第5 章函数与模块
锲而舍之,朽木不折;锲而不舍,金石可镂。
———《荀子·劝学》
在软件开发过程中,经常会在不同的代码位置多次执行相似或完全相同的
代码块,这时就可以将需要反复执行的代码封装为函数或模块,并在需要执行该
代码功能的地方进行函数调用或模块的导入,从而实现代码的复用。利用函数
或模块这个特点,在软件开发过程中就可以把大任务拆分成多个函数或模块,这
也是分治法的经典应用,即使复杂问题简单化,使软件开发像搭积木一样简单。
函数是组织好的可重复使用的用来实现单一或相关联功能的代码段。函数
能提高软件的模块化和代码的重复利用率。
模块是方法的集合,用于有逻辑地组织Python代码段。把相关的代码分
配到一个模块里能让代码更好用、更易懂。简单地说,模块就是一个保存了
Python代码的文件。模块能定义函数、类和变量,模块里也能包含可执行的
代码。
Python的默认安装仅包含部分基本或核心模块,启动时也仅加载了基本模
块,在需要时再显式地加载(有些模块可能需要先安装)其他模块,这样可以减少
程序运行的压力,且具有很好的扩展性。
Python可重用的第三方程序代码包括库、函数、模块、类、程序包等,这些可
重用代码统称为库。在Python中使用到的库可以分为以下三类。
(1)Python的内置函数。Python的内置函数是默认安装和加载的基本模
块,这些函数不需要引用库,直接使用即可。Python共提供了68个内置函数。
比如,在前面几章介绍和使用过的print()、内置的数值运算函数、内置的字符串
运算函数等。
(2)Python标准库和第三方库(或称扩展库)。Python之所以得到各行业
领域工程师、策划师以及管理人员的青睐,与其庞大的第三方库有很大关系,而
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且这些库每天都在以迅猛的速度在增加,大幅度地提高了各行各业软件的开发
速度。这些大量的标准库和第三方库不是Python默认安装和加载的模块,需
要导入之后才能使用其中的对象,模块的文件类型是.py。
标准库内置在Python安装包中,不需要安装,只需导入。受限于安装包的
设定大小,标准库数量不太多,270个左右,安装在Python安装目录的Lib目
录下。第
三方库由全球各行业专家、工程师和爱好者开发。第三方库需要先正确
安装才能导入。
(3)自定义函数。自定义函数是指程序员在编程过程中,发现某些代码需
要重复编写,而Python内置函数、标准库和第三方库中又没有此类函数,因此
需要自己定义的函数。
本章主要介绍后两类的使用。
5.1 模块的导入和使用
Python标准库和第三方库都需要先导入才能使用。
Python中导入模块的方法主要有import语句和from…import语句两种
形式。
1.import语句
导入模块的语法格式如下:
import 模块1[, 模块2[,… 模块N]
使用模块的语法格式如下:
模块名.函数名(参数)
例如:
>>> import math
>>>math.sqrt(9)
3.0
>>>math.sin(2)
0.9092974268256817
2.from…import语句
语法格式一:
158
第5 章 函数与模块
from 模块名import 函数名或变量名1[,函数名或变量名2[, ... 函数名或变量名N]]
语法格式二:
from 模块名import *
说明:
语法格式一是从模块中导入指定的模块成员。
语法格式二是把模块的所有内容全都导入到当前的命名空间。这种导入方
式可以减少查询次数,提高访问速度,同时也减少了程序员需要输入的代码量,
而不需要使用模块名作为前缀。这种导入模块方式虽然写起来比较省事,可以
直接使用模块中的所有函数和对象而不需要再使用模块名作为前缀,但一般并
不推荐使用。因为如果多个模块中有同名的对象,这种方式将会导致只有最后
一个导入的模块中的同名对象是有效的,而之前导入的模块中的该同名对象无
法访问。
使用模块的语法格式如下:
函数名(参数)
例如:
>>> from math import sqrt,sin
>>>sqrt(9)
3.0
>>>sin(2)
0.9092974268256817
【例5-1】 导入calendar模块,用户输入想要查询的年和月后,显示该月的
日历。
【程序5-1.py】
1 from calendar import month
2 yy = int(input("输入年份: "))
3 mm = int(input("输入月份: "))
4 print(month(yy,mm))
【运行结果】
输入年份: 2019
输入月份: 7
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July 2019
Mo Tu We Th Fr Sa Su
1 2 3 4 5 6 7
8 9 10 11 12 13 14
15 16 17 18 19 20 21
22 23 24 25 26 27 28
29 30 31
另外,如果想使用已有的Python文件,也只需在另一个程序文件中执行导
入语句即可。
【例5-2】 已知eg1.py中有一个名为f的函数,如下所示。编写程序,在另
外一个程序中调用eg1.py中的f函数。
【eg1.py】
1 def f():
2 print('eg1.py is OK!!!')
