Python之路第一课Day4--随堂笔记(迭代生成装饰器)

上节回顾:

1.集合

     a.关系测试

     b.去重

2.文件操作及编码

3.函数

4.局部变量和全局变量

上节回顾

本节课内容:

1.迭代器生成器

2.装饰器

3.json pickle数据序列化

4.软件目录结构规范

5.作业:ATM项目开发

一、装饰器

1. 定义:本质是函数,用来装饰其他函数,就是为其他函数添加附加功能

2. 原则:

    A. 不能修改被装饰的函数的源代码

    B. 不能修改被装饰的函数的调用方式

3.实现装饰器知识储备

A. 函数即“变量”

     B. 高阶函数

a. 把一个函数名当做实参传给另一个函数

        b. 返回值中包含函数名(不修改函数的调用方式)

     C. 嵌套函数

高阶函数+嵌套函数=>装饰器

牛刀初试:

#!/usr/bin/python
# -*- conding:utf-8 -*-
__Author__ = "YoungCheung"
import time
def timmer(func):
def warpper(*args,**kwargs):
start_time=time.time()
func()
stop_time=time.time()
print("in the func time is %s" %(stop_time-start_time))
return warpper
@timmer
def test1():
time.sleep(3)
print("in the test1")
test1()

内容详解:

一:函数调用顺序:其他高级语言类似,Python 不允许在函数未声明之前,对其进行引用或者调用
错误示范:

def foo():
print 'in the foo'
bar()
foo() 报错:
in the foo Traceback (most recent call last):
File "<pyshell#13>", line 1, in <module>
foo()
File "<pyshell#12>", line 3, in foo
bar()
NameError: global name 'bar' is not defined

错误:bar没有定义

def foo():
print 'foo'
bar()
foo()
def bar():
print 'bar' 报错:

NameError: name 'bar' is not defined

错误:执行foo时还没执行到bar定义

正确示范:(注意,python为解释执行,函数foo在调用前已经声明了bar和foo,所以bar和foo无顺序之分)

def bar():
print("in the bar")
def foo():
print("in the foo")
bar()
foo()
print("==========")
def foo():
print("in the foo")
bar()
def bar():
print("in the bar")
foo()

输出结果:

in the foo
in the bar
==========
in the foo 
in the bar

4.匿名函数

python 使用 lambda 来创建匿名函数。

所谓匿名,意即不再使用 def 语句这样标准的形式定义一个函数。

  • lambda 只是一个表达式,函数体比 def 简单很多。
  • lambda的主体是一个表达式,而不是一个代码块。仅仅能在lambda表达式中封装有限的逻辑进去。
  • lambda 函数拥有自己的命名空间,且不能访问自有参数列表之外或全局命名空间里的参数。
  • 虽然lambda函数看起来只能写一行,却不等同于C或C++的内联函数,后者的目的是调用小函数时不占用栈内存从而增加运行效率。

语法

lambda 函数的语法只包含一个语句,如下:

lambda [arg1 [,arg2,.....argn]]:expression

如下实例:

#!/usr/bin/python3
# 可写函数说明
sum = lambda arg1, arg2: arg1 + arg2;
# 调用sum函数
print ("相加后的值为 : ", sum( 10, 20 ))
print ("相加后的值为 : ", sum( 20, 20 ))

以上实例输出结果:

相加后的值为 :  30
相加后的值为 : 40

例:

calc= lambda x:x*3
print(calc(3))

输出结果

9 

5.高阶函数

把函数作为参数传入,这样的函数称为高阶函数,函数式编程就是指这种高度抽象的编程范式。

牛刀初试1

#!/usr/bin/python
# -*- conding:utf-8 -*-
__Author__ = "YoungCheung"
def bar():
print("in the bar")
def test(function):
print(function)
test(bar)

输出结果:

<function bar at 0x00000000023D3488>

***上面输出为内存地址

#!/usr/bin/python
# -*- conding:utf-8 -*-
__Author__ = "YoungCheung"
def bar():
print("in the bar")
def test(function):
print(function)
function() #调用
test(bar)

输出结果:

<function bar at 0x00000000023E3488>
in the bar

例:

#!/usr/bin/python
# -*- conding:utf-8 -*-
__Author__ = "YoungCheung"
import time
def bar():
time.sleep(3)
print("in the bar")
def test(function):
start_time=time.time()
function()
stop_time=time.time()
print("the functon run time is %s" %(stop_time-start_time))
test(bar)

输出结果:

in the bar
the functon run time is 3.000171661376953

牛刀初试2

#!/usr/bin/python
# -*- conding:utf-8 -*-
__Author__ = "YoungCheung"
import time
def bar():
time.sleep(3)
print("in the bar") def test2(function):
print(function)
return function # print(test2(bar))
# t=test2(bar)
# t()
# bar=test2(bar)
# bar() run bar

