第四章：函数与模块

函数和模块是 Python 编程中的两个核心概念。通过掌握它们，你可以显著提高代码的可重用性和组织性。在这一章中，我们将深入探讨函数的定义、调用、参数与返回值，匿名函数，以及模块和包的使用。

1. 函数

1.1 函数的定义与调用

函数是组织好的、可重复使用的、用于实现单一或相关联功能的代码块。Python 使用 def 关键字来定义函数。

示例：

def greet(name):
    print(f"Hello, {name}!")

调用函数：

greet("Alice")

输出：

Hello, Alice!

1.2 函数参数与返回值

函数可以接收参数并返回值。

示例：

def add(a, b):
    return a + b
result = add(3, 5)
print(result)

输出：

8

可选参数和默认值

你可以为参数指定默认值，从而使其成为可选参数。

示例：

def greet(name="Stranger"):
    print(f"Hello, {name}!")
greet()
greet("Bob")

输出：

Hello, Stranger!
Hello, Bob!

1.3 匿名函数（lambda 表达式）

匿名函数使用 lambda 关键字定义，通常用于需要一个简单函数的场合。

示例：

add = lambda x, y: x + y
print(add(2, 3))

输出：

5

2. 模块与包

模块和包是 Python 中组织代码的基本单位。

2.1 模块的导入与使用

模块是一个包含 Python 定义和语句的文件。通过 import 关键字可以引入模块。

示例：

import math
print(math.sqrt(16))

输出：

4.0

你也可以引入模块中的特定函数或变量：

from math import pi, sqrt
print(pi)
print(sqrt(16))

输出：

3.141592653589793
4.0

2.2 常用标准库模块

Python 提供了丰富的标准库模块，这里介绍几个常用的。

math 模块

提供了基本的数学函数和常量。

import math
print(math.factorial(5))  # 阶乘
print(math.gcd(48, 180))  # 最大公约数

random 模块

用于生成随机数。

import random
print(random.randint(1, 10))  # 随机整数
print(random.choice(['apple', 'banana', 'cherry']))  # 随机选择

time 模块

提供了与时间相关的函数。

import time
print(time.time())  # 当前时间戳
time.sleep(2)  # 休眠2秒
print("Done")

2.3 自定义模块与包

你可以创建自己的模块，将相关的函数和类放在一个文件中，然后在其他文件中引入它们。

创建模块

创建一个名为 mymodule.py 的文件：

# mymodule.py
def hello():
    print("Hello from mymodule")

在另一个文件中使用这个模块：

import mymodule
mymodule.hello()

创建包

包是一个包含多个模块的目录。使用包可以更好地组织代码。

创建一个名为 mypackage 的目录，并在其中创建一个 __init__.py 文件和一些模块：

mypackage/
    __init__.py
    module1.py
    module2.py

__init__.py 文件可以是空的，但它表示 mypackage 是一个包。

在 module1.py 文件中定义一些函数：

# module1.py
def foo():
    print("foo from module1")

在 module2.py 文件中定义一些函数：

# module2.py
def bar():
    print("bar from module2")

现在你可以在其他文件中使用这个包：

from mypackage import module1, module2
module1.foo()
module2.bar()

输出：

foo from module1
bar from module2

通过掌握这些知识，你可以更好地组织和管理你的 Python 项目，提高代码的可读性和可维护性。下一章我们将深入探讨 Python 的文件操作。