人信息
3. 修改密码

2.每个选项写一个方法

3.登录时输错3次退出程序

练习题答案

def print_personal_info(account_dic,username):
    """
    print user info
    :param account_dic: all account's data
    :param username: username
    :return: None
    """
    person_data = account_dic[username]
    info = '''
    ------------------
    Name:   %s
    Age :   %s
    Job :   %s
    Dept:   %s
    Phone:  %s
    ------------------
    ''' %(person_data[1],
          person_data[2],
          person_data[3],
          person_data[4],
          person_data[5],
          )
    print(info)
def save_back_to_file(account_dic):
    """
    把account dic 转成字符串格式 ，写回文件
    :param account_dic:
    :return:
    """
    f.seek(0) #回到文件头
    f.truncate() #清空原文件
    for k in account_dic:
        row = ",".join(account_dic[k])
        f.write("%s\n"%row)
    f.flush()
def change_personal_info(account_dic,username):
    """
    change user info ,思路如下
    1. 把这个人的每个信息打印出来， 让其选择改哪个字段，用户选择了的数字，正好是字段的索引，这样直接 把字段找出来改掉就可以了
    2. 改完后，还要把这个新数据重新写回到account.txt，由于改完后的新数据 是dict类型，还需把dict转成字符串后，再写回硬盘 
    :param account_dic: all account's data
    :param username: username
    :return: None
    """
    person_data = account_dic[username]
    print("person data:",person_data)
    column_names = ['Username','Password','Name','Age','Job','Dept','Phone']
    for index,k in enumerate(person_data):
        if index >1: #0 is username and 1 is password
            print("%s.  %s: %s" %( index, column_names[index],k)  )
    choice = input("[select column id to change]:").strip()
    if choice.isdigit():
        choice = int(choice)
        if choice > 0 and choice < len(person_data): #index不能超出列表长度边界
            column_data = person_data[choice] #拿到要修改的数据
            print("current value>:",column_data)
            new_val = input("new value>:").strip()
            if new_val:#不为空
                person_data[choice] = new_val
                print(person_data)
                save_back_to_file(account_dic) #改完写回文件
            else:
                print("不能为空。。。")
account_file = "account.txt"
f = open(account_file,"r+")
raw_data = f.readlines()
accounts = {}
#把账户数据从文件里读书来，变成dict,这样后面就好查询了
for line in raw_data:
    line = line.strip()
    if not  line.startswith("#"):
        items = line.split(",")
        accounts[items[0]] = items
menu = '''
1. 打印个人信息
2. 修改个人信息
3. 修改密码
'''
count = 0
while count <3:
    username = input("Username:").strip()
    password = input("Password:").strip()
    if username in accounts:
        if password == accounts[username][1]: #
            print("welcome %s ".center(50,'-') % username )
            while True: #使用户可以一直停留在这一层
                print(menu)
                user_choice = input(">>>").strip()
                if user_choice.isdigit():
                    user_choice = int(user_choice)
                    if user_choice == 1:
                        print_personal_info(accounts,username)
                    elif user_choice == 2:
                        change_personal_info(accounts,username)
                elif user_choice == 'q':
                    exit("bye.")
        else:
            print("Wrong username or password!")
    else:
        print("Username does not exist.")
    count += 1
else:
    print("Too many attempts.")