6.嵌套函数

#!/usr/bin/python
# -*- conding:utf-8 -*-
__Author__ = "YoungCheung"
def foo():
print("In the foo")
def bar():
print("In the bar")
bar()
foo()
注意区分下面情况:函数的调用
def test1():
test2()
test1()

7.装饰器;

a. 小高潮

#!/usr/bin/python
# -*- conding:utf-8 -*-
__Author__ = "YoungCheung"
import time
def timmer(function): #timer(test1) function=test1
def deco():
start_time=time.time()
function()
stop_time=time.time()
print("in the func time is %s" %(stop_time-start_time))
return deco
@timmer # test1=timmer(test1)
def test1():
time.sleep(3)
print("in the test1")
def test2():
time.sleep(3)
print("in the test2")
test1()
test2()

输出结果:

in the test1
in the func time is 3.000171661376953
in the test2

b.中高潮

#!/usr/bin/python
# -*- conding:utf-8 -*-
__Author__ = "YoungCheung"
import time
def timmer(function): #timer(test1) function=test1
def deco(*args,**kwargs):
start_time=time.time()
function(*args,**kwargs)
stop_time=time.time()
print("in the func time is %s" %(stop_time-start_time))
return deco
@timmer # test1=timmer(test1) == deco test2(name) = deco(name)
def test1():
time.sleep(1)
print("in the test1")
@timmer # test1=timmer(test2)
def test2(name,age):
time.sleep(5)
print("test2 is ",name,age)
test1()
test2("alex",32)

c. 终极版

#!/usr/bin/python
# -*- conding:utf-8 -*-
__Author__ = "YoungCheung"
import time
user,passwd='alex','abc123'
def auth(auth_type):
print("auth function",auth_type)
def outer_wrapper(function):
def wrapper(*args,**kwargs):
print("auth function args",*args,**kwargs)
if auth_type == "local":
username=input("UserName:").strip()
password=input("PassWord:").strip()
if user== username and passwd==password:
print("\033[32;1mUser has passed authention\033[0m")
res = function(*args,**kwargs)
print("---after authentication")
return res
else:
exit("\033[31;1mInvalid username or password\033[0m")
elif auth_type == 'ldap':
print("不会")
return wrapper
return outer_wrapper
def index():
print("welcome to index page")
@auth(auth_type="local")
def home():
print("welcome to home page")
return "from home"
@auth(auth_type="ldap")
def bbs():
print("welcome to bbs page")
index()
print(home())
bbs()

二、迭代器和生成器

1.列表生成式

范例1:

>>> [ i*2 for i in range(10) ]
[0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18]

范例2:

>>> a =  []
>>> for i in range(10):
... a.append(i*2)
>>> a
[0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18]

生成器

  通过列表生成式,我们可以直接创建一个列表。但是,受到内存限制,列表容量肯定是有限的。而且,创建一个包含100万个元素的列表,不仅占用很大的存储空间,如果我们仅仅需要访问前面几个元素,那后面绝大多数元素占用的空间都白白浪费了。

所以,如果列表元素可以按照某种算法推算出来,那我们是否可以在循环的过程中不断推算出后续的元素呢?这样就不必创建完整的list,从而节省大量的空间。在Python中,这种一边循环一边计算的机制,称为生成器:generator。

要创建一个generator,有很多种方法。第一种方法很简单,只要把一个列表生成式的[]改成(),就创建了一个generator:

>>> L = [x * x for x in range(10)]
>>> L
[0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]
>>> g = (x * x for x in range(10))
>>> g
<generator object <genexpr> at 0x1022ef630>

  生成器只有在调用时才会生成相应的数据。

  在 Python 中,使用了 yield 的函数被称为生成器(generator)。

  跟普通函数不同的是,生成器是一个返回迭代器的函数,只能用于迭代操作,更简单点理解生成器就是一个迭代器。在调用生成器运行的过程中,每次遇到 yield 时函数会暂停并保存当前所有的运行信息,返回yield的值。并在下一次执行 next()方法时从当前位置继续运行。

  我们创建了一个generator后,基本上永远不会调用next(),而是通过for循环来迭代它,并且不需要关心StopIteration的错误。generator非常强大。如果推算的算法比较复杂,用类似列表生成式的for循环无法实现的时候,还可以用函数来实现。比如,著名的斐波拉契数列(Fibonacci),除第一个和第二个数外,任意一个数都可由前两个数相加得到:

1,1,2,3,5,8,13,21,24,...

