Python函数编程最佳实践:让代码像乐高一样拼装自如

• • 写了一个几百行的程序，想改一个小功能，结果牵一发而动全身？
• • 同样的逻辑在不同地方复制粘贴了好几次，改起来要到处找？
• • 看着自己写的代码，过了一周连自己都看不懂了？

1. 1. 掌握函数定义和调用的基本技能，让代码告别重复劳动
2. 2. 理解参数传递的各种玩法，让函数变得更加灵活
3. 3. 学会使用返回值，让函数之间能够“对话”
4. 4. 掌握模块导入机制，体验Python生态的强大

def函数名(参数1, 参数2, ...):"""这里是函数的文档字符串，说明函数的功能"""# 函数体：具体的处理逻辑return 返回值  # 可选，如果不写return，函数默认返回None

• • def 是定义函数的关键字，告诉Python：“嘿，我要创建一个新函数啦！”
• • 函数名 要遵循命名规则：小写字母，单词间用下划线连接（例如：calculate_average）
• • 参数列表 放在括号里，可以有零个或多个参数
• • 冒号: 不能少，表示函数头结束，函数体开始
• • 函数体要缩进（通常是4个空格），这是Python区分代码块的唯一方式
• • return 语句用于返回结果，如果没有return，函数会默默返回None

• • ❌ 错误1：忘记冒号

  defsay_hello()  # 缺少冒号！print("Hello")

  ✅ 正确写法：def say_hello():
• • ❌ 错误2：缩进不一致

  defdemo():print("第一行")print("第二行")  # 缩进不一致！

  ✅ 正确写法：统一使用4个空格或一个Tab
• • ❌ 错误3：函数名使用关键字

  defprint(message):  # print是内置函数名returnf"Message: {message}"

  ✅ 正确写法：避免使用Python关键字和内置函数名

defgreet(name, greeting):"""根据名字和问候语生成问候字符串"""returnf"{greeting}, {name}!"# 调用时按位置传递参数message = greet("小明", "你好")  # 输出：你好, 小明!

defgreet(name, greeting="你好"):"""问候某人，默认使用'你好'"""returnf"{greeting}, {name}!"# 可以只传递必填参数message1 = greet("小明")          # 输出：你好, 小明!message2 = greet("小明", "Hi")   # 输出：Hi, 小明!

1. 1. 默认参数必须放在位置参数后面
2. 2. 默认值只计算一次，对于可变对象（如列表、字典）要小心！

defadd_item(item, items=[]):  # 危险！默认值是可变对象    items.append(item)return itemsprint(add_item("apple"))   # ['apple']print(add_item("banana"))  # ['apple', 'banana'] ！之前的调用影响了结果

defadd_item(item, items=None):if items isNone:        items = []    items.append(item)return items

defcreate_user(name, age, city="北京", country="中国"):"""创建用户信息"""return {"name": name,"age": age,"city": city,"country": country    }# 使用关键字参数，顺序不重要user1 = create_user("张三", 25, city="上海")user2 = create_user(age=30, name="李四", country="美国")

• • 提高代码可读性
• • 允许跳过某些默认参数
• • 参数顺序自由

defcalculate_sum(*numbers):"""计算任意数量数字的和"""    total = 0for num in numbers:        total += numreturn totalprint(calculate_sum(1, 2, 3))      # 6print(calculate_sum(1, 2, 3, 4, 5)) # 15

defprint_user_info(**info):"""打印用户的所有信息"""for key, value in info.items():print(f"{key}: {value}")print_user_info(name="小明", age=20, city="北京")

defcomplex_func(a, b, *args, c=10, d=20, **kwargs):# a, b: 位置参数# *args: 可变位置参数# c, d: 默认参数（关键字参数）# **kwargs: 可变关键字参数pass

defsquare(number):"""计算一个数的平方"""return number ** 2result = square(5)  # result = 25

defmin_max(numbers):"""找出列表中的最小值和最大值"""ifnot numbers:returnNone, Nonereturnmin(numbers), max(numbers)# 元组解包minimum, maximum = min_max([3, 1, 4, 1, 5, 9, 2])print(f"最小值: {minimum}, 最大值: {maximum}")

defget_user_info():return"小明", 20, "北京"name, age, _ = get_user_info()  # 忽略城市信息

defmultiplier(factor):"""创建一个乘以指定因子的函数"""defmultiply(x):return x * factorreturn multiplydouble = multiplier(2)triple = multiplier(3)print(double(5))  # 10print(triple(5))  # 15

