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第010课：函数和字符串的应用

前面两节课，我们介绍了函数和字符串。在讲解今天的内容之前，先来回答一个可能会让大家感到费解的问题：为什么字符串类型（str）可以通过调用方法的方式进行操作，而之前我们用到的数值类型（如int、float）却没有可以调用的方法。在Python中，数值类型是标量类型，也就是说这种类型的变量没有可以访问的内部结构；而字符串类型是一种结构化的、非标量类型，所以才会有一系列的方法可供调用。如果对这一点感到困惑，那就继续学习吧，等学习完面向对象编程的知识后，你就能找到这些问题的答案了。

接下来我们通过一些案例来为大家讲解函数和字符串的应用。

经典小案例

例子1：设计一个生成指定长度验证码的函数。

说明：验证码由数字和英文大小写字母构成。

import random

ALL_CHARS = '0123456789abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ'


def generate_code(code_len=4):
    """生成指定长度的验证码
    :param code_len: 验证码的长度(默认4个字符)
    :return: 由大小写英文字母和数字构成的随机验证码字符串
    """
    code = ''
    for _ in range(code_len):
        # 产生0到字符串长度减1范围的随机数作为索引
        index = random.randrange(0, len(ALL_CHARS))
        # 利用索引运算从字符串中取出字符并进行拼接
        code += ALL_CHARS[index]
    return code

我们用下面的代码生成10组随机验证码来测试上面的函数。

for _ in range(10):
    print(generate_code())

上面的函数其实还有一种更为简单的写法，直接利用random模块的随机抽样函数从字符串中取出指定数量的字符，然后利用字符串的join方法将选中的那些字符拼接起来。此外，可以利用Python标准库中的string 模块来获得数字和英文字母的字面常量。

import random
import string

ALL_CHARS = string.digits + string.ascii_letters


def generate_code(code_len=4):
    """生成指定长度的验证码
    :param code_len: 验证码的长度(默认4个字符)
    :return: 由大小写英文字母和数字构成的随机验证码字符串
    """
    return ''.join(random.choices(ALL_CHARS, k=code_len))

说明：random模块的sample和choices函数都可以实现随机抽样，sample实现无放回抽样，这意味着抽样取出的字符是不重复的；choices实现有放回抽样，这意味着可能会重复选中某些字符。这两个函数的第一个参数代表抽样的总体，而参数k代表抽样的数量。

例子2：设计一个函数返回给定文件名的后缀名。

说明：文件名通常是一个字符串，而文件的后缀名指的是文件名中最后一个.后面的部分，也称为文件的扩展名，它是某些操作系统用来标记文件类型的一种机制，例如在Windows系统上，后缀名exe表示这是一个可执行程序，而后缀名txt表示这是一个纯文本文件。需要注意的是，在Linux和macOS系统上，文件名可以以.开头，表示这是一个隐藏文件，像.gitignore这样的文件名，.后面并不是后缀名，这个文件没有后缀名或者说后缀名为''。

def get_suffix(filename):
    """获取文件名的后缀名
    :param filename: 文件名
    :return: 文件的后缀名
    """
    # 从字符串中逆向查找.出现的位置
    pos = filename.rfind('.')
    # 通过切片操作从文件名中取出后缀名
    return filename[pos + 1:] if pos > 0 else ''

可以用下面的代码对上面的函数做一个简单的测验。

print(get_suffix('readme.txt'))       # txt
print(get_suffix('readme.txt.md'))    # md
print(get_suffix('.readme'))          #
print(get_suffix('readme.'))          #
print(get_suffix('readme'))           #

上面的get_suffix函数还有一个更为便捷的实现方式，就是直接使用os.path模块的splitext函数，这个函数会将文件名拆分成带路径的文件名和扩展名两个部分，然后返回一个二元组（下节课会讲到元组），二元组中的第二个元素就是文件的后缀名（包含.），如果要去掉后缀名中的.，可以做一个字符串的切片操作，代码如下所示。

from os.path import splitext


def get_suffix(filename):
    return splitext(filename)[1][1:]

例子3：在终端中显示跑马灯（滚动）文字。

说明：实现跑马灯文字的原理非常简单，把当前字符串的第一个字符放到要输出的内容的最后面，把从第二个字符开始后面的内容放到要输出的内容的最前面，通过循环重复这个操作，就可以看到滚动起来的文字。两次循环之间的间隔可以通过time模块的sleep函数来实现，而清除屏幕上之前的输出可以使用os模块的system函数调用系统清屏命令来实现。

import os
import time

content = '北 京 欢 迎 你 为 你 开 天 辟 地           '
while True:
    # Windows清除屏幕上的输出
    # os.system('cls')  
    # macOS清除屏幕上的输出
    os.system('clear')
    print(content)
    # 休眠0.2秒（200毫秒）
    time.sleep(0.2)
    content = content[1:] + content[0]

提示：我们之前建议大家暂时用VS Code来编写Python代码，如果你已经提前开始使用PyCharm了，需要提醒大家，PyCharm的运行窗口无法用上面的方式做清屏处理。建议在“命令行提示符”或“终端”（PyCharm中的“Terminal”相当于就是Windows系统的“命令行提示符”或macOS系统的“终端”）中运行该程序。

简单的总结

在写代码尤其是开发商业项目的时候，一定要有意识的将相对独立且重复出现的功能封装成函数，这样不管是自己还是团队的其他成员都可以通过调用函数的方式来使用这些功能。字符串是非常重要的数据类型，字符串的常用运算和方法需要掌握，因为一般的商业项目中，处理字符串比处理数值的操作要更多。

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