斐波拉契数列用列表生成式写不出来,但是,用函数把它打印出来却很容易,以下实例使用 yield 实现斐波那契数列::

#!/usr/bin/python
# -*- conding:utf-8 -*-
__Author__ = "YoungCheung" import sys def fibonacci(n): # 生成器函数 - 斐波那契
a, b, counter = 0, 1, 0
while True:
if (counter > n):
return
yield a
a, b = b, a + b
counter += 1
f = fibonacci(10) # f 是一个迭代器,由生成器返回生成 while True:
try:
print (next(f), end=" ")
except StopIteration:
sys.exit()

输出结果:

0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 
def fib(max):
n, a, b = 0, 0, 1
while n < max:
print(b)
a, b = b, a + b
n = n + 1
return 'done'

注意,赋值语句:

a, b = b, a + b

相当于

t = (b, a + b) # t是一个tuple
a = t[0]
b = t[1]

但不必显式写出临时变量t就可以赋值。

上面的函数可以输出斐波那契数列的前N个数:

>>> fib(10)
1
1
2
3
5
8
13
21
34
55
done

仔细观察,可以看出,fib函数实际上是定义了斐波拉契数列的推算规则,可以从第一个元素开始,推算出后续任意的元素,这种逻辑其实非常类似generator。

也就是说,上面的函数和generator仅一步之遥。要把fib函数变成generator,只需要把print(b)改为yield b就可以了:

def fib(max):
n,a,b = 0,0,1 while n < max:
#print(b)
yield b
a,b = b,a+b
n += 1 return 'done'

这就是定义generator的另一种方法。如果一个函数定义中包含yield关键字,那么这个函数就不再是一个普通函数,而是一个generator:

>>> f = fib(6)
>>> f
<generator object fib at 0x104feaaa0>

这里,最难理解的就是generator和函数的执行流程不一样。函数是顺序执行,遇到return语句或者最后一行函数语句就返回。而变成generator的函数,在每次调用next()的时候执行,遇到yield语句返回,再次执行时从上次返回的yield语句处继续执行。

data = fib(10)
print(data) print(data.__next__())
print(data.__next__())
print("干点别的事")
print(data.__next__())
print(data.__next__())
print(data.__next__())
print(data.__next__())
print(data.__next__()) #输出
<generator object fib at 0x101be02b0>
1
干点别的事
3
8

在上面fib的例子,我们在循环过程中不断调用yield,就会不断中断。当然要给循环设置一个条件来退出循环,不然就会产生一个无限数列出来。

同样的,把函数改成generator后,我们基本上从来不会用next()来获取下一个返回值,而是直接使用for循环来迭代:

>>> for n in fib(6):
... print(n)
...
1
3
8

但是用for循环调用generator时,发现拿不到generator的return语句的返回值。如果想要拿到返回值,必须捕获StopIteration错误,返回值包含在StopIterationvalue中:

>>> g = fib(6)
>>> while True:
... try:
... x = next(g)
... print('g:', x)
... except StopIteration as e:
... print('Generator return value:', e.value)
... break
...
g: 1
g: 1
g: 2
g: 3
g: 5
g: 8
Generator return value: done

关于如何捕获错误,后面的错误处理还会详细讲解。

还可通过yield实现在单线程的情况下实现并发运算的效果 

#_*_coding:utf-8_*_
__author__ = 'Alex Li' import time
def consumer(name):
print("%s 准备吃包子啦!" %name)
while True:
baozi = yield print("包子[%s]来了,被[%s]吃了!" %(baozi,name)) def producer(name):
c = consumer('A')
c2 = consumer('B')
c.__next__()
c2.__next__()
print("老子开始准备做包子啦!")
for i in range(10):
time.sleep(1)
print("做了2个包子!")
c.send(i)
c2.send(i) producer("alex") 通过生成器实现协程并行运算

三、迭代器

我们已经知道,可以直接作用于for循环的数据类型有以下几种:

一类是集合数据类型,如listtupledictsetstr等;

一类是generator,包括生成器和带yield的generator function。

这些可以直接作用于for循环的对象统称为可迭代对象:Iterable

可以使用isinstance()判断一个对象是否是Iterable对象:

迭代是Python最强大的功能之一,是访问集合元素的一种方式。。

迭代器是一个可以记住遍历的位置的对象。

迭代器对象从集合的第一个元素开始访问,直到所有的元素被访问完结束。迭代器只能往前不会后退。

迭代器有两个基本的方法:iter() 和 next()

字符串,列表或元组对象都可用于创建迭代器:

>>> from collections import Iterable
>>> isinstance([], Iterable)
True
>>> isinstance({}, Iterable)
True
>>> isinstance('abc', Iterable)
True
>>> isinstance((x for x in range(10)), Iterable)
True
>>> isinstance(100, Iterable)
False

而生成器不但可以作用于for循环,还可以被next()函数不断调用并返回下一个值,直到最后抛出StopIteration错误表示无法继续返回下一个值了。

*可以被next()函数调用并不断返回下一个值的对象称为迭代器:Iterator

可以使用isinstance()判断一个对象是否是Iterator对象:

>>> from collections import Iterator
>>> isinstance((x for x in range(10)), Iterator)
True
>>> isinstance([], Iterator)
False
>>> isinstance({}, Iterator)
False
>>> isinstance('abc', Iterator)
False

生成器都是Iterator对象,但listdictstr虽然是Iterable,却不是Iterator

listdictstrIterable变成Iterator可以使用iter()函数:

