第六节python的特殊语法和常用模块

刘珍

目录一、特殊语法1.1高阶函数1.2函数嵌套1.3装饰器二、常用的模块2.1time模块2.1.1时间的表示方式2.1.2time的使用方式2.2datetime模块2.2.1datetime模块总览2.2.2date类2.2.3time类2.2.4datetime类2.2.5timedelta类2.3random模块2.4目录和文件操作—os,os.path2.4.1目录操作2.4.2读写操作2.5struct模块2.5.1`struct`模块介绍2.5.2`struct`模块的应用2.5.3struct中的格式化字符串2.5.4struct使用例子一、特殊语法1.1高阶函数        ython确实支持函数式编程，并提供了一些内置的高阶函数，这些函数可以接受其他函数作为参数，从而使代码更加简洁和功能强大。以下是您提到的几个函数及其用法：###`filter`        `filter`函数用于过滤序列，过滤掉不符合条件的元素，返回一个迭代器，其中包含所有符合条件的元素。#定义一个函数，用于判断一个数是否为偶数defis_even(n):returnn%2==0#使用filter函数过滤列表中的偶数numbers=[1,2,3,4,5,6]even_numbers=filter(is_even,numbers)#转换为列表even_numbers_list=list(even_numbers)print(even_numbers_list)#输出:[2,4,6]###`map`        `map`函数用于对序列中的每个元素应用一个函数，返回一个包含所有结果的迭代器。#定义一个函数，用于计算一个数的平方defsquare(n):returnn*n#使用map函数计算列表中每个数的平方numbers=[1,2,3,4,5]squared_numbers=map(square,numbers)#转换为列表squared_numbers_list=list(squared_numbers)print(squared_numbers_list)#输出:[1,4,9,16,25]###`reduce`        `reduce`函数用于对序列中的元素进行累积计算，返回一个单一的值。需要注意的是，`reduce`函数在Python3中被移到了`functools`模块中。fromfunctoolsimportreduce#定义一个函数，用于计算两个数的乘积defmultiply(x,y):returnx*y#使用reduce函数计算列表中所有数的乘积numbers=[1,2,3,4,5]product=reduce(multiply,numbers)print(product)#输出:120        这些函数都是高阶函数，因为它们接受其他函数作为参数。通过使用这些函数，你可以编写更简洁、更功能化的代码，同时减少循环和临时变量的使用。1.2函数嵌套        ython中有一个特殊的语法，虽然不常见，但在某些情况下确实有用，那就是嵌套函数。嵌套函数是指一个函数定义在另一个函数内部。外层函数返回内层函数，即返回的是函数本身。以下是您提供的代码的修改版本：defouter(factor):definner(number):returnnumber*factorreturninner在这个例子中：1.`outer`是一个外部函数，它接受一个参数`factor`。2.`inner`是一个内部函数，它定义在`outer`内部，并接受一个参数`number`。3.`inner`函数返回`number`乘以`factor`的结果。4.`outer`函数返回`inner`函数本身。        需要注意的是，返回的`inner`函数可以访问其定义所在的作用域，即它携带了定义时的环境信息。这种现象被称为闭包。        闭包允许函数记住并访问其定义时所在的作用域中的变量，即使这个函数在其定义的作用域之外被调用。这是Python中一个强大且灵活的特性，常用于需要函数携带状态信息的场景。1.3装饰器        ython中的装饰器（Decorator）是一种用于修改函数或方法行为的高级功能。装饰器本质上是一个函数，它接受一个函数作为参数，并返回一个新的函数。装饰器通常用于在不修改原函数代码的情况下，添加日志记录、性能计时、权限检查等功能。装饰器使用`@`符号来应用，语法如下：@decorator_functiondefmy_function():pass这等价于：defmy_function():passmy_function=decorator_function(my_function)以下是一个简单的装饰器示例，用于在函数调用前后打印消息：defmy_decorator(func):defwrapper():print("Somethingishappeningbeforethefunctioniscalled.")func()print("Somethingishappeningafterthefunctioniscalled.")returnwrapper@my_decoratordefsay_hello():print("Hello!")