【程序5-2.py】
1 from eg1 import *
2 print("调用eg1 中的f 函数")
3 f()
【运行结果】
调用eg1 中的f 函数
eg1.py is OK!!!
........................................................................
........
........................................................................
........
说明:在用import语句导入模块时,最好按照这样的顺序依次导入,即
Python标准库模块→Python扩展库模块→自定义函数。
5.2 Python标准库
Python标准库是Python安装的时候默认自带的标准库。Python标准库
无须安装。Python标准库中有众多的库,这里介绍其中常用的三个库。
160
第5 章 函数与模块
5.2.1 random 库
random 库是使用随机数的Python标准库。
Python中随机数的生成基于随机数种子,根据输入的种子,利用算法生成
一系列的随机数。random 库的常用函数有9个,见表5-1所示。
表5-1 random 库的常用函数
函 数描 述
seed(a=None) 初始化随机数种子,默认值为当前系统时间,例如:
> > >random.seed(10)#产生种子10对应的序列
random()
生成一个[0.0,1.0)的随机小数,例如:
> > >random.random()
0.5714025946899135
randint(a,b)
生成一个[a,b]的整数,例如:
> > >random.randint(10,100)
84
getrandbits(k)
生成1kb长的随机整数,例如:
> > >random.getrandbits(16)
37885
randrange(m,n[,k])
生成一个[m,n)的以k为步长的随机整数,例如:
> > >random.randrange(10,100,10)
90
uniform(a,b)
生成一个[a,b]的随机小数,例如:
> > >random.uniform(10,100)
16.848041210321334
choice(seq)
从序列类型(字符串、列表、元组)中随机选择一个元素,例如:
> > >random.choice([1,2,3,4,5,6,7,8,9])
8
shuffle(seq)
将序列类型(字符串、列表、元组)中元素随机排列,返回打乱顺序后
的序列,例如:
> > >s=[1,2,3,4,5,6,7,8,9]
> > >random.shuffle(s)
> > >s
[9,4,6,3,5,2,8,7,1]
161
续表
大学计算机———Python 程序设计
函 数描 述
sample(pop,k)
从组合类型(字符串、列表、元组、集合)中随机选取k个元素,以列
表类型返回,例如:
> > >random.sample("1234567",3)
[1' ',4' ',7' ']
> > >random.sample({1,2,3,4,5,6},2)
[1,4]
【例5-3】 随机生成一个四位验证码。四位验证码中的每位元素可以是3
种情况:数字0~9、大写字母A~Z或小写字母a~z。
【程序5-3.py】
1 import random
2 checkcode=''
3 for i in range(4): #每循环一次产生一位验证码元素
4 n=random.randrange(0, 3) #生成随机数0~2(因为有三种情况)
5 if n==0:
6 tmp=chr(random.randrange(65, 91)) #65~90 对应A~Z
7 elif n==1:
8 tmp=chr(random.randrange(97, 123)) #97~122 对应a~z
9 else:
10 tmp=random.randrange(0, 10) #生成随机数字0~9
11 checkcode+=str(tmp)
12 print(checkcode)
【运行结果】
8ZjL
5.2.2 time库
time库是Python中处理时间的标准库,主要用于获取系统时间,提供系统
级精确计时功能,以便进行程序性能分析。
1.时间处理
时间处理主要包括如下4个函数。
162
第5 章 函数与模块
(1)使用time.time()获取当前时间戳。
时间戳是指格林尼治时间1970年01月01日00分00秒(北京时间1970
年01月01日08时00分00秒)起至现在的总秒数。
Python获取时间的常用方法是,先得到时间戳,再将其转换成想要的时间
格式。例如:
>>> import time
>>>time.time()
1564450927.1466367
(2)使用time.gmtime([secs])把一个时间戳(按秒计算的浮点数)转换为
struct_time对象。
日期、时间是包含许多变量的,所以在Python 中定义了一个元组对象
struct_time将所有这些变量组合在一起,包括4位数年、月、日、小时、分钟、秒
等,其元素构成见表5-2所示。
表5-2 struct_time对象的元素构成
下标属性值
0 tm_year 年,4位整数
1 tm_mon 月,1~12
2 tm_mday 日,1~31
3 tm_hour 小时,0~23
4 tm_min 分,0~59
5 tm_sec 秒,0~61(60或61是闰秒)
6 tm_wday 星期,0~6(0是周一)
7 tm_yday 该年的第几天,1~366
8 tm_isdst 是否夏令时,0为否、1为是、-1为未知
例如:
>>>time.gmtime()
time.struct_time(tm_year=2019, tm_mon= 7, tm_mday= 30, tm_hour= 2, tm_
min=12, tm_sec=57, tm_wday=1, tm_yday=211, tm_isdst=0)