>>> isinstance(iter([]), Iterator)
True
>>> isinstance(iter('abc'), Iterator)
True

你可能会问,为什么listdictstr等数据类型不是Iterator

这是因为Python的Iterator对象表示的是一个数据流,Iterator对象可以被next()函数调用并不断返回下一个数据,直到没有数据时抛出StopIteration错误。可以把这个数据流看做是一个有序序列,但我们却不能提前知道序列的长度,只能不断通过next()函数实现按需计算下一个数据,所以Iterator的计算是惰性的,只有在需要返回下一个数据时它才会计算。

Iterator甚至可以表示一个无限大的数据流,例如全体自然数。而使用list是永远不可能存储全体自然数的。

>>> list=[1,2,3,4]
>>> it = iter(list) # 创建迭代器对象
>>> print (next(it)) # 输出迭代器的下一个元素
1
>>> print (next(it))
2
>>>

迭代器对象可以使用常规for语句进行遍历:

#!/usr/bin/python3

list=[1,2,3,4]
it = iter(list) # 创建迭代器对象
for x in it:
print (x, end=" ")

执行以上程序,输出结果如下:

1 2 3 4

也可以使用 next() 函数:

#!/usr/bin/python3

import sys         # 引入 sys 模块

list=[1,2,3,4]
it = iter(list) # 创建迭代器对象 while True:
try:
print (next(it))
except StopIteration:
sys.exit()

执行以上程序,输出结果如下:

1
2
3
4

小结:

凡是可作用于for循环的对象都是Iterable类型;

凡是可作用于next()函数的对象都是Iterator类型,它们表示一个惰性计算的序列;

集合数据类型如listdictstr等是Iterable但不是Iterator,不过可以通过iter()函数获得一个Iterator对象。

Python的for循环本质上就是通过不断调用next()函数实现的,例如:

for x in [1, 2, 3, 4, 5]:
pass

实际上完全等价:

# 首先获得Iterator对象:
it = iter([1, 2, 3, 4, 5])
# 循环:
while True:
try:
# 获得下一个值:
x = next(it)
except StopIteration:
# 遇到StopIteration就退出循环
break

四、内置方法

Python之路第一课Day4--随堂笔记(迭代生成装饰器)

内置方法详解

1、数学运算类

bs(x) 求绝对值
1、参数可以是整型,也可以是复数
2、若参数是复数,则返回复数的模
complex([real[, imag]]) 创建一个复数
divmod(a, b) 分别取商和余数
注意:整型、浮点型都可以
float([x]) 将一个字符串或数转换为浮点数。如果无参数将返回0.0
int([x[, base]])  将一个字符转换为int类型,base表示进制
long([x[, base]])  将一个字符转换为long类型
pow(x, y[, z])  返回x的y次幂
range([start], stop[, step])  产生一个序列,默认从0开始
round(x[, n])  四舍五入
sum(iterable[, start])  对集合求和
oct(x) 将一个数字转化为8进制
hex(x) 将整数x转换为16进制字符串
chr(i) 返回整数i对应的ASCII字符
bin(x) 将整数x转换为二进制字符串
bool([x]) 将x转换为Boolean类型

2、集合类操作

basestring() str和unicode的超类
不能直接调用,可以用作isinstance判断
format(value [, format_spec]) 格式化输出字符串
格式化的参数顺序从0开始,如“I am {0},I like {1}”
unichr(i) 返回给定int类型的unicode
enumerate(sequence [, start = 0]) 返回一个可枚举的对象,该对象的next()方法将返回一个tuple
iter(o[, sentinel]) 生成一个对象的迭代器,第二个参数表示分隔符
max(iterable[, args...][key])  返回集合中的最大值
min(iterable[, args...][key]) 返回集合中的最小值
dict([arg]) 创建数据字典
list([iterable])  将一个集合类转换为另外一个集合类
set() set对象实例化
frozenset([iterable]) 产生一个不可变的set
str([object])  转换为string类型
sorted(iterable[, cmp[, key[, reverse]]])  队集合排序
tuple([iterable])  生成一个tuple类型
xrange([start], stop[, step])  xrange()函数与range()类似,但xrnage()并不创建列表,而是返回一个xrange对象,它的行为与列表相似,但是只在需要时才计算列表值,当列表很大时,这个特性能为我们节省内存

3、逻辑判断

all(iterable) 1、集合中的元素都为真的时候为真
2、特别的,若为空串返回为True
any(iterable) 1、集合中的元素有一个为真的时候为真
2、特别的,若为空串返回为False
cmp(x, y) 如果x < y ,返回负数;x == y, 返回0;x > y,返回正数

4、反射

callable(object)

检查对象object是否可调用
1、类是可以被调用的
2、实例是不可以被调用的,除非类中声明了__call__方法

classmethod()