1. 1. 局部作用域（Local）：函数内部定义的变量
2. 2. 闭包作用域（Enclosing）：嵌套函数中，外层函数的作用域
3. 3. 全局作用域（Global）：模块级别定义的变量
4. 4. 内置作用域（Built-in）：Python内置的变量和函数

x = "全局变量"defouter():    x = "闭包变量"definner():        x = "局部变量"print(f"inner: {x}")  # 输出：局部变量    inner()print(f"outer: {x}")      # 输出：闭包变量outer()print(f"全局: {x}")           # 输出：全局变量

• • global: 在函数内部修改全局变量
• • nonlocal: 在嵌套函数中修改外层函数的变量

defcounter():    count = 0defincrement():nonlocal count  # 告诉Python：我要修改外层函数的count        count += 1return countreturn incrementc = counter()print(c())  # 1print(c())  # 2

# 导入整个模块import mathprint(math.sqrt(16))  # 4.0# 导入特定函数/类from math import sqrt, piprint(sqrt(9))  # 3.0print(pi)       # 3.141592653589793# 给模块起别名（常用于长模块名）import numpy as npimport pandas as pd# 导入模块中的所有内容（不推荐，容易命名冲突）from math import *

my_math/├── __init__.py    # 标识这是一个包├── basic.py       # 基础运算模块└── advanced.py    # 高级运算模块

defadd(a, b):return a + bdefmultiply(a, b):return a * b

# 从当前目录导入from my_math.basic import add, multiplyprint(add(2, 3))       # 5print(multiply(2, 3))  # 6

1. 1. 当前目录
2. 2. 环境变量PYTHONPATH指定的目录
3. 3. Python安装目录的标准库
4. 4. 第三方库安装目录（如site-packages）

import mathprint(math.__file__)  # 显示math模块的文件路径

# my_module.pydefmain():print("这是主程序")if __name__ == "__main__":# 当直接运行此文件时执行    main()else:# 当被导入为模块时执行print("my_module被导入")

• • 提供模块的测试代码
• • 防止导入时自动执行不必要的代码
• • 提高代码的复用性

"""math_operations.py一个简易的数学运算库，包含基本运算函数"""defadd(*numbers):"""    计算任意数量数字的和    参数:        *numbers: 任意数量的数字    返回:        所有数字的和    示例:        >>> add(1, 2, 3)        6        >>> add(10, 20, 30, 40)        100    """returnsum(numbers)defsubtract(a, b):"""    计算两个数的差    参数:        a: 被减数        b: 减数    返回:        a - b 的结果    """return a - bdefmultiply(*numbers):"""    计算任意数量数字的乘积    参数:        *numbers: 任意数量的数字    返回:        所有数字的乘积    注意:        如果没有传入参数，返回1（乘法的单位元）    """ifnot numbers:return1    result = 1for num in numbers:        result *= numreturn resultdefdivide(a, b):"""    计算两个数的商    参数:        a: 被除数        b: 除数    返回:        a / b 的结果    异常:        ZeroDivisionError: 当除数为0时抛出    """if b == 0:raise ZeroDivisionError("除数不能为0")return a / bdefpower(base, exponent):"""    计算幂运算    参数:        base: 底数        exponent: 指数    返回:        base的exponent次幂    """return base ** exponent# 模块测试代码if __name__ == "__main__":# 测试加法print("加法测试:")print(f"1 + 2 = {add(1, 2)}")print(f"1 + 2 + 3 + 4 = {add(1, 2, 3, 4)}")# 测试减法print("\n减法测试:")print(f"10 - 3 = {subtract(10, 3)}")# 测试乘法print("\n乘法测试:")print(f"2 × 3 = {multiply(2, 3)}")print(f"2 × 3 × 4 = {multiply(2, 3, 4)}")# 测试除法print("\n除法测试:")print(f"10 ÷ 2 = {divide(10, 2)}")# 测试幂运算print("\n幂运算测试:")print(f"2³ = {power(2, 3)}")

