Python函数与模块

简介

在Python编程中，函数和模块是实现代码复用、提高开发效率的核心机制。本文将结合理论与实例，解析Python函数与模块的核心知识点，帮助开发者打下基础。

一、函数

函数是一段可重复调用的代码块，通过参数传递实现灵活的逻辑封装。Python中的函数分为内置函数（如​​range()​​​、​​len()​​）和用户自定义函数，后者是我们重点讨论的内容。

1. 无参函数

无参函数不接收外部参数，适用于固定逻辑的场景。
语法：

def 函数名():代码块[return 表达式]  # 可选，无返回值时默认返回None

示例1：计算固定两数之和

def add():op1 = 10op2 = 20return op1 + op2  # 返回计算结果
result = add()
print(result)  # 输出：30

示例2：打印九九乘法表

def nine():for i in range(1, 10):for j in range(1, i+1):print(f"{i}*{j}={i*j}", end="\t")print()  # 换行
nine()

注意事项：

• 函数定义必须在调用前，否则抛出​​NameError​​。
• 函数体通过缩进（通常4个空格）界定，缩进错误会导致语法错误。

2. 带参函数

带参函数通过形式参数（形参）接收外部输入，实现通用逻辑。
语法：

def 函数名(形参列表):代码块[return 表达式]

参数传递方式

• 位置参数：实参与形参按顺序匹配。

def aa(x, y):print(x, y)
aa(10, 6)  # 输出：10 6（位置匹配）
aa(6, 10)  # 输出：6 10（顺序改变结果不同）

• 关键字参数：显式指定参数名，忽略顺序。

aa(y=6, x=10)  # 输出：10 6（通过参数名匹配）

• 默认参数：为形参设置默认值，调用时可省略。

def aa(x, y=6):  # y的默认值为6print(x, y)
aa(10)  # 输出：10 6（使用y的默认值）
aa(10, 5)  # 输出：10 5（覆盖默认值）

• 注意：位置参数必须位于默认参数之前，否则语法错误。

# 错误示例：默认参数在前，位置参数在后
def aa(x=1, y):  pass  # 报错：SyntaxError

示例：

def add(x, y): return x + y
def subtract(x, y): return x - y
def multiply(x, y): return x * y
def divide(x, y): return x / yprint("选择运算：1.加 2.减 3.乘 4.除")
choice = int(input("输入选择："))
num1 = int(input("第一个数："))
num2 = int(input("第二个数："))if choice == 1:print(f"{num1}+{num2}={add(num1, num2)}")
elif choice == 2:print(f"{num1}-{num2}={subtract(num1, num2)}")
else:print("非法输入")

3. 变量作用域

变量的作用域由定义位置决定，分为：

• 局部变量：在函数内定义，仅在函数执行期间有效，函数结束后销毁。
• 全局变量：在模块顶层定义，作用域为整个模块，可被所有函数访问。

规则：

1. 函数内可直接访问全局变量，但无法修改（除非用​​global​​声明）。
2. 当局部变量与全局变量同名时，函数内优先使用局部变量。

示例：全局变量与局部变量

name = "Tim"  # 全局变量def f1():age = 18  # 局部变量print(age, name)  # 输出：18 Tim（访问全局变量）def f2():name = "Alice"  # 局部变量（与全局同名）print(name)  # 输出：Alice（优先使用局部变量）f1()
f2()
print(name)  # 输出：Tim（全局变量未被修改）

修改全局变量：​​global​​关键字

def f1():global name  # 声明name为全局变量name = "Tim"  # 修改全局变量age = 18print(age, name)  # 输出：18 Timf1()
print(name)  # 输出：Tim（全局变量已被修改）

4. lambda函数

lambda函数用于创建单行表达式的匿名函数，适用于简单逻辑或作为参数传递。
语法：

lambda 形参列表: 表达式

示例：对比普通函数与lambda函数

# 普通函数
def sum1(x, y):return x + y# lambda函数（赋值给变量或直接调用）
sum2 = lambda x, y: x + y
print(sum1(3, 4))  # 7
print(sum2(3, 4))  # 7