1、注解,用来说明这个方式是个类方法
2、类方法即可被类调用,也可以被实例调用
3、类方法类似于Java中的static方法
4、类方法中不需要有self参数

compile(source, filename, mode[, flags[, dont_inherit]])

将source编译为代码或者AST对象。

代码对象能够通过exec语句来执行或者eval()进行求值。
1、参数source:字符串或者AST(Abstract Syntax Trees)对象。
2、参数 filename:代码文件名称,

如果不是从文件读取代码则传递一些可辨认的值。
3、参数model:指定编译代码的种类。

可以指定为 ‘exec’,’eval’,’single’。
4、参数flag和dont_inherit:

这两个参数暂不介绍

dir([object])

1、不带参数时,返回当前范围内的变量、方法和定义的类型列表;
2、带参数时,返回参数的属性、方法列表。
3、如果参数包含方法__dir__(),该方法将被调用。

2、当参数为实例时。
4、如果参数不包含__dir__(),该方法将最大限度地收集参数信息

delattr(object, name)

删除object对象名为name的属性

eval(expression [, globals [, locals]])

计算表达式expression的值

execfile(filename [, globals [, locals]])

用法类似exec(),不同的是execfile的参数

filename为文件名,而exec的参数为字符串。

filter(function, iterable)

构造一个序列,等价于[ item for item in iterable if function(item)]
1、参数function:返回值为True或False的函数,可以为None

2、参数iterable:序列或可迭代对象

getattr(object, name [, defalut])

获取一个类的属性

globals()

返回一个描述当前全局符号表的字典

hasattr(object, name)

判断对象object是否包含名为name的特性

hash(object)

如果对象object为哈希表类型,

返回对象object的哈希值

id(object)

返回对象的唯一标识

isinstance(object, classinfo)

判断object是否是class的实例

issubclass(class, classinfo)

判断是否是子类

len(s)

返回集合长度

locals()

返回当前的变量列表

map(function, iterable, ...)

遍历每个元素,执行function操作

memoryview(obj)

返回一个内存镜像类型的对象

next(iterator[, default])

类似于iterator.next()

object()

基类

property([fget[, fset[, fdel[, doc]]]])

属性访问的包装类,设置后可以通过

c.x=value等来访问setter和getter

reduce(function, iterable[, initializer])

合并操作,从第一个开始是前两个参数,

然后是前两个的结果与第三个合并进行处理,以此类推

reload(module)

重新加载模块

setattr(object, name, value)

设置属性值

repr(object)

将一个对象变幻为可打印的格式

slice()

 

staticmethod

声明静态方法,是个注解

super(type[, object-or-type])

引用父类

type(object)

返回该object的类型

vars([object])

返回对象的变量,若无参数与dict()方法类似

bytearray([source [, encoding [, errors]]])

返回一个byte数组
1、如果source为整数,则返回一个长度为

source的初始化数组;
2、如果source为字符串,则按照指定的

encoding将字符串转换为字节序列;
3、如果source为可迭代类型,则元素必须

为[0 ,255]中的整数;
4、如果source为与buffer接口一致的对象,

则此对象也可以被用于初始化bytearray.

zip([iterable, ...])

实在是没有看懂,只是看到了矩阵的变幻方面

5、IO操作

(filename [, mode [, bufsize]]) file类型的构造函数,作用为打开一个文件,如果文件不存在且mode为写或追加时,文件将被创建。添加‘b’到mode参数中,将对文件以二进制形式操作。添加‘+’到mode参数中,将允许对文件同时进行读写操作
1、参数filename:文件名称。
2、参数mode:'r'(读)、'w'(写)、'a'(追加)。
3、参数bufsize:如果为0表示不进行缓冲,如果为1表示进行行缓冲,如果是一个大于1的数表示缓冲区的大小 。
input([prompt])  获取用户输入
推荐使用raw_input,因为该函数将不会捕获用户的错误输入
open(name[, mode[, buffering]])  打开文件
与file有什么不同?推荐使用open
print 打印函数
raw_input([prompt])  设置输入,输入都是作为字符串处理

6、其他

help()--帮助信息

__import__()--没太看明白了,看到了那句“Direct use of __import__() is rare”之后就没心看下去了

apply()、buffer()、coerce()、intern()---这些是过期的内置函数,故不说明

7、后记

内置函数,一般都是因为使用频率比较频繁或是是元操作,所以通过内置函数的形式提供出来,通过对python的内置函数分类分析可以看出来:基本的数据操作基本都是一些数学运算(当然除了加减乘除)、逻辑操作、集合操作、基本IO操作,然后就是对于语言自身的反射操作,还有就是字符串操作,也是比较常用的,尤其需要注意的是反射操作。

五、json序列号

在程序运行的过程中,所有的变量都是在内存中,比如,定义一个dict:

d = dict(name='Bob', age=20, score=88)