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(3)使用time.localtime([secs]把一个时间戳(按秒计算的浮点数)转换为
本地时间的struct_time对象。例如:
>>>time.localtime()
time.struct_time(tm_year=2019, tm_mon= 7, tm_mday= 30, tm_hour= 9, tm_
min=53, tm_sec=4, tm_wday=1, tm_yday=211, tm_isdst=0)
(4)使用time.ctime(secs)把一个时间戳(按秒计算的浮点数)转换为对应
的易读字符串表示。例如:
>>>time.ctime()
'Tue Jul 30 10:13:18 2019'
2.时间格式化
时间格式化主要包括如下3个函数。
(1)使用time.mktime(t)将struct_time对象t转换为时间戳,注意t为当
地时间。该函数相当于time()的逆函数。例如:
>>>time.mktime(time.localtime())
1564452132.0
(2)使用time.strftime(format[,t])将对象t格式化输出。strftime()的格
式化控制符见表5-3所示。
表5-3 strftime()的格式化控制符
格式化字符串含 义值
%Y 年份0001~9999,例如1970
%m 月份01~12,例如10
%B 月名January~December,例如April
%b 月名缩写Jan~Dec,例如Apr
%d 日期01~31,例如23
%A 星期Monday~Sunday,例如Wednesday
%a 星期缩写Mon~Sun,例如Wed
%H 小时(24小时制) 00~23,例如10
%I 小时(12小时制) 01~12,例如5
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续表
第5 章 函数与模块
格式化字符串含 义值
%p 上午/下午AM,PM,例如PM
%M 分钟00~59,例如22
%S 秒00~59,例如16
例如:
>>>time.strftime("%a, %d %b %Y %H:%M:%S +0000", time.gmtime())
'Tue, 30 Jul 2019 07:27:56 +0000'
(3)使用time.strptime(string[,format])提取字符串中的时间来生成
struct_time对象,与strftime()完全相反。例如:
>>>time.strptime('2019-7-30 10:30:35',"%Y-%m-%d %H:%M:%S")
time.struct_time(tm_year=2019, tm_mon=7, tm_mday= 30, tm_hour= 10, tm
_min=30, tm_sec=35, tm_wday=1, tm_yday=211, tm_isdst=-1)
3.计时
计时主要包括如下两个函数。
(1)使用time.sleep(t)函数推迟调用线程的运行,t是指推迟执行的秒数。
例如time.sleep(5)表示推迟5秒钟调用线程。
(2)使用time.perf_counter()返回系统运行的精准时间。
【例5-4】 测试一下当前计算机运行某程序的速度。
【程序5-4.py】
1 from time import*
2 d1=perf_counter() #返回计时器的精准时间(系统的运行时间)
3 for i in range(1,10000000+1):
4 pass
5 d2=perf_counter()
6 print("程序运行时间是:{}秒".format(d2-d1))
【运行结果】
程序运行时间是:0.40451200419390826 秒
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5.2.3 datetime库
datetime模块在支持日期和时间算法的同时,实现的重点放在更有效的处
理和格式化输出。例如:
>>> from datetime import date
>>> now = date.today()
>>> now
datetime.date(2019, 7, 31)
>>>now.strftime("%m-%d-%y. %d %b %Y is a %A on the %d day of %B.")
'07-31-19. 31 Jul 2019 is a Wednesday on the 31 day of July.'
5.2.4 tkinter库
tkinter是Python中可用于构建GUI(GraphicalUserInterface,图形化用
户界面,也称为图形用户接口)的众多工具集之一。
1.tkinter编程
由于tkinter是内置到Python的安装包中,只要安装好Python之后,就能
导入tkinter库,而且IDLE 也是用tkinter编写而成,对于简单的图形界面
tkinter能应付自如。例如:
>>> from tkinter import *
>>> window = Tk()
>>>window.mainloop()
以上代码可以显示一个空白窗口。可以将其看成是应用程序的最外层容
器,创建其他插件的时候就需要用到它。如果关闭屏幕上的窗口,则相应的窗口
对象就会被销毁。所有的应用程序都只有一个主窗口;此外,还可以通过
TopLevel小插件来创建其他的窗口。tkinter的小插件包括Button、Canvas、
Checkbutton、Entry、Frame、Label、Listbox、Menu、Message、Menubutton、
Text、TopLevel等。
2.tkinter组件
tkinter的提供各种控件,如按钮,标签和文本框等,见表5-4所示。
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