【Python从0到1】第三篇：基础语法（三）

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一、函数

1.1 函数是什么

编程中的函数和数学中的函数有一定的相似之处
数学上的函数, 比如 y = sin x , x 取不同的值, y 就会得到不同的结果.
编程中的函数, 是一段 可以被重复使用的代码片段

代码示例: 求 数列 的和, 使用函数

1.2 语法格式

创建函数/定义函数

> def 函数名(形参列表):
	函数体
	return 返回值
1
2
3

调用函数/使用函数

函数名(实参列表) // 不考虑返回值
返回值 = 函数名(实参列表) // 考虑返回值
1
2

函数定义并不会执行函数体内容, 必须要调用才会执行. 调用几次就会执行几次

def test1():
print('hello')
1
2

函数必须先定义, 再使用.

	Test()

def Test():
    print('hello world')
1
2
3
4

动漫里释放技能之前, 需要大喊招式的名字, 就是 "先定义, 再使用

1.3 函数参数

在函数定义的时候, 可以在 ( ) 中指定 “形式参数” (简称 形参), 然后在调用的时候, 由调用者把 “实际参数”(简称 实参) 传递进去.

这样就可以做到一份函数, 针对不同的数据进行计算处理

注意:

• 一个函数可以有一个形参, 也可以有多个形参, 也可以没有形参.
• 一个函数的形参有几个, 那么传递实参的时候也得传几个. 保证个数要匹配

def test(a, b, c):
	print(a, b, c)
test(10)
1
2
3

和 C++ / Java 不同, Python 是动态类型的编程语言, 函数的形参不必指定参数类型. 换句话说, 一个函数可以支持多种不同类型的参数

1.4 函数返回值

函数的参数可以视为是函数的 “输入”, 则函数的返回值, 就可以视为是函数的 “输出” .

此处的 “输入”, “输出” 是更广义的输入输出, 不是单纯指通过控制台输入输出.
我们可以把函数想象成一个 “工厂”. 工厂需要买入原材料, 进行加工, 并生产出产品.
函数的参数就是原材料, 函数的返回值就是生产出的产品

下列代码

# 求x-y的和
def calSum(begin, end):
    theSum = 0
    for i in range(begin, end+1):
        theSum += i
    print(theSum)
1
2
3
4
5
6

换

# 求x-y的和
def calSum(begin, end):
    theSum = 0
    for i in range(begin, end+1):
        theSum += i
    return theSum;


print(calSum(1, 100))

1
2
3
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5
6
7
8
9
10

这两个代码的区别就在于, 前者直接在函数内部进行了打印, 后者则使用 return 语句把结果返回给函数调用者, 再由调用者负责打印.

我们一般倾向于第二种写法.
实际开发中我们的一个通常的编程原则, 是 “逻辑和用户交互分离”. 而第一种写法的函数中, 既包含
了计算逻辑, 又包含了和用户交互(打印到控制台上). 这种写法是不太好的, 如果后续我们需要的是
把计算结果保存到文件中, 或者通过网络发送, 或者展示到图形化界面里, 那么第一种写法的函数,
就难以胜任了.
而第二种写法则专注于做计算逻辑, 不负责和用户交互. 那么就很容易把这个逻辑搭配不同的用户
交互代码, 来实现不同的效果

• 一个函数中可以有多个 return 语句
  
• 一个函数是可以一次返回多个返回值的. 使用 , 来分割多个返回值
  

1.5 变量作用域

• 观察以下代码
  
  这个代码中, 函数内部存在 x, y, 函数外部也有 x, y.
  但是这两组 x, y 不是相同的变量, 而只是恰好有一样的名字.

• 变量只能在所在的函数内部生效.
  

• 在不同的作用域中, 允许存在同名的变量
  虽然名字相同, 实际上是不同的变量.
  
  注意:

• 在函数内部的变量, 也称为 “局部变量”

• 不在任何函数内部的变量, 也称为 "全局变量

如果函数内部尝试访问的变量在局部不存在, 就会尝试去全局作用域中查找

如果是想在函数内部, 修改全局变量的值, 需要使用 global 关键字声明

1.6 函数执行过程

• 调用函数才会执行函数体代码. 不调用则不会执行.
• 函数体执行结束(或者遇到 return 语句), 则回到函数调用位置, 继续往下执行.

