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　　好程序員Python教程系列-第8講：函數(shù)和模塊，在講解本章節(jié)的內(nèi)容之前，我們先來研究一道數(shù)學(xué)題，請說出下面的方程有多少組正整數(shù)解。

　　事實上，上面的問題等同于將8個蘋果分成四組每組至少一個蘋果有多少種方案，所以答案應(yīng)該是  。組合數(shù)的計算公式如下所示。

　　根據(jù)我們前面學(xué)習(xí)的知識，可以用循環(huán)做累乘來計算階乘，那么通過下面的Python代碼我們就可以計算出組合數(shù)  的值，代碼如下所示。

"""

輸入M和N計算C(M,N)

Version: 0.1

Author: 駱昊

"""

m = int(input('m = '))

n = int(input('n = '))

# 計算m的階乘

fm = 1

for num in range(1, m + 1):

    fm *= num

# 計算n的階乘

fn = 1

for num in range(1, n + 1):

    fn *= num

# 計算m-n的階乘

fm_n = 1

for num in range(1, m - n + 1):

    fm_n *= num

# 計算C(M,N)的值

print(fm // fn // fm_n)

函數(shù)的作用

不知道大家是否注意到，上面的代碼中我們做了三次求階乘，雖然m、n、m - n的值各不相同，但是三段代碼并沒有實質(zhì)性的區(qū)別，屬于重復(fù)代碼。的編程大師Martin Fowler先生曾經(jīng)說過：“代碼有很多種壞味道，重復(fù)是壞的一種！”。要寫出高質(zhì)量的代碼首先要解決的就是重復(fù)代碼的問題。對于上面的代碼來說，我們可以將計算階乘的功能封裝到一個稱之為“函數(shù)”的功能模塊中，在需要計算階乘的地方，我們只需要“調(diào)用”這個“函數(shù)”就可以了。

定義函數(shù)

數(shù)學(xué)上的函數(shù)通常形如  或者  這樣的形式，在  中，f是函數(shù)的名字，x是函數(shù)的自變量，y是函數(shù)的因變量；而  中，g是函數(shù)名，x和y是函數(shù)的自變量，z是函數(shù)的因變量。Python中的函數(shù)跟這個結(jié)構(gòu)是一致的，每個函數(shù)都有自己的名字、自變量和因變量。我們通常把Python中函數(shù)的自變量稱為函數(shù)的參數(shù)，而因變量稱為函數(shù)的返回值。

在Python中可以使用def關(guān)鍵字來定義函數(shù)，和變量一樣每個函數(shù)也應(yīng)該有一個漂亮的名字，命名規(guī)則跟變量的命名規(guī)則是一致的。在函數(shù)名后面的圓括號中可以放置傳遞給函數(shù)的參數(shù)，就是我們剛才說到的函數(shù)的自變量，而函數(shù)執(zhí)行完成后我們會通過return關(guān)鍵字來返回函數(shù)的執(zhí)行結(jié)果，就是我們剛才說的函數(shù)的因變量。

我們可以用函數(shù)的知識對上面的代碼進行重構(gòu)（不影響代碼執(zhí)行結(jié)果的前提下對代碼的結(jié)構(gòu)進行調(diào)整），重構(gòu)之后的代碼如下所示。

"""

輸入M和N計算C(M,N)

Version: 0.1

Author: 駱昊

"""

# 定義函數(shù)：def是定義函數(shù)的關(guān)鍵字、fac是函數(shù)名，num是參數(shù)（自變量）

def fac(num):

    """求階乘"""

    result = 1

    for n in range(1, num + 1):

        result *= n

    # 返回num的階乘（因變量）

    return result

m = int(input('m = '))

n = int(input('n = '))

# 當(dāng)需要計算階乘的時候不用再寫重復(fù)代碼而是直接調(diào)用函數(shù)fac

# 調(diào)用函數(shù)的語法是在函數(shù)名后面跟上圓括號并傳入?yún)?shù)

print(fac(m) // fac(n) // fac(m - n))