可以随时修改变量,比如把name改成'Bill',但是一旦程序结束,变量所占用的内存就被操作系统全部回收。如果没有把修改后的'Bill'存储到磁盘上,下次重新运行程序,变量又被初始化为'Bob'

我们把变量从内存中变成可存储或传输的过程称之为序列化,在Python中叫pickling,在其他语言中也被称之为serialization,marshalling,flattening等等,都是一个意思。

序列化之后,就可以把序列化后的内容写入磁盘,或者通过网络传输到别的机器上。

反过来,把变量内容从序列化的对象重新读到内存里称之为反序列化,即unpickling。

Python提供两个模块来实现序列化:cPicklepickle。这两个模块功能是一样的,区别在于cPickle是C语言写的,速度快,pickle是纯Python写的,速度慢,跟cStringIOStringIO一个道理。用的时候,先尝试导入cPickle,如果失败,再导入pickle

try:
import cPickle as pickle
except ImportError:
import pickle

首先,我们尝试把一个对象序列化并写入文件:

>>> d = dict(name='Bob', age=20, score=88)
>>> pickle.dumps(d)
"(dp0\nS'age'\np1\nI20\nsS'score'\np2\nI88\nsS'name'\np3\nS'Bob'\np4\ns."

pickle.dumps()方法把任意对象序列化成一个str,然后,就可以把这个str写入文件。或者用另一个方法pickle.dump()直接把对象序列化后写入一个file-like Object:

>>> f = open('dump.txt', 'wb')
>>> pickle.dump(d, f)
>>> f.close()

看看写入的dump.txt文件,一堆乱七八糟的内容,这些都是Python保存的对象内部信息。

当我们要把对象从磁盘读到内存时,可以先把内容读到一个str,然后用pickle.loads()方法反序列化出对象,也可以直接用pickle.load()方法从一个file-like Object中直接反序列化出对象。我们打开另一个Python命令行来反序列化刚才保存的对象:

>>> f = open('dump.txt', 'rb')
>>> d = pickle.load(f)
>>> f.close()
>>> d
{'age': 20, 'score': 88, 'name': 'Bob'}

变量的内容又回来了!

当然,这个变量和原来的变量是完全不相干的对象,它们只是内容相同而已。

Pickle的问题和所有其他编程语言特有的序列化问题一样,就是它只能用于Python,并且可能不同版本的Python彼此都不兼容,因此,只能用Pickle保存那些不重要的数据,不能成功地反序列化也没关系。

JSON

如果我们要在不同的编程语言之间传递对象,就必须把对象序列化为标准格式,比如XML,但更好的方法是序列化为JSON,因为JSON表示出来就是一个字符串,可以被所有语言读取,也可以方便地存储到磁盘或者通过网络传输。JSON不仅是标准格式,并且比XML更快,而且可以直接在Web页面中读取,非常方便。

JSON表示的对象就是标准的JavaScript语言的对象,JSON和Python内置的数据类型对应如下:

JSON类型 Python类型
{} dict
[] list
"string" 'str'或u'unicode'
1234.56 int或float
true/false True/False
null None

Python内置的json模块提供了非常完善的Python对象到JSON格式的转换。我们先看看如何把Python对象变成一个JSON:

>>> import json
>>> d = dict(name='Bob', age=20, score=88)
>>> json.dumps(d)
'{"age": 20, "score": 88, "name": "Bob"}'

dumps()方法返回一个str,内容就是标准的JSON。类似的,dump()方法可以直接把JSON写入一个file-like Object

要把JSON反序列化为Python对象,用loads()或者对应的load()方法,前者把JSON的字符串反序列化,后者从file-like Object中读取字符串并反序列化:

>>> json_str = '{"age": 20, "score": 88, "name": "Bob"}'
>>> json.loads(json_str)
{u'age': 20, u'score': 88, u'name': u'Bob'}

有一点需要注意,就是反序列化得到的所有字符串对象默认都是unicode而不是str。由于JSON标准规定JSON编码是UTF-8,所以我们总是能正确地在Python的strunicode与JSON的字符串之间转换。

JSON进阶

Python的dict对象可以直接序列化为JSON的{},不过,很多时候,我们更喜欢用class表示对象,比如定义Student类,然后序列化:

import json

class Student(object):
def __init__(self, name, age, score):
self.name = name
self.age = age
self.score = score s = Student('Bob', 20, 88)
print(json.dumps(s))

运行代码,毫不留情地得到一个TypeError

Traceback (most recent call last):
...
TypeError: <__main__.Student object at 0x10aabef50> is not JSON serializable

错误的原因是Student对象不是一个可序列化为JSON的对象。

如果连class的实例对象都无法序列化为JSON,这肯定不合理!