限制：lambda函数只能包含一个表达式，不能使用​​if​​​、​​for​​等语句，适合轻量场景。

5. 常用内建函数

Python内置了大量实用函数，无需导入即可直接使用：

• 数值处理：

• ​​abs(x)​​​：返回绝对值（​​abs(-10)​​ → 10）。
• ​​float(x)​​​/​​int(x)​​​：类型转换（​​float("25")​​​ → 25.0，​​int(199.99)​​ → 199）。

• 布尔判断：

• ​​bool(x)​​​：转换为布尔值（0、空字符串、​​None​​​等返回​​False​​​，其余​​True​​）。

• 序列操作：

• ​​range(start, stop, step)​​​：生成整数序列（​​range(0, 5)​​ → 0,1,2,3,4）。
• ​​sum(iterable)​​​：求和（​​sum(range(1, 101))​​ → 5050）。
• ​​max()​​​/​​min()​​​：返回最大/最小值（​​max([6,2,12])​​ → 12）。

二、模块与包

当代码规模扩大时，模块和包用于组织代码，实现跨文件复用。

1. 模块

模块是一个​​.py​​文件，包含函数、类或变量，可被其他文件导入。

定义模块

创建​​myModule.py​​：

# myModule.py
def add(a, b):return a + bdef mul(a, b):return a * b

导入模块的方式

1. 导入整个模块：

import myModule
print(myModule.add(2, 3))  # 输出：5（通过“模块名.函数名”调用）

1. 导入指定函数：

from myModule import add, mul
print(add(2, 3))  # 输出：5（直接使用函数名）

1. 别名导入：

from myModule import add as add_func
print(add_func(2, 3))  # 输出：5（避免命名冲突）

2. 包

包是包含​​__init__.py​​文件的目录，用于管理多个模块，支持嵌套结构。

目录结构示例

project/
├── project.py
└── subproject/├── __init__.py  # 标识包的存在，可包含初始化代码└── submodel.py

包的使用

在​​submodel.py​​中定义函数：

# submodel.py
def add(a, b):return a + b

在​​project.py​​中导入包中的模块：

# project.py
import subproject.submodel
print(subproject.submodel.add(1, 3))  # 输出：4

​​__init__.py​​的作用：

• 首次导入包时执行，可用于初始化全局变量或批量导入模块。
• 例如，在​​__init__.py​​​中添加​​from .submodel import add​​​，可简化调用为​​from subproject import add​​。

3. 常用标准库模块

(1) keyword模块：查看Python关键字

import keyword
print(keyword.iskeyword("if"))  # True（判断是否为关键字）
print(keyword.kwlist)  # 输出所有关键字列表

(2) random模块：生成随机数据

import random
print(random.randint(1, 100))  # 1-100随机整数
list1 = ["aaa", "bbb", "ccc"]
print(random.choice(list1))  # 随机选取列表元素
random.shuffle(list1)  # 打乱列表顺序

(3) sys模块：访问解释器环境

import sys
print("Python版本：", sys.version)  # 解释器版本
print("操作系统：", sys.platform)  # 平台信息（如'linux'、'win32'）
sys.exit()  # 退出程序

(4) time模块：处理时间数据

import time
print(time.time())  # 当前时间戳（秒级浮点数）
print(time.ctime())  # 可读时间字符串（如'Wed Dec 13 21:33:20 2023'）
time.sleep(2)  # 暂停程序2秒

三、总结

1. 函数设计：

• 保持单一职责，避免函数过于复杂。
• 合理使用默认参数和关键字参数，提高接口灵活性。

1. 模块与包：

• 按功能划分模块，避免单文件代码膨胀。
• 使用​​__init__.py​​规范包的公共接口。

1. 作用域：

• 尽量减少全局变量，必要时用​​global​​显式声明。

1. 内置函数与标准库：

• 熟悉常用内建函数，避免重复造轮子。
• 善用标准库模块（如​​random​​​、​​sys​​）提升开发效率。

通过掌握函数与模块，开发者能写出更简洁、可维护的代码。实践中建议从简单示例入手，逐步尝试复杂场景，最终实现高效的代码组织与复用。