Python：函数解释（面向过程）

1. 函数概述　

　　在编程的语境下，函数 (function) 是指一个有命名的、执行某个计算的语句序列 (sequence of statements) 。函数可以针对某类问题建立了通用解决步骤（算法），函数减少了重复代码，从而让程序更简洁、易读、易于操作。

　　函数由对象、语句、表达式组成。

　　函数执行特定的操作并返回一个值（无返回值则隐式返回 None）

　　函数编程是面向过程的。

　　Python函数代码结构和调用如下：

2. 变量

2.1  局部作用域与全局作用域、global语句

　　如果全局作用域变量在局部作用域没有被定义（赋值，或者作为参数），则全局作用域变量可以被局部作用域读取

>>> def func():
    print(a)  # 这种写法是不好的

>>> a = 2     # a是全局作用域变量，但可以被局部作用域读取
>>> func()
2

　　如果变量在局部作用域中被定义了，则局部作用域不会再读取全局作用域的变量，如果在变量被定义前读取，则会引发错误，下面这个例子，Python 编译函数的定义体时， 会先判断 b 是局部变量， 因为在函数中给它赋值了。

>>> b = 5
>>> def func(a):
    print(a)
    print(b)    # 尝试打印b变量出错，程序终止
    b = 8

>>> func(3)
3
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#6>", line 1, in <module>
    func(3)
  File "<pyshell#5>", line 3, in func
    print(b)
UnboundLocalError: local variable 'b' referenced before assignment

　　如果在函数中赋值时想让解释器把 b 当成全局变量， 要使用 global 语句声明：

>>> b = 6
>>> def func(a):
    global b  # global语句声明了变量b为全局变量
    print(a)
    print(b)
    b = 8

>>> func(3)
3
6

2.2  闭包和自由变量、nonlocal语句

　　自由变量（free variable），是指未在本地作用域中绑定的变量。如果自由变量绑定的值是可变的，则在闭包中仍然可以操作该变量，如果是不可变的（数字、字符串等），则在闭包中重新绑定自由变量会出错

def make_averager():
count = 0
total = 0
def averager(new_value):
count += 1
total += new_value
return total / count
return averager

>>> avg = make_averager()
>>> avg(10)
Traceback (most recent call last):
...
UnboundLocalError: local variable 'count' referenced before assignment

　　要让闭包把变量标记为自由变量，可以用nonlocal语句声明，nonlocal语句解决了上面的问题

def make_averager():
    count = 0
    total = 0
    def averager(new_value):
        nonlocal count, total   # 声明count、total为自由变量
        count += 1
        total += new_value
        return total / count
    return averager

2.2  变量赋值的一些经验（for循环中）

　　在下面这个例子中，words = Regex2.sub(replace,words,1) 这一句实际上如同增强赋值，如果将words换为其他名称，如a或b等都得不到想要的结果，而且，这样做也省去后面读写文件的一些麻烦

# （文件读写）疯狂填词2.py

'''
创建一个疯狂填词（ Mad Libs）程序，它将读入文本文件， 并让用户在该文本
文件中出现 ADJECTIVE、 NOUN、 ADVERB 或 VERB 等单词的地方， 加上他们自
己的文本。例如，一个文本文件可能看起来像这样：
The ADJECTIVE panda walked to the NOUN and then VERB. A nearby NOUN was
unaffected by these events.
程序将找到这些出现的单词， 并提示用户取代它们。
Enter an adjective:
silly
Enter a noun:
chandelier
Enter a verb:
screamed
Enter a noun:
pickup truck
以下的文本文件将被创建：
The silly panda walked to the chandelier and then screamed. A nearby pickup
truck was unaffected by these events.
结果应该打印到屏幕上， 并保存为一个新的文本文件。
'''

import re

def mad_libs(filename_path, save_path):
    with open(filename_path,'r') as strings: # 相对路径下的文档
        words = strings.read()
    Regex = re.compile(r'\w[A-Z]+')   # \w ：匹配1个任何字母、数字或下划线
    finds = Regex.findall(words)
    for i in finds:
        replace = input('输入你想替换 {} 的单词:\n'.format(i))
        Regex2 = re.compile(i)
        words = Regex2.sub(replace,words,1) # 这个变量必须要是words与上面一致否则只打印最后替换的一个,可以画栈堆图跟踪这个变量的值
    print(words)

