Python程序設(shè)計教程（工作手冊式） 課件 情景三 優(yōu)化程序的性能

Python程序設(shè)計教程

（工作手冊式）情景三

優(yōu)化程序的性能任務(wù)mission1234函數(shù)異常處理面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計包與庫5文件操作任務(wù)一函數(shù)一.函數(shù)的定義在實際開發(fā)中，如果想把一段功能獨立的代碼進(jìn)行封裝，我們就可以在這段代碼的上方，先寫上def關(guān)鍵字（def這個關(guān)鍵字是英文單詞define的縮寫，它的中文含義就是定義），def之后先空格，然后再給你這段代碼取個名字；函數(shù)名的后邊緊跟的是一對小括號或者叫圓括號，圓括號的后面再緊跟一個重要的冒號。冒號后一定要換行縮進(jìn)再定義函數(shù)體，函數(shù)體內(nèi)就是我們要封裝的函數(shù)功能代碼。我們編寫一個say_hello的函數(shù)，如右圖所示。defsay_hello():print("Hello!")print("Howareyou!")print("Goodmorning!")二.函數(shù)調(diào)用函數(shù)的定義實現(xiàn)了函數(shù)的功能，函數(shù)定義好了，如果不用放在哪也就只是擺設(shè)，怎么將其用起來，即函數(shù)調(diào)用。函數(shù)調(diào)用很簡單，通過函數(shù)名和它后邊那對圓括號，便可完成，后邊那對圓括號叫形參表。我們要調(diào)用say_hello函數(shù)，直接使用函數(shù)名加形參表就可以了，如：say_hello()特別需要注意的是：函數(shù)定義了一定要調(diào)用才會工作，你不調(diào)用它是不會主動工作的。三.形參形參是指定義函數(shù)時，圓括號中的參數(shù)，形參是用來接收實參的值的，它只能在函數(shù)內(nèi)部作為變量使用。在定義函數(shù)頭部時，圓括號中便可以列舉出需要用到的形參的名稱，多個形參之間用逗號分隔。例如，定義一個求兩數(shù)之和的函數(shù)，代碼可以編寫為：這里的num1和num2就是用來表示加數(shù)與被加數(shù)的形參。所謂形參，從字面意思我們可以看出，它只是形式參數(shù)，并沒有實際值，當(dāng)函數(shù)需要數(shù)據(jù)傳遞時，就需要在形參表設(shè)置形參，它的作用是等待別人傳遞數(shù)據(jù)給它。形參的作用有兩個：一是告訴外部把值傳到我這里來，二是在函數(shù)內(nèi)部當(dāng)作變量運算。def

sum(num1,num2):四.

實參實參是指調(diào)用函數(shù)時，圓括號中的參數(shù)，實參用來存放數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳遞給形參。剛才定義的求和的sum()函數(shù)調(diào)用時，如果是將12和5兩數(shù)求和，可以將被加數(shù)12和加數(shù)5的值寫進(jìn)實參表，編寫為：實參的作用只有一個：把數(shù)據(jù)傳遞給形參。sum圓括號12逗號5，這里的12和5就是實參。調(diào)用語句就是直接使用已經(jīng)定義好的函數(shù)功能：將實參12傳遞給函數(shù)中的形參num1,實參5將傳遞給函數(shù)中的形參num2。sum(12,5)五.法變量的作用域變量的作用域就是變量在什么范圍內(nèi)起作用，一個變量在不同的位置，它的作用域也是不一樣的。定義在函數(shù)外部的變量稱為全局變量，全局變量的作用域是整個全局;局部變量是在函數(shù)的內(nèi)部定義，只能在其聲明的函數(shù)內(nèi)部使用。defadd():s=n1+n2returnsn1=1n2=2result=add()print('{}+{}={}'.format(n1,n2,result))deflocalvar():

n3=1returnlocalvar()print(n3)六.編寫函數(shù)求圓的面積首先定義一個求圓面積的函數(shù)defcircle(radius)；再通過for循環(huán)控制運行3次，在for循環(huán)體中使用input函數(shù)輸入圓的半徑，接著調(diào)用circle(將用戶輸入的半徑傳遞給radius)；再通過return

語句返回計算后圓的面積，最后使用print(接收return變量)輸出面積。defcircle1(radius):area=3.14*radius**2returnareaforiinrange(3):r=float(input("請輸入圓的半徑:"))s=circle1(r)print('圓的面積為:{:.3f}'.format(s))七.任務(wù)一小結(jié)通過本次任務(wù)的學(xué)習(xí)和實踐，使我們了解了函數(shù)的功能和特點，掌握了函數(shù)的定義和調(diào)用的方法，并且通過綜合實訓(xùn)的引導(dǎo)，能夠熟練運用多種方法編寫函數(shù)來解決實際問題。如果需要編寫的程序非常復(fù)雜，可以將其分解為多個函數(shù)，由團(tuán)隊成員分工協(xié)作一同來完成；函數(shù)也需要合作，合作才能共贏。任務(wù)二面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計一.面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計1.對象的引入