嵌套调用

1.7 函数递归

递归是 嵌套调用 中的一种特殊情况, 即一个函数嵌套调用自己.

1.8 参数默认值

Python 中的函数, 可以给形参指定默认值.
带有默认值的参数, 可以在调用的时候不传参.
代码示例: 计算两个数字的和

函数是编程语言中的一个核心语法机制. Python 中的函数和大部分编程语言中的函数功能都是基本类似的
我们当下最关键要理解的主要就是三个点:

• 函数的定义
• 函数的调用
• 函数的参数传递

我们在后续的编程中, 会广泛的使用到函数. 大家在练习的过程中再反复加深对于函数的理解

二、列表和元组

2.1 列表是什么, 元组是什么

编程中, 经常需要使用变量, 来保存/表示数据.
如果代码中需要表示的数据个数比较少, 我们直接创建多个变量即可

num1 = 10
num2 = 20
num3 = 30
......

1
2
3
4
5

但是有的时候, 代码中需要表示的数据特别多, 甚至也不知道要表示多少个数据. 这个时候, 就需要用到列表

列表是一种让程序猿在代码中批量表示/保存数据的方式

就像我们去超市买辣条, 如果就只是买一两根辣条, 那咱们直接拿着辣条就走了.
但是如果一次买个十根八根的, 这个时候用手拿就不好拿, 超市老板就会给我们个袋子.
这个袋子, 就相当于 列表

元组和列表相比, 是非常相似的, 只是列表中放哪些元素可以修改调整, 元组中放的元素是创建元组的时候就设定好的, 不能修改调整.

表就是买散装辣条, 装好了袋子之后, 随时可以把袋子打开, 再往里多加辣条或者拿出去一些辣条.元组就是买包装辣条, 厂家生产好了辣条之后, 一包就是固定的这么多, 不能变动了

2.2 创建列表

• 创建列表主要有两种方式. [ ] 表示一个空的列表.
  
• 如果需要往里面设置初始值, 可以直接写在 [ ] 当中.
  
• 列表中存放的元素允许是不同的类型. (这一点和 C++ Java 差别较大).
  

2.3 访问下标

• 可以通过下标访问操作符 [ ] 来获取到列表中的任意元素.
  

• 通过下标不光能读取元素内容, 还能修改元素的值.
  

• 如果下标超出列表的有效范围, 会抛出异常.
  

• 因为下标是从 0 开始的, 因此下标的有效范围是 [0, 列表长度 - 1]. 使用 len 函数可以获取到列表的元素个数
  

• 下标可以取负数. 表示 “倒数第几个元素”
  

2.4 切片操作

通过下标操作是一次取出里面第一个元素.
通过切片, 则是一次取出一组连续的元素, 相当于得到一个 子列表

• 使用 [ : ] 的方式进行切片操作.
  
  alist[1:3] 中的 1:3 表示的是 [1, 3) 这样的由下标构成的前闭后开区间.
  也就是从下标为 1 的元素开始(2), 到下标为 3 的元素结束(4), 但是不包含下标为 3 的元素.
  所以最终结果只有 2, 3

• 切片操作中可以省略前后边界
  

• 切片操作还可以指定 “步长” , 也就是 “每访问一个元素后, 下标自增几步”
  

• 切片操作指定的步长还可以是负数, 此时是从后往前进行取元素. 表示 “每访问一个元素之后, 下标自减几步”
  

• 如果切片中填写的数字越界了, 不会有负面效果. 只会尽可能的把满足条件的元素过去到.
  

2.5 遍历列表元素

“遍历” 指的是把元素一个一个的取出来, 再分别进行处理.

• 最简单的办法就是使用 for 循环
  

• 也可以使用 for 按照范围生成下标, 按下标访问
  

• 还可以使用 while 循环. 手动控制下标的变化
  

2.6 新增元素

• 使用 append 方法, 向列表末尾插入一个元素(尾插).
  
• 使用 insert 方法, 向任意位置插入一个元素
  insert 第一个参数表示要插入元素的下标.
  

2.7 查找元素

• 使用 in 操作符, 判定元素是否在列表中存在. 返回值是布尔类型.
  
• 使用 index 方法, 查找元素在列表中的下标. 返回值是一个整数. 如果元素不存在, 则会抛出异常.
  