"""parameter_demo.py展示Python函数参数传递的各种方式"""defstudent_info(name, age, city="北京", *hobbies, **additional_info):"""    收集学生信息的函数，演示各种参数类型    参数:        name: 姓名（位置参数）        age: 年龄（位置参数）        city: 城市（默认参数）        *hobbies: 兴趣爱好（可变位置参数）        **additional_info: 附加信息（可变关键字参数）    返回:        包含所有信息的字典    """    info = {"姓名": name,"年龄": age,"城市": city    }# 处理兴趣爱好if hobbies:        info["兴趣爱好"] = list(hobbies)# 处理附加信息if additional_info:        info.update(additional_info)return infodefdemonstrate_parameter_types():"""演示各种参数传递方式"""print("=== 参数传递方式演示 ===\n")# 1. 基本位置参数print("1. 基本位置参数:")    student1 = student_info("张三", 20)print(f"  {student1}")# 2. 使用关键字参数（顺序不重要）print("\n2. 关键字参数（顺序自由）:")    student2 = student_info(age=22, name="李四", city="上海")print(f"  {student2}")# 3. 使用默认参数print("\n3. 使用默认参数（不传递city）:")    student3 = student_info("王五", 21)print(f"  {student3}")# 4. 可变位置参数（*hobbies）print("\n4. 可变位置参数（多个兴趣爱好）:")    student4 = student_info("赵六", 23, "广州", "篮球", "音乐", "阅读")print(f"  {student4}")# 5. 可变关键字参数（**additional_info）print("\n5. 可变关键字参数（附加信息）:")    student5 = student_info("钱七", 24, "深圳", "摄影",         班级="计算机1班",         学号="20230001"    )print(f"  {student5}")# 6. 混合使用print("\n6. 所有参数类型混合使用:")    student6 = student_info("孙八",25,"成都","游泳", "爬山", "编程",        电话="13800138000",        邮箱="sunba@example.com",        成绩={"数学": 95, "英语": 88}    )print(f"  {student6}")defdemonstrate_argument_unpacking():"""演示参数解包"""print("\n=== 参数解包演示 ===\n")# 准备数据    positional_args = ("周九", 26)    keyword_args = {"city": "杭州", "专业": "软件工程"}print("使用*解包位置参数:")    student = student_info(*positional_args)print(f"  {student}")print("\n使用**解包关键字参数:")    student = student_info("吴十", 27, **keyword_args)print(f"  {student}")print("\n同时解包位置参数和关键字参数:")    student = student_info(*positional_args, **keyword_args)print(f"  {student}")if __name__ == "__main__":    demonstrate_parameter_types()    demonstrate_argument_unpacking()

school_management/├── __init__.py├── students/│   ├── __init__.py│   ├── basic_info.py    # 学生基本信息模块│   ├── grades.py        # 成绩管理模块│   └── utils.py         # 工具函数├── teachers/│   ├── __init__.py│   └── management.py    # 教师管理模块└── main.py              # 主程序

"""学生基本信息模块"""defcreate_student(name, age, student_id):"""    创建学生基本信息    参数:        name: 姓名        age: 年龄        student_id: 学号    返回:        包含学生信息的字典    """return {"name": name,"age": age,"student_id": student_id,"courses": []  # 初始为空列表    }defadd_course(student, course_name):"""    为学生添加课程    参数:        student: 学生信息字典        course_name: 课程名称    返回:        更新后的学生信息    """if"courses"notin student:        student["courses"] = []if course_name notin student["courses"]:        student["courses"].append(course_name)return studentdefget_student_summary(student):"""    获取学生信息摘要    参数:        student: 学生信息字典    返回:        格式化的学生信息字符串    """    courses = student.get("courses", [])    course_count = len(courses)    summary = f"""    学生信息摘要:    -------------    姓名: {student['name']}    年龄: {student['age']}    学号: {student['student_id']}    课程数量: {course_count}    """if course_count > 0:        summary += "\n    选修课程: " + ", ".join(courses)return summary