對象（object）是一種數(shù)據(jù)抽象或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)抽象，用來表示程序中需要處理或已處理的信息。Python從設(shè)計之初就是一門面向?qū)ο蟮恼Z言，它有一個重要的概念，即一切皆對象。數(shù)字、字符串、元組、列表、字典、函數(shù)、方法、類、模塊等等都是對象。將對象的特征用狀態(tài)和行為來表示，狀態(tài)就是靜態(tài)屬性，主要指對象包含的各種信息，如學(xué)號、姓名、性別、籍貫等；行為就是動態(tài)屬性，表示對象所具有的功能和操作，如學(xué)習(xí)、吃飯、體育鍛煉等。一.面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計2.類的定義在Python的世界中也是同樣道理，要創(chuàng)建一個個的對象，就要先創(chuàng)建模具,也是先創(chuàng)建一個類。那如何定義類呢？使用關(guān)鍵字class來表示類，后面加空格再寫類名，類名后同樣需要緊跟一個重要的冒號，即class類名:，在定義類時，類名要遵循大駝峰命名法，比如定義一個汽車類，它的成員變量有：品牌、型號、顏色、價格；它的成員方法有：行駛。classCar:brand='長城'

type='H6''color='黑色'

price='120000'defdrive(self):print('Icanrun')一.面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計3.對象的創(chuàng)建與使用汽車類創(chuàng)建完成以后，怎么通過汽車類來創(chuàng)建對象呢？這一步非常簡單，可以使用對象名=類名()來完成，此時我們要創(chuàng)建一個car1對象名，則直接通過car1=Car()來完成對象的創(chuàng)建，參考代碼如下：car1=Car() #創(chuàng)建car1對象car1.brand='長安' #訪問成員變量car1.type='CS75'

#調(diào)用成員方法car1.drive()二.封裝1.封裝的引入

封裝（Encapsulation）是對具體對象的一種抽象，即將某些部分隱藏起來，在程序外部看不到，其含義是其他程序無法調(diào)用。要了解封裝，離不開“私有化”，就是將類或者是函數(shù)中的某些屬性限制在某個區(qū)域之內(nèi)，外部無法調(diào)用。在類中把某些屬性和方法隱藏起來(或者說定義成私有的)，只在類的內(nèi)部使用、外部無法訪問，或者留下少量接口（函數(shù)）供外部訪問。Python中私有化的方法也比較簡單，即在準(zhǔn)備私有化的屬性和方法名字前面加兩個下劃線（__）即可。二.封裝2.封裝練習(xí)

將學(xué)生類Student中成員變量年齡age和性別gender私有化；同時將成員方法study()封裝起來，參考代碼如右1所示。接下來，通過學(xué)生類Student創(chuàng)建一個學(xué)生對象jack，再使用對象jack來訪問學(xué)生類Student中的成員變量和成員方法，參考代碼如右2所示。classStudent:name='張三'

__age=18

__gender='男'

def__study(self):print('努力學(xué)習(xí)')

defeat(self):print('認(rèn)真吃飯')

defsleep(self):print('好好休息')jack=Student()print()print(jack.age)print(jack.gender)jack.study()jack.eat()jack.sleep()二.封裝2.封裝練習(xí)但是，隱藏并不是目的，定義了屬性和方法就是為了使用，我們可以在學(xué)生類中再定義兩個公共的方法，讓這兩個方法去訪問同類中的私有屬性和方法，這樣就可以間接讓學(xué)生類外的對象訪問私有屬性和方法了，參考代碼如下。classStudent:name='張三'

__age=18

__gender='男'

def__study(self):print('努力學(xué)習(xí)')

defeat(self):print('認(rèn)真吃飯')

defsleep(self):print('好好休息')

defgetattribute(self):returnself.__age,self.__genderdefgetmethod(self):returnself.__study()jack=Student()print()print(jack.getattribute())jack.getmethod()jack.eat()jack.sleep()三.繼承1.怎么繼承

繼承是指將一個具有廣泛意義的類定義為父類（又稱為基類或超類），新建的類可以繼承一個或者多個父類，新建的類稱為子類（派生類）。子類的創(chuàng)建語法格式如下。class子類名（父類名）：