#调用被装饰的函数say_hello()输出结果将是：Somethingishappeningbeforethefunctioniscalled.Hello!Somethingishappeningafterthefunctioniscalled.###带参数的装饰器        如果需要装饰的函数带有参数，可以在装饰器内部定义的`wrapper`函数中使用`*args`和`**kwargs`来接收任意参数：defmy_decorator(func):defwrapper(*args,**kwargs):print("Somethingishappeningbeforethefunctioniscalled.")result=func(*args,**kwargs)print("Somethingishappeningafterthefunctioniscalled.")returnresultreturnwrapper@my_decoratordefadd(a,b):returna+b#调用被装饰的函数result=add(3,5)print(result)#输出:8###装饰器本身带参数        如果装饰器本身需要参数，可以创建一个返回装饰器的函数：defrepeat(num_times):defdecorator(func):defwrapper(*args,**kwargs):for_inrange(num_times):result=func(*args,**kwargs)returnresultreturnwrapperreturndecorator@repeat(num_times=3)defgreet(name):print(f"Hello,{name}!")#调用被装饰的函数greet("Alice")输出结果将是：Hello,Alice!Hello,Alice!Hello,Alice!        装饰器是Python中非常强大和灵活的工具，广泛用于各种场景，如日志记录、性能监控、输入验证等。通过使用装饰器，可以保持代码的整洁和可维护性。二、常用的模块2.1time模块2.1.1时间的表示方式在Python中，时间的表示方式有多种，主要包括以下几种形式：1.**时间戳**：一个表示从1970年1月1日午夜（UTC）开始经过的秒数的整数。2.**格式化的时间字符串**：按照特定格式表示时间的字符串，例如"YYYY-MM-DDHH:MM:SS"。3.**时间元组**：一个包含9个元素的元组，这些元素分别是：  -年（例如2023）  -月（1到12）  -日（1到31）  -小时（0到23）  -分钟（0到59）  -秒（0到59）  -一周中的第几天（0到6，0表示周一）  -一年中的第几天（1到366）  -是否为夏令时（0、1或-1）        这些表示方式在Python的标准库中都有相应的处理方法，特别是在`time`和`datetime`模块中。通过这些模块，可以方便地进行时间的转换、格式化和计算。2.1.2time的使用方式        `time`模块中常用函数的整合列表及其功能描述：1.**`time()`**:  -**功能**:获得当前时间戳。  -**示例**:`current_timestamp=time.time()`2.**`localtime()`**:  -**功能**:将时间戳转换为当前时区的时间元组信息。  -**示例**:`local_time_tuple=time.localtime(current_timestamp)`3.**`gmtime()`**:  -**功能**:将时间戳转换为标准时区（UTC）的时间元组信息。  -**示例**:`utc_time_tuple=time.gmtime(current_timestamp)`4.**`mktime()`**:  -**功能**:将时间元组信息转换为时间戳。  -**示例**:`timestamp=time.mktime(local_time_tuple)`5.**`sleep()`**:  -**功能**:使程序睡眠一段时间（以秒为单位）。  -**示例**:`time.sleep(5)` #睡眠5秒6.**`clock()`**:  -**功能**:在Python3.8及之前的版本中，第一次调用返回当前时间戳，第二次调用返回距上次的差值。但在Python3.8之后，`clock()`已被弃用，建议使用`time.perf_counter()`或`time.process_time()`。  -**示例**:`start_time=time.perf_counter()`7.**`ctime()`**:  -**功能**:将时间戳转换为可读的时间字符串。  -**示例**:`time_string=time.ctime(current_timestamp)`8.**`strftime()`**:  -**功能**:将时间元组格式化为字符串。  -**示例**:`formatted_time_string=time.strftime("%Y-%m-%d%H:%M:%S",local_time_tuple)`9.**`asctime()`**:  -**功能**:将时间元组转换为可读的时间字符串。  -**示例**:`time_string=time.asctime(local_time_tuple)`10.**`strptime()`**:   -**功能**:将时间字符串解析为时间元组。   -**示例**:`parsed_time_tuple=time.strptime("2023-10-0112:34:56","%Y-%m-%d%H:%M:%S")`        这些函数涵盖了时间戳、时间元组和时间字符串之间的转换，以及程序的睡眠和时间测量等功能。有几个关键的函数和时间字符串的关系如下：2.2datetime模块2.2.1datetime模块总览        `datetime`模块确实提供了比`time`模块更高级和更丰富的接口来处理日期和时间。以下是`datetime`模块中主要类的详细说明：1.**`datetime.date`**:  -**功能**:表示一个日期（年、月、日）。  -**示例**:`d=datetime.date(2023,10,1)`2.**`datetime.time`**:  -**功能**:表示一个时间（时、分、秒、微秒），通常与`datetime.datetime`一起使用。  -**示例**:`t=datetime.time(12,34,56)`3.**`datetime.datetime`**:  -**功能**:表示一个具体的日期和时间。  -**示例**:`dt=datetime.datetime(2023,10,1,12,34,56)`4.**`datetime.timedelta`**:  -**功能**:表示两个日期或时间之间的差异。  -**示例**:`delta=datetime.timedelta(days=5,hours=3)`5.**`datetime.tzinfo`**:  -**功能**:时区信息的抽象基类，通常不直接使用，而是通过子类（如`datetime.timezone`）来实现。  -**示例**:`tz=datetime.timezone(datetime.timedelta(hours=8))`        `datetime`模块确实提供了比`time`模块更多的接口和功能，特别是在处理日期和时间的组合、时区、以及日期和时间的运算方面。以下是一些`datetime`模块的常用操作示例：-**获取当前日期和时间**:now=datetime.datetime.now()today=datetime.date.today()-**格式化日期和时间**:formatted_date=dt.strftime("%Y-%m-%d%H:%M:%S")-**解析字符串为日期和时间**:parsed_date=datetime.datetime.strptime("2023-10-0112:34:56","%Y-%m-%d%H:%M:%S")-**日期和时间的运算**:future_date=today+datetime.timedelta(days=7)-**时区转换**:fromdatetimeimportdatetime,timezone,timedeltautc_now=datetime.now(timezone.utc)local_now=utc_now.astimezone()        `datetime`模块是Python中处理日期和时间的首选模块，提供了丰富的方法来处理各种日期和时间操作。2.2.2date类`        datetime.date`类是Python的`datetime`模块中用于表示日期的类。`date`类中的函数和方法的详细说明：1.**`today()`**:  -**功能**:创建一个表示当前本地日期的`date`对象。  -**示例**:`today_date=datetime.date.today()`2.**构造函数**:  -**功能**:创建一个`date`对象，提供年、月、日。  -**示例**:`d=datetime.date(2023,10,1)`3.**`timetuple()`**:  -**功能**:返回日期对应的元组信息，类似于`time.localtime()`返回的结构。  -**示例**:`time_tuple=d.timetuple()`4.**`gmtime()`**:  -**功能**:这个方法在`date`类中并不存在。通常`gmtime()`是`time`模块中的函数，用于将时间戳转换为标准时区（UTC）的时间元组信息。5.**`weekday()`**:  -**功能**:返回这个星期中的第几天，其中星期一为0，星期日为6。  -**示例**:`day_of_week=d.weekday()`6.**`isoweekday()`**:  -**功能**:返回星期几，其中星期一为1，星期日为7。  -**示例**:`iso_day_of_week=d.isoweekday()`7.**`isocalendar()`**:  -**功能**:返回一个包含年、周数和星期几的元组。  -**示例**:`iso_calendar=d.isocalendar()`8.**`isoformat()`**:  -**功能**:返回一个ISO8601格式的时间字符串，格式为`YYYY-MM-DD`。  -**示例**:`iso_date_string=d.isoformat()`9.**`strftime()`**:  -**功能**:将日期格式化为字符串，使用指定的格式化字符串。  -**示例**:`formatted_date_string=d.strftime("%Y-%m-%d")`        这些方法和函数提供了对日期对象的各种操作和格式化选项。2.2.3time类        `datetime.time`类是Python的`datetime`模块中用于表示时间的类。`time`类中的函数和方法的详细说明：1.**构造函数**:  -**功能**:创建一个`time`对象，提供时、分、秒和微秒（可选）。  -**示例**:`t=datetime.time(12,34,56)`2.**`replace()`**:  -**功能**:替换时间对象中的时、分、秒和微秒（可选），返回一个新的`time`对象。  -**示例**:`new_time=t.replace(hour=13,minute=45)`3.**`isoformat()`**:  -**功能**:返回一个ISO8601格式的时间字符串，格式为`HH:MM:SS.mmmmmm`（如果指定了微秒）。  -**示例**:`iso_time_string=t.isoformat()`4.**`strftime()`**:  -**功能**:将时间格式化为字符串，使用指定的格式化字符串。  -**示例**:`formatted_time_string=t.strftime("%H:%M:%S")`这些方法和函数提供了对时间对象的各种操作和格式化选项。2.2.4datetime类        `datetime.datetime`类是Python的`datetime`模块中用于表示日期和时间的类。`datetime`类中的方法的详细说明：1.**`now()`**:  -**功能**:创建一个表示当前本地日期和时间的`datetime`对象。  -**示例**:`now_datetime=datetime.datetime.now()`2.**`utcnow()`**:  -**功能**:创建一个表示当前UTC日期和时间的`datetime`对象。  -**示例**:`utc_now_datetime=datetime.datetime.utcnow()`3.**`date()`**:  -**功能**:获取`datetime`对象中的日期部分，返回一个`date`对象。  -**示例**:`date_part=now_datetime.date()`4.**`time()`**:  -**功能**:获取`datetime`对象中的时间部分，返回一个`time`对象。  -**示例**:`time_part=now_datetime.time()`5.**`replace()`**:  -**功能**:替换`datetime`对象中的年、月、日、时、分、秒和微秒（可选），返回一个新的`datetime`对象。  -**示例**:`new_datetime=now_datetime.replace(year=2024,month=12)`        这些方法和函数提供了对日期和时间对象的各种操作和提取选项。2.2.5timedelta类        `datetime.timedelta`类是Python的`datetime`模块中用于表示时间差的类。它可以用于在日期和时间上进行加减运算。以下是一些示例代码，展示了如何使用`timedelta`类进行时间计算：fromdatetimeimportdatetime,timedelta#获取当前日期和时间dt=datetime.now()#日期减一天dt1=dt+timedelta(days=-1)#昨天dt2=dt-timedelta(days=1)#昨天dt3=dt+timedelta(days=1)#明天#计算时间差delta_obj=dt3-dt#打印时间差对象的类型和值print(type(delta_obj),delta_obj)#1day,0:00:00#打印时间差的总天数和总秒数print(delta_obj.days,delta_obj.total_seconds())#186400.0        在这个示例中，我们使用了`timedelta`类来计算昨天的日期和明天的日期，并展示了如何计算两个日期之间的时间差。`timedelta`对象的`days`属性表示时间差的天数，`total_seconds()`方法返回时间差的总秒数。2.3random模块        `random`模块是Python标准库中用于生成伪随机数的模块。以下是您提到的`random`模块中的方法的详细说明：1.**`random()`**:  -**功能**:生成一个范围在[0.0,1.0)之间的随机浮点数。  -**示例**:`random_float=random.random()`2.**`randint(a,b)`**:  -**功能**:在一个范围[a,b]中生成一个随机的整数（包括a和b）。  -**示例**:`random_int=random.randint(1,10)`3.