"""学生成绩管理模块"""defadd_grade(student, course_name, grade):"""    为学生添加课程成绩    参数:        student: 学生信息字典        course_name: 课程名称        grade: 成绩（0-100）    返回:        更新后的学生信息    异常:        ValueError: 当成绩不在0-100范围内时    """ifnot0 <= grade <= 100:raise ValueError("成绩必须在0-100范围内")# 确保grades字典存在if"grades"notin student:        student["grades"] = {}# 添加或更新成绩    student["grades"][course_name] = gradereturn studentdefcalculate_average(student):"""    计算学生的平均成绩    参数:        student: 学生信息字典    返回:        平均成绩（如果没有成绩返回None）    """    grades = student.get("grades", {})ifnot grades:returnNone    total = sum(grades.values())    average = total / len(grades)returnround(average, 2)defget_grade_report(student):"""    生成成绩报告    参数:        student: 学生信息字典    返回:        格式化的成绩报告字符串    """    grades = student.get("grades", {})ifnot grades:return"暂无成绩信息"    report = "成绩报告:\n"    report += "-" * 30 + "\n"for course, grade in grades.items():        level = "优秀"if grade >= 90else"良好"if grade >= 80else"及格"if grade >= 60else"不及格"        report += f"{course}: {grade}分 ({level})\n"    avg = calculate_average(student)if avg isnotNone:        report += f"\n平均成绩: {avg}分"return report

"""学生管理工具函数"""defvalidate_student_id(student_id):"""    验证学号格式    参数:        student_id: 学号字符串    返回:        bool: 格式是否有效    规则:        - 必须是8位数字        - 前4位是年份        - 后4位是序列号    """ifnotisinstance(student_id, str):returnFalseiflen(student_id) != 8:returnFalseifnot student_id.isdigit():returnFalse    year = int(student_id[:4])    current_year = 2026# 假设当前年份# 年份应该在合理范围内（如2000-当前年份）return2000 <= year <= current_yeardefformat_student_info(student, include_grades=True):"""    格式化学生信息用于显示    参数:        student: 学生信息字典        include_grades: 是否包含成绩信息    返回:        格式化的字符串    """    info = f"【{student['name']}】 学号: {student['student_id']} 年龄: {student['age']}"    courses = student.get("courses", [])if courses:        info += f"\n  课程: {', '.join(courses)}"if include_grades and"grades"in student:        grades = student["grades"]if grades:            grade_info = []for course, grade in grades.items():                grade_info.append(f"{course}:{grade}")            info += f"\n  成绩: {' '.join(grade_info)}"return info

"""学校管理系统主程序演示模块化编程的实际应用"""# 导入我们创建的各种模块from students.basic_info import create_student, add_course, get_student_summaryfrom students.grades import add_grade, calculate_average, get_grade_reportfrom students.utils import validate_student_id, format_student_infodefdemonstrate_module_usage():"""演示模块的使用"""print("=== 学校管理系统演示 ===\n")# 1. 创建学生print("1. 创建学生信息:")    student = create_student("张小凡", 18, "20260001")print(f"   创建成功: {student['name']} (学号: {student['student_id']})")# 2. 添加课程print("\n2. 为学生添加课程:")    student = add_course(student, "Python编程")    student = add_course(student, "数据结构")    student = add_course(student, "数据库原理")print(f"   添加了{len(student['courses'])}门课程")# 3. 添加成绩print("\n3. 录入学生成绩:")try:        student = add_grade(student, "Python编程", 92)        student = add_grade(student, "数据结构", 85)        student = add_grade(student, "数据库原理", 88)print("   成绩录入成功!")except ValueError as e:print(f"   错误: {e}")# 4. 显示学生信息摘要print("\n4. 学生信息摘要:")print(get_student_summary(student))# 5. 显示成绩报告print("\n5. 学生成绩报告:")print(get_grade_report(student))# 6. 计算平均成绩print("\n6. 平均成绩计算:")    avg = calculate_average(student)print(f"   平均成绩: {avg}分")# 7. 验证学号格式print("\n7. 学号格式验证:")    test_ids = ["20260001", "2026abcd", "20260", "19990001"]for test_id in test_ids:        is_valid = validate_student_id(test_id)print(f"   {test_id}: {'有效'if is_valid else'无效'}")# 8. 格式化显示print("\n8. 格式化学生信息:")print(format_student_info(student))defshow_module_structure():"""展示模块结构"""print("\n=== 项目模块结构 ===")print("""school_management/          # 项目根目录├── __init__.py            # 包标识文件├── students/              # 学生管理模块│   ├── __init__.py│   ├── basic_info.py     # 学生基本信息│   ├── grades.py         # 成绩管理│   └── utils.py          # 工具函数├── teachers/              # 教师管理模块│   ├── __init__.py│   └── management.py└── main.py                # 主程序入口优势体现：1. 功能分离：每个模块专注一个领域2. 易于维护：修改一个模块不影响其他部分3. 代码复用：可以在多个项目中重用模块4. 团队协作：不同开发者负责不同模块    """)if __name__ == "__main__":    demonstrate_module_usage()    show_module_structure()print("\n" + "="*50)print("模块化编程的核心优势：")print("1. 代码更清晰：每个文件都有明确职责")print("2. 调试更容易：问题定位到具体模块")print("3. 扩展性更好：添加新功能只需新增模块")print("4. 协作更高效：多人同时开发不同模块")