    # strings.close()  不用这一行，with 上下文管理器会自动关闭

    with open(save_path,'a') as txt:
        txt.write(words + '\n') #分行写
        txt.close()

    # save_txt = open('保存疯狂填词文档.txt','a')
    # save_txt.write(words)
    # save_txt.close()

if __name__ == '__main__':
    filename_path = input('输入要替换的txt文本路径：')    # '疯狂填词原始文档.txt'
    save_path = input('输入要保存的文件路径(包含文件名称）:') # '保存疯狂填词文档.txt'
    mad_libs(filename_path, save_path)

3. 参数

3.1  形参和实参

　　在def语句中，位于函数名后面的变量通常称为形参，而调用函数时提供的值称为实参。在函数内部重新关联参数（即绑定，也就是赋值）时，函数外部的变量不受影响。

>>> def try_to_change(n):
... n = 'Mr. Gumby'
...
>>> name = 'Mrs. Entity'
>>> try_to_change(name)
>>> name
'Mrs. Entity'

4. 栈堆图

　　参考自《像计算机科学家一样思考Python》

# 栈堆图.py

def print_twice ( bruce ):
    print ( bruce )
    print ( bruce )

def cat_twice (part1 , part2 ):
    cat = part1 + part2
    print_twice (cat)

line1 = 'Bing tiddle'
line2 = 'tiddle bang .'

cat_twice (line1 , line2 )

1. 每个函数用一个栈帧 (frame) 表示。一个栈帧就是一个线框，函数名在旁边，形参以及
函数内部的变量则在里面。前面例子的堆栈图如图 3.1所示。
2. 这些线框排列成栈的形式，说明了哪个函数调用了哪个函数等信息。在此例中，print_twice
被 cat_twice 调用，cat_twice 又被 __main__ 调用，__main__ 是一个表示最上层栈帧的特殊名
字。当你在所有函数之外创建一个变量时，它就属于 __main__。
3. 每个形参都指向其对应实参的值。因此，part1 和 line1 的值相同，part2 和 line2 的值相
同，bruce 和 cat 的值相同。
4. 如果函数调用时发生错误，Python 会打印出错函数的名字以及调用它的函数的名字，以
及调用后面这个函数 的名字，一直追溯到 __main__ 为止。
例如，如果你试图在 print_twice 里面访问 cat ，你将获得一个 NameError ：
5. 这个函数列表被称作回溯 (traceback) 。它告诉你发生错误的是哪个程序文件，错误在
哪一行，以及当时在执行哪个函数。它还会显示引起错误的那一行代码。
回溯中的函数顺序，与堆栈图中的函数顺序一致。出错时正在运行的那个函数则位于回
溯信息的底部。

3. 函数代码实践（源自《Python编程快速上手  让繁琐工作自动化》）

'''
    编写一个名为 collatz()的函数，它有一个名为 number 的参数。如果参数是偶数，那么 collatz()就打印出 number // 2， 并返回该值。
如果 number 是奇数， collatz()就打印并返回 3 * number + 1。
让用户输入一个整数， 并不断对这个数调用 collatz()， 直到函数返回值１
（令人惊奇的是， 这个序列对于任何整数都有效， 利用这个序列，你迟早会得到 1！ 既使数学家也不能确定为什么。 你的程序在研究所谓的“Collatz序列”，
它有时候被称为“最简单的、 不可能的数学问题”）。
    在前面的项目中添加 try 和 except 语句，检测用户是否输入了一个非整数的字符串。正常情况下， int()函数在传入一个非整数字符串时，会产生 ValueError 误，
比如 int('puppy')。在 except 子句中，向用户输出一条信息，告诉他们必须输入一个整数。
'''

def collatz(number):
    if number == 1:
        return 1
    elif number % 2 == 0:
        numbers = number // 2
        print(numbers)
        collatz(numbers)
    elif number % 2 == 1:
        numbers = 3*number + 1
        print(numbers)
        collatz(numbers)
try:
    number = int(input("请输入一个整数->:"))
    collatz(number)
except ValueError:
    print("please input a integer number")