函數(shù)的參數(shù)

參數(shù)的默認(rèn)值

在Python語言中，如果函數(shù)中沒有return語句，那么函數(shù)默認(rèn)返回代表空值的None。另外，在定義函數(shù)時，函數(shù)也可以沒有自變量，但是函數(shù)名后面的圓括號是必須有的。Python中還允許函數(shù)的參數(shù)擁有默認(rèn)值，例如我們把上一課中搖色子獲得點數(shù)的功能定義到一個函數(shù)中，我們可以寫出如下所示的代碼。

"""

參數(shù)的默認(rèn)值1

Version: 0.1

Author: 駱昊

"""

from random import randint

# 定義搖色子的函數(shù)，n表示色子的個數(shù)，默認(rèn)值為2

def roll_dice(n=2):

    """搖色子返回總的點數(shù)"""

    total = 0

    for _ in range(n):

        total += randint(1, 6)

    return total

# 如果沒有指定參數(shù)，那么n使用默認(rèn)值2，表示搖兩顆色子

print(roll_dice())

# 傳入?yún)?shù)3，變量n被賦值為3，表示搖三顆色子獲得點數(shù)

print(roll_dice(3))

我們再來看一個為簡單的例子。

"""

參數(shù)的默認(rèn)值2

Version: 0.1

Author: 駱昊

"""

def add(a=0, b=0, c=0):

    """三個數(shù)相加求和"""

    return a + b + c

# 調(diào)用add函數(shù)，沒有傳入?yún)?shù)，那么a、b、c都使用默認(rèn)值0

print(add())         # 0

# 調(diào)用add函數(shù)，傳入一個參數(shù)，那么該參數(shù)賦值給變量a, 變量b和c使用默認(rèn)值0

print(add(1))        # 1

# 調(diào)用add函數(shù)，傳入兩個參數(shù)，1和2分別賦值給變量a和b，變量c使用默認(rèn)值0

print(add(1, 2))     # 3

# 調(diào)用add函數(shù)，傳入三個參數(shù)，分別賦值給a、b、c三個變量

print(add(1, 2, 3))  # 6

# 傳遞參數(shù)時可以不按照設(shè)定的順序進行傳遞

print(add(c=50, a=100, b=200))

可變參數(shù)

接下來，我們還可以實現(xiàn)一個對任意多個數(shù)求和的add函數(shù)，因為Python語言中的函數(shù)支持可變參數(shù)，所謂可變參數(shù)指的是在調(diào)用函數(shù)時，可以向函數(shù)傳入0個或任意多個參數(shù)。將來我們以團隊協(xié)作開發(fā)的模式做商業(yè)項目時，可能需要去設(shè)計一個函數(shù)給其他人使用，但我們又不知道函數(shù)的調(diào)用者會向該函數(shù)傳入多少個參數(shù)，這個時候可變參數(shù)就可以派上用場。下面的代碼演示了用可變參數(shù)實現(xiàn)對任意多個數(shù)求和的add函數(shù)。

"""

可變參數(shù)

Version: 0.1

Author: 駱昊

"""

# 在參數(shù)名前面的*表示args是一個可變參數(shù)

def add(*args):

    total = 0

    # 可變參數(shù)可以放在for循環(huán)中取出每個參數(shù)的值

    for val in args:

        total += val

    return total

# 在調(diào)用add函數(shù)時可以傳入0個或任意多個參數(shù)

print(add())

print(add(1))

print(add(1, 2))

print(add(1, 2, 3))

print(add(1, 3, 5, 7, 9))

用模塊管理函數(shù)

不管用什么樣的編程語言來寫代碼，給變量、函數(shù)起名字都是一個讓人頭疼的問題，因為我們會遇到命名沖突這種尷尬的情況。簡單的場景就是在同一個.py文件中定義了兩個同名的函數(shù)，如下所示。

def foo():

    print('hello, world!')