成員變量的定義(新增或修改）成員方法的定義(新增或修改）三.繼承2.單繼承創(chuàng)建一個動物類Animal，該類具有吃、喝、跑、睡4個方法，參考代碼如下。再創(chuàng)建一個貓類Cat，讓它繼承動物類，品種為貍花貓，并且新增一個捉老鼠的方法；再創(chuàng)建一個狗類Dog，讓它繼承動物類，品種為中華田園犬，并且新增一個看家護(hù)院的方法；參考代碼如下。classAnimal:defeat(self):print('吃',end='')defdrink(self):print('喝',end='')defrun(self):print('跑',end='')defsleep(self):print('睡')classCat(Animal):breed='貍花貓'

defwork(self):print('捉老鼠')classDog(Animal):breed='中華田園犬'

defwork(self):print('看家護(hù)院')四.多態(tài)python中，多態(tài)是指不同的子類對象調(diào)用相同的父類方法，產(chǎn)生不同的執(zhí)行結(jié)果。多態(tài)一般指一類事物多種形態(tài)，同時一個類有多個子類，因而多態(tài)的概念依賴于繼承。實現(xiàn)多態(tài)的兩個前提：一是要有繼承（多態(tài)必須發(fā)生在父類和子類之間）；二是子類必須重寫父類的方法?，F(xiàn)在我們繼續(xù)使用單繼承的案例來講解多態(tài)的知識點，首先定義一個Animal父類，在該類中寫一個who方法；再寫兩個子類Cat和Dog繼承Animal類，并且每個子類都重寫父類的who方法，輸出該子類動物的名字。classAnimal:

defwho(self):print('我是小動物')classCat(Animal):

defwho(self):print('我是貍花貓')

defwork(self):print('捉老鼠')classDog(Animal):

defwho(self):print('我是中華田園犬')

defwork(self):print('看家護(hù)院')a1=Animal()c1=Cat()d1=Dog()a1.who()c1.who()d1.who()五.任務(wù)二小結(jié)通過本次任務(wù)的學(xué)習(xí)和實踐，使我們了解了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的特征和優(yōu)勢，掌握了類的定義、對象的創(chuàng)建和使用；同時能夠熟練完成封裝、繼承和多態(tài)的程序設(shè)計和編碼。封裝增加了代碼的安全性、繼承提高了代碼的可重用性、多態(tài)增強了代碼的靈活度和可擴展性。任務(wù)三

異常處理一.異常處理1.異常的概念當(dāng)我們在寫Python代碼的時候，或多或少都會遇到代碼錯誤或者異常的情況，那異常與錯誤有什么區(qū)別呢?異常是指不完整、不合法輸入，或者計算出現(xiàn)錯誤（但這時的語法和邏輯是正確的）；錯誤是指代碼不符合解釋器或者編譯器語法要求。當(dāng)程序運行時，如果Python解釋器遇到一個錯誤，會停止程序的執(zhí)行并且提示一些錯誤信息，這就是異常。通常將程序停止執(zhí)行并且提示錯誤信息這個動作稱之為：拋出異常。在程序開發(fā)時，很難把所有的特殊情況都處理的面面俱到，通過異常捕獲可以針對突發(fā)事件做集中的處理，從而保證程序的穩(wěn)定性和健壯性。二.異常處理2.捕獲異常在程序開發(fā)中，如果對某些代碼的執(zhí)行不確定是否正確，可以增加try來捕獲異常。try：嘗試，下方編寫要嘗試的代碼，不確定是否能正常執(zhí)行的代碼；except：如果不是，下方編寫嘗試失敗的代碼。捕獲異常的語法格式如下：try:

嘗試執(zhí)行的代碼except:

出現(xiàn)錯誤的處理方法二.異常處理3.常見異常序號異常名稱描述1AttributeError對象沒有這個屬性2EOFError沒有內(nèi)建輸入,到達(dá)EOF標(biāo)記3IndexError序列中沒有該索引(index)4ImportError導(dǎo)入模塊/對象失敗

5IOError輸入/輸出操作失敗6KeyError映射中沒有該鍵7LookupError無效數(shù)據(jù)查詢的基類

8NameError未聲明/初始化對象(沒有屬性)9OSError操作系統(tǒng)錯誤10SyntaxErrorPython語法錯誤11TypeError對類型無效的操作12TabErrorTab和空格混用13ValueError傳入的參數(shù)無效14WindowsError系統(tǒng)調(diào)用失敗15UnicodeErrorUnicode相關(guān)的錯誤

16ZeroDivisionError除（或取模）零（所有數(shù)據(jù)類型）三.任務(wù)三小結(jié)通過本次任務(wù)的學(xué)習(xí)和實踐，使我們了解了異常處理的功能和特點，掌握了常見異常名稱和錯誤類型捕獲的方法，養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣；并且通過綜合實訓(xùn)的引導(dǎo)，能夠熟練捕獲異常以及出現(xiàn)錯誤后的處理方法。實際上這和我們做人做事的道理是一樣的，同學(xué)們要努力拓展知識的寬度和深度，面對同一個問題，多思考，多實踐，多改進(jìn)，多總結(jié)。沒有做不到，只有想不到，這也是學(xué)無止境的道理。任務(wù)四

包與庫一.包與庫1.什么是包簡單來說，包(package)就是一個文件夾，每個包目錄中必須存在__init__.py文件，也就是裝著__init__.py文件的文件夾，該文件的內(nèi)容可以為空。包是一個分層次的文件目錄結(jié)構(gòu)，是模塊和子包的集合體。2.