2.8 删除元素

• 使用 pop 方法删除最末尾元素
  
• pop 也能按照下标来删除元素
  
• 使用 remove 方法, 按照值删除元素.
  

2.9 连接列表

• 使用 + 能够把两个列表拼接在一起
  此处的 + 结果会生成一个新的列表. 而不会影响到旧列表的内容.
  
• 使用 extend 方法, 相当于把一个列表拼接到另一个列表的后面
  a.extend(b) , 是把 b 中的内容拼接到 a 的末尾. 不会修改 b, 但是会修改 a.
  

2.10 关于元组

元组的功能和列表相比, 基本是一致的.
元组使用 ( ) 来表示.

元组不能修改里面的元素, 列表则可以修改里面的元素
因此, 像读操作,比如访问下标, 切片, 遍历, in, index, + 等, 元组也是一样支持的.
但是, 像写操作, 比如修改元素, 新增元素, 删除元素, extend 等, 元组则不能支持.

另外, 元组在 Python 中很多时候是默认的集合类型. 例如, 当一个函数返回多个值的时候

问题来了, 既然已经有了列表, 为啥还需要有元组?
元组相比于列表来说, 优势有两方面:

• 你有一个列表, 现在需要调用一个函数进行一些处理. 但是你有不是特别确认这个函数是否会
  把你的列表数据弄乱. 那么这时候传一个元组就安全很多.
• 我们马上要讲的字典, 是一个键值对结构. 要求字典的键必须是 “可hash对象” (字典本质也
  是一个hash表). 而一个可hash对象的前提就是不可变. 因此元组可以作为字典的键, 但是列表不行

小结
列表和元组都是日常开发最常用到的类型. 最核心的操作就是根据 [ ] 来按下标操作.
在需要表示一个 “序列” 的场景下, 就可以考虑使用列表和元组.
如果元素不需要改变, 则优先考虑元组.
如果元素需要改变, 则优先考虑列表.

三、字典

3.1 字典是什么

字典是一种存储 键值对 的结构.
啥是键值对? 这是计算机/生活中一个非常广泛使用的概念.
把 键(key) 和 值(value) 进行一个一对一的映射, 然后就可以根据键, 快速找到值.

3.2 创建字典

• 创建一个空的字典. 使用 { } 表示字典.
  
• 也可以在创建的同时指定初始值
  键值对之间使用 , 分割, 键和值之间使用 : 分割. (冒号后面推荐加一个空格).
  使用 print 来打印字典内容
  
• 为了代码更规范美观, 在创建字典的时候往往会把多个键值对, 分成多行来书写.
  最后一个键值对, 后面可以写 , 也可以不写.

student = {
	'id': 1,
	'name': 'zhangsan'
}
1
2
3
4

3.3 查找 key

• 使用 in 可以判定 key 是否在 字典 中存在. 返回布尔值.
  
• 使用 [ ] 通过类似于取下标的方式, 获取到元素的值. 只不过此处的 “下标” 是 key. (可能是整数, 也可能是字符串等其他类型).
  

3.4 新增/修改元素

使用 [ ] 可以根据 key 来新增/修改 value

• 如果 key 不存在, 对取下标操作赋值, 即为新增键值对
  
• 如果 key 已经存在, 对取下标操作赋值, 即为修改键值对的值.
  

3.5 删除元素

• 使用 pop 方法根据 key 删除对应的键值对.
  

3.6 遍历字典元素

• 直接使用 for 循环能够获取到字典中的所有的 key, 进一步的就可以取出每个值了.
  

• 取出所有 key 和 value
  使用 keys 方法可以获取到字典中的所有的 key
  使用 values 方法可以获取到字典中的所有 value
  

• 使用 items 方法可以获取到字典中所有的键值对.
  

3.7 合法的 key 类型

不是所有的类型都可以作为字典的 key.
字典本质上是一个 哈希表, 哈希表的 key 要求是 “可哈希的”, 也就是可以计算出一个哈希值.
可以使用 hash 函数计算某个对象的哈希值.
但凡能够计算出哈希值的类型, 都可以作为字典的 key.

列表无法计算哈希值.

字典也无法计算哈希值

小结
字典也是一个常用的结构. 字典的所有操作都是围绕 key 来展开的.
需要表示 “键值对映射” 这种场景时就可以考虑使用字典.