**`randrange(start,stop[,step])`**:  -**功能**:在一个范围[start,stop)中生成一个随机的整数，可以指定步长。  -**示例**:`random_int=random.randrange(0,10,2)` #生成0,2,4,6,8中的一个随机数4.**`shuffle(seq)`**:  -**功能**:打乱一个序列（列表）中的元素顺序。  -**示例**:    ```python    my_list=[1,2,3,4,5]    random.shuffle(my_list)    print(my_list)    ```        这些方法提供了生成随机数和操作序列的丰富功能。2.4目录和文件操作—os,os.path2.4.1目录操作        ython的`os`和`os.path`模块，这些模块提供了与操作系统交互的功能，包括文件和目录操作。以下是您提到的函数的详细说明：1.**`os.listdir(path)`**:  -**功能**:返回指定目录下的文件和目录名列表。  -**示例**:`files_and_dirs=os.listdir('/path/to/directory')`2.**`os.remove(path)`**:  -**功能**:删除一个文件。  -**示例**:`os.remove('/path/to/file')`3.**`os.path.isfile(path)`**:  -**功能**:判断指定路径是否是一个文件。  -**示例**:`is_file=os.path.isfile('/path/to/file')`4.**`os.path.isdir(path)`**:  -**功能**:判断指定路径是否是一个目录。  -**示例**:`is_dir=os.path.isdir('/path/to/directory')`5.**`os.path.splitext(path)`**:  -**功能**:将路径拆分为(root,ext)对，其中ext是文件扩展名。  -**示例**:`root,ext=os.path.splitext('/path/to/file.txt')`6.**`os.path.basename(path)`**:  -**功能**:获取路径中的文件名部分。  -**示例**:`base_name=os.path.basename('/path/to/file.txt')`7.**`os.path.exists(path)`**:  -**功能**:检测指定路径是否存在。  -**示例**:`exists=os.path.exists('/path/to/file_or_directory')`8.**`os.mkdir(path)`**:  -**功能**:创建一个目录。  -**示例**:`os.mkdir('/path/to/new_directory')`9.**`os.mknod(path)`**:  -**功能**:创建一个空文件。在某些操作系统上可能需要特定的权限。  -**示例**:`os.mknod('/path/to/new_file')`10.**`os.stat(path)`**:   -**功能**:获取文件的属性信息。   -**示例**:`file_stats=os.stat('/path/to/file')`11.**`os.chmod(path,mode)`**:   -**功能**:修改文件的权限。   -**示例**:`os.chmod('/path/to/file',0o755)`        这些函数和方法提供了对文件和目录的基本操作，包括创建、删除、检查存在性、获取属性等。2.4.2读写操作        在Python中，读写文件主要通过内置的`open`函数以及文件对象的方法来实现。以下是您提到的函数和方法的详细说明：1.**`open(file,mode='r',buffering=-1,encoding=None,errors=None,newline=None,closefd=True,opener=None)`**:  -**功能**:打开文件，返回一个文件对象。  -**示例**:`file_obj=open('example.txt','r')`2.**`read(size=-1)`**:  -**功能**:读取文件内容，可以指定读取的字节数。  -**示例**:`content=file_obj.read(1024)`3.**`readline(size=-1)`**:  -**功能**:读取文件中的一行内容，可以指定读取的字节数。  -**示例**:`line=file_obj.readline()`4.**`readlines(hint=-1)`**:  -**功能**:读取文件中的所有行，返回一个列表，可以指定读取的总字节数。  -**示例**:`lines=file_obj.readlines()`5.**`write(s)`**:  -**功能**:将字符串写入文件。  -**示例**:`file_obj.write('Hello,World!')`6.**`writelines(lines)`**:  -**功能**:将一个序列（如列表）中的字符串写入文件，不会自动添加换行符。  -**示例**:`file_obj.writelines(['Line1\n','Line2\n'])`7.**`close()`**:  -**功能**:关闭文件对象，释放资源。  -**示例**:`file_obj.close()`8.**`tell()`**:  -**功能**:返回文件对象的当前位置。  -**示例**:`position=file_obj.tell()`9.**`next()`**:  -**功能**:返回文件的下一行。在Python3中，通常使用迭代器来实现类似功能。  -**示例**:`line=next(file_obj)`10.**`seek(offset,whence=0)`**:   -**功能**:移动文件对象的指针到指定位置。   -**示例**:`file_obj.seek(0)` #移动到文件开头        这些函数和方法提供了对文件的基本操作，包括打开、读取、写入、关闭和移动文件指针等。2.5struct模块2.5.1`struct`模块介绍        在Python这类高级编程语言中，并不支持像C或C++那样直接对内存进行操作。然而，在某些场景下，我们可能需要按照特定的格式来组织Python中的内存数据，比如在网络通信中，数据往往需要按照特定的结构进行存储和传输。以一个网络消息结构为例：structNETMSGINFO{intMSGTYPE;//消息类型intnMsgLen;//消息大小charszMsgBuff[1024];//消息内容};NETMSGINFOso={1,10,"helloworld"};        在Python中，我们无法直接创建这样的内存结构，但我们可以利用`struct`模块来模拟这种内存布局。`struct`模块允许我们将Python数据打包成二进制数据，或者从二进制数据中解包出Python数据，从而实现类似C语言中结构体的功能。        通过`struct`模块，我们可以定义一个类似于`NETMSGINFO`的结构，并对其进行打包和解包操作，以便在Python中处理这种特定格式的数据。2.5.2`struct`模块的应用        `struct`模块在Python中扮演着桥梁的角色，它使得Python能够与C语言的结构体数据进行无缝交互。通过这一模块，Python程序可以轻松地处理由C/C++程序传输过来的数据。该模块提供了两个主要函数：`struct.pack(fmt,v1,v2,...)`用于将Python数据打包成字节流，而`struct.unpack(fmt,string)`则用于将字节流解包回Python数据。这两个函数均依赖于格式控制字符串来描述C语言结构体的布局并指导数据的转换过程。以下是`struct`模块的基本使用示例：**打包示例**>>>fromstructimportpack>>>packed_data=pack('hhl',1,2,3)>>>packed_datab'\x00\x01\x00\x02\x00\x00\x00\x03'        在这个例子中，`'hhl'`是格式控制字符串，它指定了两个短整型（`h`）和一个长整型（`l`）的布局。`pack`函数根据这个格式将整数1、2和3打包成字节流。**解包示例**>>>fromstructimportunpack>>>unpacked_data=unpack('hhl',b'\x00\x01\x00\x02\x00\x00\x00\x03')>>>unpacked_data(1,2,3)        在这个例子中，`unpack`函数根据相同的格式控制字符串`'hhl'`将字节流解包回一个包含三个整数的元组。需要注意的是，字节流的长度必须与格式控制字符串所描述的数据长度完全一致。        通过这些示例，我们可以看到`struct`模块如何帮助Python程序在处理二进制数据时达到与C语言相似的效率和灵活性。2.5.3struct中的格式化字符串        格式化字符串在`struct`模块中扮演着至关重要的角色，它们定义了数据在打包和解包过程中的具体布局。这些字符串由一系列格式字符组成，每个字符对应一种特定的数据类型，并且可以包含额外的控制字符来调整字节顺序、大小和对齐方式。以下是一些常用的格式字符及其含义：-`x`：跳过一个字节。-`c`：一个字节的字符。-`b`：一个字节的有符号整数。-`B`：一个字节的无符号整数。-`?`：布尔值。-`h`：短整型（通常是两个字节）。-`H`：无符号短整型。-`i`：整型（通常是四个字节）。-`I`：无符号整型。-`l`：长整型（通常是四个字节）。-`L`：无符号长整型。-`q`：长长整型（通常是八个字节）。-`Q`：无符号长长整型。-`f`：单精度浮点数。-`d`：双精度浮点数。-`s`：字符串（例如`10s`表示一个10字节的字符串）。-`p`：Pascal字符串。-`P`：指针。除了这些基本的数据类型字符，格式化字符串还可以包含以下控制字符来影响数据的处理方式：-`@`：使用本机字节顺序、大小和对齐方式（默认）。-`=`：使用本机字节顺序，标准大小和对齐方式。-``：大端字节顺序（高位在前）。-`!`：网络字节顺序（大端）。        例如，格式化字符串`'