Python基础学习——函数、模块和类

在Python中，函数、模块和类都是非常重要的基础知识。

函数

函数是一块可重用的代码，它接受输入并返回输出。函数的优点是可以提高代码的可读性和重复利用性。

函数的定义和调用

在Python中，定义函数的语法为：

def function_name(parameter1, parameter2, ...):
    # function body

其中，def关键字表示要定义一个函数，function_name是函数的名称，parameter1、parameter2等是函数的参数。函数的参数可以没有，也可以有多个。

例如，我们定义一个简单的函数，用于计算两个数的和：

def add(a, b):
    return a + b

函数体中使用了return语句返回了计算结果。这个函数可以通过以下方式进行调用：

result = add(1, 2)
print(result)  # 输出3

函数的参数传递方式

在Python中，函数的参数可以有两种传递方式：

值传递
引用传递

当函数的参数是不可变类型时（如数字、字符串、元组等），Python会采用值传递的方式。例如：

def increment(x):
    x += 1

a = 1
increment(a)
print(a)  # 输出1

在这个例子中，虽然函数中将x加了1，但是对于全局变量a没有任何改变，因为a是不可变类型，传递的是值。

当函数的参数是可变类型时（如列表、字典等），Python会采用引用传递的方式。例如：

def append_element(lst, element):
    lst.append(element)

lst = [1, 2, 3]
append_element(lst, 4)
print(lst)  # 输出[1, 2, 3, 4]

在这个例子中，函数中向列表中添加元素后，对于全局变量lst也发生了改变，因为列表是可变类型，传递的是引用。

函数的默认参数

在Python中，可以给函数的参数指定默认值。例如：

def power(x, n=2):
    return x ** n

print(power(3))  # 输出9
print(power(3, 3))  # 输出27

当给出第二个参数时，函数使用第二个参数作为幂，如果不给出第二个参数，函数默认使用2作为幂。

函数的可变参数

在Python中，可以使用可变参数接受不确定数量的参数。在函数的参数前加上一个*即可：

def sum(*args):
    result = 0
    for i in args:
        result += i
    return result

print(sum(1, 2, 3))  # 输出6

这个sum函数可以接受任意数量的参数，将它们相加并返回结果。

模块

在Python中，模块是指一个包含Python代码的文件。一个模块可以包含类、函数和变量等。

模块的导入和使用

在Python中，使用import关键字来导入模块。例如，我们想导入Python标准库中的os模块，可以使用以下代码：

import os

导入模块后，就可以使用其中的函数和变量了。例如，我们可以使用os.getcwd()函数来获取当前工作目录：

import os

current_dir = os.getcwd()
print(current_dir)

模块别名和局部导入

使用import导入模块时，也可以给模块指定别名，这样可以方便地使用模块功能：

import numpy as np

arr = np.array([1, 2, 3])
print(arr)

此外，我们还可以使用from语句从模块中导入部分功能：

from math import sin, cos

print(sin(0))
print(cos(0))

这个例子中，我们只从math模块中导入了sin和cos函数。

类

在Python中，类是一种抽象的数据类型，它可以有属性和方法。类的使用可以提高代码的面向对象程度，方便代码的组织与重用。

类的定义和实例化

在Python中，定义类的语法为：

class ClassName:
    def __init__(self, parameter1, parameter2, ...):
        # constructor
    def method1(self, parameter1, parameter2, ...):
        # method1 implementation
    def method2(self, parameter1, parameter2, ...):
        # method2 implementation

其中，__init__方法是构造函数，用于在类的实例化时初始化对象；method1和method2是类的方法，它们可以访问和修改类的属性。

例如，我们定义一个简单的类来表示一个点：

class Point:
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y
    def distance(self, other):
        dx = self.x - other.x
        dy = self.y - other.y
        return (dx ** 2 + dy ** 2) ** 0.5

这个Point类有一个构造函数，用于初始化x和y属性，还有一个distance方法，可以计算两个点之间的距离。

实例化类的语法为：

point1 = Point(0, 0)
point2 = Point(3, 4)
distance = point1.distance(point2)
print(distance)  # 输出5.0

类的继承和方法重载

在Python中，类可以通过继承来获得父类的属性和方法，同时也可以重载父类的方法来符合需求。例如，我们定义一个继承Point类的ColoredPoint类，并重载它的构造函数：

class ColoredPoint(Point):
    def __init__(self, x, y, color):
        super().__init__(x, y)
        self.color = color

这个ColoredPoint类从Point类继承了x和y属性和distance方法，并在它的构造函数中添加了color属性。在__init__方法中，我们使用了super()函数来调用父类的构造函数。

类的静态方法和类方法

在Python中，可以定义静态方法和类方法。

静态方法使用@staticmethod装饰器来定义，它可以不依赖于类的实例而存在。例如：

class MyClass:
    @staticmethod
    def method():
        return "Hello, static method!"

类方法使用@classmethod装饰器来定义，它在类的范围内运行，可以访问和修改类的属性。例如：

class Point:
    point_num = 0
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y
        Point.point_num += 1
    @classmethod
    def get_point_num(cls):
        return cls.point_num

p1 = Point(0, 0)
p2 = Point(1, 1)
print(Point.get_point_num())  # 输出2

这个Point类有一个类属性point_num，表示实例化对象的数量。在每次对象初始化时，point_num加1。类方法get_point_num可以返回当前实例化对象的数量。

示例说明

定义一个Student类，包括name、age、sex三个属性，分别为字符串、整数、字符串类型，还有一个方法show用于输出该学生的信息。实例化三个学生对象，调用show方法输出这三个学生的信息。

class Student:
    def __init__(self, name, age, sex):
        self.name = name
        self.age = age
        self.sex = sex
    def show(self):
        print("Name: {}, Age: {}, Sex: {}".format(self.name, self.age, self.sex))

student1 = Student("Tom", 20, "male")
student2 = Student("Lucy", 19, "female")
student3 = Student("Mike", 21, "male")

student1.show()
student2.show()
student3.show()

运行结果：

Name: Tom, Age: 20, Sex: male
Name: Lucy, Age: 19, Sex: female
Name: Mike, Age: 21, Sex: male

定义一个函数find_max，用于在列表中查找最大的元素，如果找到则返回该元素的索引，否则返回-1。

def find_max(lst):
    if len(lst) == 0:
        return -1
    max_index = 0
    for i in range(1, len(lst)):
        if lst[i] > lst[max_index]:
            max_index = i
    return max_index

list1 = [5, 3, 4, 7, 1]
list2 = []

print(find_max(list1))  # 输出3
print(find_max(list2))  # 输出-1