别急,我们仔细看看dumps()方法的参数列表,可以发现,除了第一个必须的obj参数外,dumps()方法还提供了一大堆的可选参数:

https://docs.python.org/2/library/json.html#json.dumps

这些可选参数就是让我们来定制JSON序列化。前面的代码之所以无法把Student类实例序列化为JSON,是因为默认情况下,dumps()方法不知道如何将Student实例变为一个JSON的{}对象。

可选参数default就是把任意一个对象变成一个可序列为JSON的对象,我们只需要为Student专门写一个转换函数,再把函数传进去即可:

def student2dict(std):
return {
'name': std.name,
'age': std.age,
'score': std.score
} print(json.dumps(s, default=student2dict))

这样,Student实例首先被student2dict()函数转换成dict,然后再被顺利序列化为JSON。

不过,下次如果遇到一个Teacher类的实例,照样无法序列化为JSON。我们可以偷个懒,把任意class的实例变为dict

print(json.dumps(s, default=lambda obj: obj.__dict__))

因为通常class的实例都有一个__dict__属性,它就是一个dict,用来存储实例变量。也有少数例外,比如定义了__slots__的class。

同样的道理,如果我们要把JSON反序列化为一个Student对象实例,loads()方法首先转换出一个dict对象,然后,我们传入的object_hook函数负责把dict转换为Student实例:

def dict2student(d):
return Student(d['name'], d['age'], d['score']) json_str = '{"age": 20, "score": 88, "name": "Bob"}'
print(json.loads(json_str, object_hook=dict2student))

运行结果如下:

<__main__.Student object at 0x10cd3c190>

打印出的是反序列化的Student实例对象。

小结

Python语言特定的序列化模块是pickle,但如果要把序列化搞得更通用、更符合Web标准,就可以使用json模块。

json模块的dumps()loads()函数是定义得非常好的接口的典范。当我们使用时,只需要传入一个必须的参数。但是,当默认的序列化或反序列机制不满足我们的要求时,我们又可以传入更多的参数来定制序列化或反序列化的规则,既做到了接口简单易用,又做到了充分的扩展性和灵活性。

六、作业目录规范

为什么要设计好目录结构?

"设计项目目录结构",就和"代码编码风格"一样,属于个人风格问题。对于这种风格上的规范,一直都存在两种态度:

  1. 一类同学认为,这种个人风格问题"无关紧要"。理由是能让程序work就好,风格问题根本不是问题。
  2. 另一类同学认为,规范化能更好的控制程序结构,让程序具有更高的可读性。

我是比较偏向于后者的,因为我是前一类同学思想行为下的直接受害者。我曾经维护过一个非常不好读的项目,其实现的逻辑并不复杂,但是却耗费了我非常长的时间去理解它想表达的意思。从此我个人对于提高项目可读性、可维护性的要求就很高了。"项目目录结构"其实也是属于"可读性和可维护性"的范畴,我们设计一个层次清晰的目录结构,就是为了达到以下两点:

  1. 可读性高: 不熟悉这个项目的代码的人,一眼就能看懂目录结构,知道程序启动脚本是哪个,测试目录在哪儿,配置文件在哪儿等等。从而非常快速的了解这个项目。
  2. 可维护性高: 定义好组织规则后,维护者就能很明确地知道,新增的哪个文件和代码应该放在什么目录之下。这个好处是,随着时间的推移,代码/配置的规模增加,项目结构不会混乱,仍然能够组织良好。

所以,我认为,保持一个层次清晰的目录结构是有必要的。更何况组织一个良好的工程目录,其实是一件很简单的事儿。

目录组织方式

关于如何组织一个较好的Python工程目录结构,已经有一些得到了共识的目录结构。在*的这个问题上,能看到大家对Python目录结构的讨论。

这里面说的已经很好了,我也不打算重新造*列举各种不同的方式,这里面我说一下我的理解和体会。

假设你的项目名为foo, 我比较建议的最方便快捷目录结构这样就足够了:

Foo/
|-- bin/
| |-- foo
|
|-- foo/
| |-- tests/
| | |-- __init__.py
| | |-- test_main.py
| |
| |-- __init__.py
| |-- main.py
|
|-- docs/
| |-- conf.py
| |-- abc.rst
|
|-- setup.py
|-- requirements.txt
|-- README

简要解释一下:

  1. bin/: 存放项目的一些可执行文件,当然你可以起名script/之类的也行。
  2. foo/: 存放项目的所有源代码。(1) 源代码中的所有模块、包都应该放在此目录。不要置于顶层目录。(2) 其子目录tests/存放单元测试代码; (3) 程序的入口最好命名为main.py
  3. docs/: 存放一些文档。
  4. setup.py: 安装、部署、打包的脚本。
  5. requirements.txt: 存放软件依赖的外部Python包列表。
  6. README: 项目说明文件。

除此之外,有一些方案给出了更加多的内容。比如LICENSE.txt,ChangeLog.txt文件等,我没有列在这里,因为这些东西主要是项目开源的时候需要用到。如果你想写一个开源软件,目录该如何组织,可以参考这篇文章

下面,再简单讲一下我对这些目录的理解和个人要求吧。

关于README的内容

这个我觉得是每个项目都应该有的一个文件,目的是能简要描述该项目的信息,让读者快速了解这个项目。

它需要说明以下几个事项:

  1. 软件定位,软件的基本功能。
  2. 运行代码的方法: 安装环境、启动命令等。
  3. 简要的使用说明。
  4. 代码目录结构说明,更详细点可以说明软件的基本原理。
  5. 常见问题说明。

我觉得有以上几点是比较好的一个README。在软件开发初期,由于开发过程中以上内容可能不明确或者发生变化,并不是一定要在一开始就将所有信息都补全。但是在项目完结的时候,是需要撰写这样的一个文档的。

可以参考Redis源码中Readme的写法,这里面简洁但是清晰的描述了Redis功能和源码结构。

关于requirements.txt和setup.py

setup.py

一般来说,用setup.py来管理代码的打包、安装、部署问题。业界标准的写法是用Python流行的打包工具setuptools来管理这些事情。这种方式普遍应用于开源项目中。不过这里的核心思想不是用标准化的工具来解决这些问题,而是说,一个项目一定要有一个安装部署工具,能快速便捷的在一台新机器上将环境装好、代码部署好和将程序运行起来。

这个我是踩过坑的。

我刚开始接触Python写项目的时候,安装环境、部署代码、运行程序这个过程全是手动完成,遇到过以下问题:

  1. 安装环境时经常忘了最近又添加了一个新的Python包,结果一到线上运行,程序就出错了。
  2. Python包的版本依赖问题,有时候我们程序中使用的是一个版本的Python包,但是官方的已经是最新的包了,通过手动安装就可能装错了。
  3. 如果依赖的包很多的话,一个一个安装这些依赖是很费时的事情。
  4. 新同学开始写项目的时候,将程序跑起来非常麻烦,因为可能经常忘了要怎么安装各种依赖。

setup.py可以将这些事情自动化起来,提高效率、减少出错的概率。"复杂的东西自动化,能自动化的东西一定要自动化。"是一个非常好的习惯。

setuptools的文档比较庞大,刚接触的话,可能不太好找到切入点。学习技术的方式就是看他人是怎么用的,可以参考一下Python的一个Web框架,flask是如何写的: setup.py

当然,简单点自己写个安装脚本(deploy.sh)替代setup.py也未尝不可。

requirements.txt

这个文件存在的目的是:

  1. 方便开发者维护软件的包依赖。将开发过程中新增的包添加进这个列表中,避免在setup.py安装依赖时漏掉软件包。
  2. 方便读者明确项目使用了哪些Python包。

这个文件的格式是每一行包含一个包依赖的说明,通常是flask>=0.10这种格式,要求是这个格式能被pip识别,这样就可以简单的通过 pip install -r requirements.txt来把所有Python包依赖都装好了。具体格式说明: 点这里

关于配置文件的使用方法

注意,在上面的目录结构中,没有将conf.py放在源码目录下,而是放在docs/目录下。

很多项目对配置文件的使用做法是:

  1. 配置文件写在一个或多个python文件中,比如此处的conf.py。
  2. 项目中哪个模块用到这个配置文件就直接通过import conf这种形式来在代码中使用配置。

这种做法我不太赞同:

  1. 这让单元测试变得困难(因为模块内部依赖了外部配置)
  2. 另一方面配置文件作为用户控制程序的接口,应当可以由用户*指定该文件的路径。
  3. 程序组件可复用性太差,因为这种贯穿所有模块的代码硬编码方式,使得大部分模块都依赖conf.py这个文件。

所以,我认为配置的使用,更好的方式是,

  1. 模块的配置都是可以灵活配置的,不受外部配置文件的影响。
  2. 程序的配置也是可以灵活控制的。

能够佐证这个思想的是,用过nginx和mysql的同学都知道,nginx、mysql这些程序都可以*的指定用户配置。

所以,不应当在代码中直接import conf来使用配置文件。上面目录结构中的conf.py,是给出的一个配置样例,不是在写死在程序中直接引用的配置文件。可以通过给main.py启动参数指定配置路径的方式来让程序读取配置内容。当然,这里的conf.py你可以换个类似的名字,比如settings.py。或者你也可以使用其他格式的内容来编写配置文件,比如settings.yaml之类的。

七、ATM项目开发

模拟实现一个ATM + 购物商城程序

  1. 额度 15000或自定义
  2. 实现购物商城,买东西加入 购物车,调用信用卡接口结账
  3. 可以提现,手续费5%
  4. 每月22号出账单,每月10号为还款日,过期未还,按欠款总额 万分之5 每日计息
  5. 支持多账户登录
  6. 支持账户间转账
  7. 记录每月日常消费流水
  8. 提供还款接口
  9. ATM记录操作日志
  10. 提供管理接口,包括添加账户、用户额度,冻结账户等。。。
  11. 用户认证用装饰器

https://github.com/triaquae/py_training/tree/master/sample_code/day5-atm

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