def foo():

    print('goodbye, world!')

foo()    # 大家猜猜調(diào)用foo函數(shù)會輸出什么

當(dāng)然上面的這種情況我們很容易就能避免，但是如果項目是團隊協(xié)作多人開發(fā)的時候，團隊中可能有多個程序員都定義了名為foo的函數(shù)，這種情況下怎么解決命名沖突呢？答案其實很簡單，Python中每個文件就代表了一個模塊（module），我們在不同的模塊中可以有同名的函數(shù)，在使用函數(shù)的時候我們通過import關(guān)鍵字導(dǎo)入指定的模塊再使用完全限定名的調(diào)用方式就可以區(qū)分到底要使用的是哪個模塊中的foo函數(shù)，代碼如下所示。

module1.py

def foo():

    print('hello, world!')

module2.py

def foo():

    print('goodbye, world!')

test.py

import module1

import module2

# 用“模塊名.函數(shù)名”的方式（完全限定名）調(diào)用函數(shù)，

module1.foo()    # hello, world!

module2.foo()    # goodbye, world!

在導(dǎo)入模塊時，還可以使用as關(guān)鍵字對模塊進行別名，這樣我們可以使用為簡短的完全限定名。

test.py

import module1 as m1

import module2 as m2

m1.foo()    # hello, world!

m2.foo()    # goodbye, world!

上面的代碼我們導(dǎo)入了定義函數(shù)的模塊，我們也可以使用from...import...語法從模塊中直接導(dǎo)入需要使用的函數(shù)，代碼如下所示。

test.py

from module1 import foo

foo()    # hello, world!

from module2 import foo

foo()    # goodbye, world!

但是，如果我們?nèi)绻麖膬蓚€不同的模塊中導(dǎo)入了同名的函數(shù)，后導(dǎo)入的函數(shù)會覆蓋掉先前的導(dǎo)入，就像下面的代碼中，調(diào)用foo會輸出hello, world!，因為我們先導(dǎo)入了module2的foo，后導(dǎo)入了module1的foo 。如果兩個from...import...反過來寫，就是另外一番光景了。

test.py

from module2 import foo

from module1 import foo

foo()    # hello, world!

如果想在上面的代碼中同時使用來自兩個模塊中的foo函數(shù)也是有辦法的，大家可能已經(jīng)猜到了，還是用as關(guān)鍵字對導(dǎo)入的函數(shù)進行別名，代碼如下所示。

test.py

from module1 import foo as f1

from module2 import foo as f2

f1()    # hello, world!

f2()    # goodbye, world!

標(biāo)準(zhǔn)庫中的模塊和函數(shù)

Python標(biāo)準(zhǔn)庫中提供了大量的模塊和函數(shù)來簡化我們的開發(fā)工作，我們之前用過的random模塊就為我們提供了生成隨機數(shù)和進行隨機抽樣的函數(shù)；而time模塊則提供了和時間操作相關(guān)的函數(shù)。隨著我們進一步的學(xué)習(xí)Python編程知識，我們還會用到多的模塊和函數(shù)。Python標(biāo)準(zhǔn)庫中還有一類函數(shù)是不需要import就能夠直接使用的，我們將其稱之為內(nèi)置函數(shù)，這些內(nèi)置函數(shù)都是很有用也是常用的，下面的表格列出了一部分的內(nèi)置函數(shù)。 

簡單的總結(jié)

函數(shù)是功能相對獨立且會重復(fù)使用的代碼的封裝。學(xué)會使用定義和使用函數(shù)，就能夠?qū)懗鰹榈拇a。當(dāng)然，Python語言的標(biāo)準(zhǔn)庫中已經(jīng)為我們提供了大量的模塊和常用的函數(shù)，用好這些模塊和函數(shù)就能夠用少的代碼做多的事情。