四、文件

4.1 文件是什么

变量是把数据保存到内存中. 如果程序重启/主机重启, 内存中的数据就会丢失.
要想能让数据被持久化存储, 就可以把数据存储到硬盘中. 也就是在 文件 中保存

在 Windows “此电脑” 中, 看到的内容都是 文件.

通过文件的后缀名, 可以看到文件的类型. 常见的文件的类型如下:

• 文本文件 (txt)
• 可执行文件 (exe, dll)
• 图片文件 (jpg, gif)
• 视频文件 (mp4, mov)
• office 文件 (.ppt, docx)
• …

咱们课堂上主要研究最简单的文本文件.

4.2 文件路径

一个机器上, 会存在很多文件, 为了让这些文件更方面的被组织, 往往会使用很多的 “文件夹”(也叫做目录)来整理文件.

实际一个文件往往是放在一系列的目录结构之中的.
为了方便确定一个文件所在的位置, 使用 文件路径 来进行描述.

例如, 上述截图中的 QQ.exe 这个文件, 描述这个文件的位置, 就可以使用路径
D:\program\qq\Bin\QQ.exe 来表示

• D: 表示 盘符. 不区分大小写.
• 每一个 \ 表示一级目录. 当前 QQ.exe 就是放在 “D 盘下的 program 目录下的 qq 目录下的 Bin 目录中” .
• 目录之间的分隔符, 可以使用 \ 也可以使用 / . 一般在编写代码的时候使用 / 更方便.

上述以 盘符 开头的路径, 我们也称为 绝对路径.
除了绝对路径之外, 还有一种常见的表示方式是 相对路径. 相对路径需要先指定一个基准目录, 然后
以基准目录为参照点, 间接的找到目标文件. 咱们课堂上暂时不详细介绍.
描述一个文件的位置, 使用 绝对路径 和 相对路径 都是可以的. 对于新手来说, 使用 绝对路径 更简
单更好理解, 也不容易出错

4.3 文件操作

要使用文件, 主要是通过文件来保存数据, 并且在后续把保存的数据读取出来.
但是要想读写文件, 需要先 “打开文件”, 读写完毕之后还要 “关闭文件”.

1. 打开文件
   使用内建函数 open 打开一个文件.

f = open('d:/test.txt', 'r')
1

第一个参数是一个字符串, 表示要打开的文件路径
第二个参数是一个字符串, 表示打开方式. 其中 r 表示按照读方式打开. w 表示按照写方式打开. a
表示追加写方式打开.
如果打开文件成功, 返回一个文件对象. 后续的读写文件操作都是围绕这个文件对象展开.
如果打开文件失败(比如路径指定的文件不存在), 就会抛出异常.

2. 关闭文件
   使用 close 方法关闭已经打开的文件.

如果文件是多行文本, 可以使用 for 循环一次读取一行

关于中文的处理
当文件内容存在中文的时候, 读取文件内容不一定就顺利.
同样上述代码, 有的同学执行时可能会出现异常
计算机表示中文的时候, 会采取一定的编码方式, 我们称为 “字符集”

所谓 “编码方式” , 本质上就是使用数字表示汉字.
我们知道, 计算机只能表示二进制数据. 要想表示英文字母, 或者汉字, 或者其他文字符号, 就都要通
过编码.
最简单的字符编码就是 ascii. 使用一个简单的整数就可以表示英文字母和阿拉伯数字.
但是要想表示汉字, 就需要一个更大的码表.
一般常用的汉字编码方式, 主要是 GBK 和 UTF-8

必须要保证文件本身的编码方式, 和 Python 代码中读取文件使用的编码方式匹配, 才能避免出现上述问题.

Python3 中默认打开文件的字符集跟随系统, 而 Windows 简体中文版的字符集采用了 GBK, 所以如果文件本身是 GBK 的编码, 直接就能正确处理.
如果文件本身是其他编码(比如 UTF-8), 那么直接打开就可能出现上述问题

使用上下文管理器
打开文件之后, 是容易忘记关闭的. Python 提供了 上下文管理器 , 来帮助程序猿自动关闭文件.

• 使用 with 语句打开文件.
• 当 with 内部的代码块执行完毕后, 就会自动调用关闭方法