1. 1. 下面哪个是Python定义函数的关键字？A) funcB) functionC) defD) define
2. 2. 函数中如果没有return语句，默认返回什么？A) 0B) ""C) NoneD) False
3. 3. 下面哪种参数必须放在参数列表的最后？A) 位置参数B) 默认参数C) 可变位置参数(*args)D) 可变关键字参数(**kwargs)
4. 4. 以下代码的输出是什么？

   deffunc(x, y=[]):    y.append(x)return yprint(func(1))print(func(2))

   A) [1] 和 [2]B) [1] 和 [1, 2]C) [1] 和 [2]D) 报错
5. 5. 使用哪个关键字可以在函数内部修改全局变量？A) globalB) nonlocalC) externD) outer
6. 6. 导入math模块中的sqrt函数，正确的写法是？A) import sqrt from mathB) from math import sqrtC) import math.sqrtD) include math.sqrt
7. 7. 下面哪个不是Python的作用域？A) LocalB) GlobalC) StaticD) Built-in
8. 8. 函数可以返回多少个值？A) 只能1个B) 最多2个C) 最多3个D) 任意多个（通过元组）
9. 9. 给模块起别名应该使用哪个关键字？A) aliasB) renameC) asD) using
10. 10. if __name__ == "__main__"的作用是什么？A) 定义主函数B) 防止模块被导入时执行测试代码C) 设置模块版本D) 声明模块作者

1. 1. C) def
2. 2. C) None
3. 3. C) 可变位置参数(*args)
4. 4. B) [1] 和 [1, 2] （注意默认参数的可变对象陷阱！）
5. 5. A) global
6. 6. B) from math import sqrt
7. 7. C) Static
8. 8. D) 任意多个（通过元组）
9. 9. C) as
10. 10. B) 防止模块被导入时执行测试代码

# 原始的单文件版本students = []defadd_student(name, score):    students.append({"name": name, "score": score})defcalculate_average():    total = sum(s["score"] for s in students)return total / len(students) if students else0deffind_top_student():ifnot students:returnNonereturnmax(students, key=lambda s: s["score"])# 主程序add_student("张三", 85)add_student("李四", 92)print(f"平均分: {calculate_average()}")print(f"最高分: {find_top_student()['name']}")

grade_system/├── __init__.py├── student_manager.py    # 学生数据管理├── grade_calculator.py   # 成绩计算逻辑├── report_generator.py   # 报告生成└── main.py              # 程序入口

1. 1. student_manager.py：负责学生的增删改查
• • Student类（包含name和score属性）
• • StudentManager类（管理学生列表）
2. 2. grade_calculator.py：负责成绩计算
• • calculate_average(students)函数
• • find_top_student(students)函数
• • calculate_grade_statistics(students)函数（返回平均分、最高分、最低分）
3. 3. report_generator.py：负责生成各种报告
• • generate_summary_report(students)函数
• • generate_detailed_report(students)函数
• • export_to_csv(students, filename)函数
4. 4. main.py：程序主入口
• • 导入各个模块
• • 演示模块化系统的使用

1. 1. 添加异常处理（如成绩范围0-100）
2. 2. 添加数据持久化（将学生数据保存到文件）
3. 3. 添加单元测试模块

• • 代码结构清晰，易于维护
• • 每个模块职责单一
• • 方便团队协作开发
• • 易于扩展新功能

• • 🏗️ 类和对象：用现实世界的思维建模程序
• • 🔄 继承与多态：构建可扩展的代码家族
• • 🛡️ 封装：保护数据，暴露接口
• • 🎭 魔术方法：让对象更加"Pythonic"

1. 1. 先拆解：把大问题拆成小函数
2. 2. 再组装：把小函数组合成大程序
3. 3. 常重构：随时优化代码结构