什么是庫

庫(library)，是模塊和包的集合，分為標(biāo)準(zhǔn)庫、第三方庫和自定義庫；Python的標(biāo)準(zhǔn)庫也稱為Python內(nèi)置庫，是隨著Python安裝的時候默認(rèn)自帶的庫，常用標(biāo)準(zhǔn)庫如右表所示。常用的標(biāo)準(zhǔn)庫序號名稱功能描述1os操作系統(tǒng)管理2sys解釋器交互3shutil文件管理4math數(shù)學(xué)常數(shù)和數(shù)學(xué)函數(shù)5random隨機數(shù)6datetime日期和時間7time時間訪問和轉(zhuǎn)換8jsonJSON編碼和解碼9glob查找文件10urllibhttp訪問一.包與庫3.包的使用首先打開PyCharm，在當(dāng)前項目(D:\py)上單擊右鍵，選擇“New”，在彈出的子菜單中選擇創(chuàng)建“Pythonpackage”，輸入包名“cqcvc”后回車確定即可；緊接著鼠標(biāo)右鍵單擊該包名，創(chuàng)建三個py文件分別是__init__.py、div.py和leapyear.py。一.包與庫4.導(dǎo)入包（1）import包名[.模塊名[as別名]]（2）from包名import模塊名[as別名]（3）from包名.模塊名import成員名[as別名]二.標(biāo)準(zhǔn)庫在常用標(biāo)準(zhǔn)庫中有一個操作文件和文件夾的os庫，它提供通用的、基本的操作系統(tǒng)交互功能，主要有：系統(tǒng)相關(guān)變量和操作、文件和目錄相關(guān)操作、執(zhí)行命令和管理進(jìn)程，使用print(dir(os))可以發(fā)現(xiàn)，os標(biāo)準(zhǔn)庫包含了豐富的函數(shù)。os標(biāo)準(zhǔn)庫還包含了一個path子模塊，該子模塊主要提供了豐富的路徑操作方法，處理文件路徑及信息等操作。三.第三方庫1.

NumPy

NumPy是Python的一種開源的數(shù)值計算擴展，提供了矩陣運算的功能，其一般與Scipy、matplotlib一起使用，可用來存儲和處理大型矩陣，比Python自身的嵌套列表結(jié)構(gòu)要高效。2.

matplotlib

matplotlib是一個python2D繪圖庫，利用它可以畫出許多高質(zhì)量的圖像，開發(fā)者僅需要幾行代碼，便可以生成直方圖，條形圖，餅圖，散點圖等。四.任務(wù)四小結(jié)通過本次任務(wù)的學(xué)習(xí)和實踐，使我們了解了包與庫的區(qū)別和特點，掌握了如何創(chuàng)建包和導(dǎo)入包的三種方法，并且通過綜合實訓(xùn)的引導(dǎo)，能夠熟練運用標(biāo)準(zhǔn)庫大幅提高程序開發(fā)的效率；能夠安裝和使用第三方庫完成特定功能的實現(xiàn)。功能強大的第三方庫，可以讓開發(fā)者站在巨人的肩膀上工作，將重要工作由造輪子變成了找輪子,而一個好的輪子有以下特殊：開源、低耦合、有開發(fā)文檔、接口友好、社區(qū)相對活躍等。為了找到好輪子，需要同學(xué)們具備信息檢索能力、外文資料閱讀能力和代碼閱讀能力以及平時的經(jīng)驗積累。正所謂：“不積跬步無以至千里，不積小流無以成江?！?。任務(wù)五

文件操作一.文件的打開與關(guān)閉1.文件的打開打開文件使用open內(nèi)置函數(shù)來實現(xiàn)，open底層調(diào)用的是操作系統(tǒng)的接口；打開文件可以使用open和withopen兩種方式來完成，具體格式如下。f1=open(文件名,讀寫模式,encoding='utf-8')withopen(文件名,讀寫模式,encoding='utf-8')asf2:序號讀寫模式描述1‘r’以只讀方式打開文件（默認(rèn)方式）2‘w’以只寫方式打開文件（打開時清空文件