Python第二语言（十四、高阶基础）

news2025/6/26 4:57:20

目录

1. 闭包

1.1 使用闭包注意事项

1.2 小结

2. 装饰器：实际上也是一种闭包；

2.1 装饰器的写法（闭包写法） ：基础写法，只是解释装饰器是怎么写的；

2.2 装饰器的语法糖写法：@函数注解 ：可以说是，当前函数没有发生变动，但是功能增加了；

3. 什么是设计模式

4. 设计模式-单例模式

4.1 单例模式的作用

4.2 单例模式的实现

5. 设计模式-工厂模式：创建额外的工厂类，去获得想要的对象

5.1 工厂模式的使用

5.2 工厂模式的优点

6. 多线程：进程-线程概念

7. 多线程编程-threading 模块

7.1 threading 模块使用

7.2 参数传递args(tuple), kwargs(dict)

8. 网络编程：Socket服务端开发

8.1 Socket客户端和Socket服务端

8.2 Socket编程（客户端 & 服务端）

9. 正则表达式-基础方法

9.1 正则表达式概念

9.2 正则的三个基础方法

9.3 小结

10. 正则表达式-元字符匹配

10.1 元字符匹配

10.2 元字符匹配-数量匹配

10.3 元字符匹配-边界匹配-分组匹配

10.4 练习习题

10.4.1 案例：匹配账号，只能由字母和数字组成，长度限制6-10位

10.4.2 案例：匹配QQ号，要求纯数字，长度5-11，第一位不为0

10.4.3 案例：匹配邮箱地址，只允许qq、163、gmail这三种邮箱地址

11. 递归算法

11.1 概念：即方法（函数）自己调用自己的一种特殊编程写法；

11.2 文件结构

11.3 os模块获取文件操作

11.3.1 读取文件夹中的内容

11.3.2 判断这个路径是否是文件夹

11.3.3 判断这个路径是否存在

11.4 递归

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1. 闭包

  • 引言：

    • 全局变量是可能被别的类import进行篡改的；存在风险；

  • 序章：
    • 在闭包中修改外部函数的值：需要使用nonlocal关键字修饰外部函数的变量才可以在内部函数中修改它；
    • 闭包解决全局变量被篡改的可能性：
    1. 讲解：大致就是说，initial_amount 是外部全局变量传入，而内部def可以调用到initial_amount ，也可以用到num，最终account_create返回的是一个函数，函数是atm ，而fn = account_create("xxx")，fn("xxx")实际代笔的是内部函数，实现闭包；
    2. 实际上fn得到的是retrun的atm函数；
    3. fn就是返回的函数，一个函数，而这个函数就是atm，所以解释的通为什么fn输出的内容会是存款：+xxx，账户余额：xxx，因为atm调用了initial_amount和num；
    4. initial_amount=0这相当于是个变量，在整个程序account_create(xxx)调用的过程中，他是一直有在更改的，但是可以看见在外界无法篡改到他，而是作为一个临时变量被atm函数使用；
    5. def account_create(initial_amount=0):  # 函数嵌套
    def atm(num, deposit=True):
        nonlocal initial_amount  # 内部函数使用外部函数变量

        if deposit:
            initial_amount += num
            print(f"存款：+{num}，账户余额：{initial_amount}")
        else:
            initial_amount -= num
            print(f"取款：-{num}，账户余额：{initial_amount}")

    return atm  # 返回内部函数


fn = account_create()
fn(300)
fn(300)
fn(100, False)

1.1 使用闭包注意事项

  • 优点：

    无需定义全局变量即可实现通过函数，持续的访问、修改某个值；

    闭包使用的变量的所用于在函数内，难以被错误的调用修改；

  • 缺点：

    由于内部函数持续引用外部函数的值，所以会导致这一部分内存空间不被释放，一直占用内存；

1.2 小结

  1. 闭包：

    定义双层嵌套函数内层函数可以访问外层函数的变量；

    将内存函数作为外层函数的返回，此内层函数就是闭包函数；

  2. 闭包的好处和缺点：

    优点：不定义全局变量，也可以让函数持续访问和修改一个外部变量；

    优点：闭包函数引用的外部变量，是外层函数的内部变量。作用域封闭难以被误操作修改；

    缺点：额外的内存占用（基本可以忽略不记）；

  3. nonlocal关键字的作用：

    在闭包函数（内部函数中）想要修改外部函数的变量值需要用nonlocal声明这个外部变量；

2. 装饰器：实际上也是一种闭包；

  • 装饰器概念：
    • 装饰器具有装饰器语法糖，与Spring的AOP思想很像，在调用某个函数时增强函数功能；
    • 装饰器其实也是一种闭包，其功能就是在不破坏目标函数原有的代码和功能的前提下，为目标函数增加新功能；
2.1 装饰器的写法（闭包写法） ：基础写法，只是解释装饰器是怎么写的；

就是在使用闭包时，调用outer函数时传递了一个函数实参，实现装饰器sleep写法；

def outer(func):  # 装饰器一般写法（闭包）
    def inner():
        print("睡觉")
        func()
        print("起床")

    return inner


def sleep():
    import random
    import time
    print("ZZZ...")
    h = random.randint(1, 5)
    time.sleep(h)
    print(f"睡了：{h}小时")


fn = outer(sleep)
fn()

2.2 装饰器的语法糖写法：@函数注解 ：可以说是，当前函数没有发生变动，但是功能增加了；

        在代码中，@outer 这行代码就是在使用装饰器 outer。它的作用是把 sleep 函数作为参数传递给 outer 函数，并用 outer 函数返回的 inner 函数来替换 sleep 函数。使用 @ 符号，装饰器调用的方式非常简洁，等效于：

虽然调用的是sleep，但是，实际上调用是outer的inner；

sleep = outer(sleep)

        这样，在调用 sleep() 时，实际上是在调用 outer 返回的 inner 函数。这个函数会先打印 “睡觉”，然后调用原始的 sleep 函数，最后再打印 “起床”。

def outer(func):
    def inner():
        print("睡觉")
        func()
        print("起床")

    return inner


@outer
def sleep():
    import random
    import time
    print("ZZZ...")
    h = random.randint(1, 5)
    time.sleep(h)
    print(f"睡了：{h}小时")


sleep()

3. 什么是设计模式

  • 设计模式是一种编程套路，可以极大的方便程序的开发；
  • 最常见、最经典的设计模式，是面向对象设计模式；
  • 除了面向对象外，在编程中也有很多既定的套路可以方便开发，我们称之为设计模式：单例、工厂模式、建造者、责任链、状态、备忘录、解释器、访问者、观察者、中介、模板、代理模式等...

4. 设计模式-单例模式

4.1 单例模式的作用
  • 创建类的实例后，通常都会得到一个完整的、独立的类对象，但是在某些场景下，创建一个类，无论获取多少次类对象，都仅仅提供一个具体的实例，用以节省创建类对象的开销和内存开销；例如：工具类仅要1个实例，可以被用很多次；
4.2 单例模式的实现
  • 保证类或方法函数，只有一个，保证单例的使用；
  • 看到控制台，输出的对象地址是相同的，说明他们是同一个对象；
from str_tools import str_tool

s1 = str_tool()
s2 = str_tool()

print(id(s1))
print(id(s2))

5. 设计模式-工厂模式：创建额外的工厂类，去获得想要的对象

5.1 工厂模式的使用
  • 当大量创建一个类的实例时，可以使用工厂模式来帮我们获取到类对象；
  • 与原始获取类的基础上多了一个工厂类，由原本的获取对象方式变成了通过工厂来获取到对象；
class Person:
    pass

class Worker(Person):
    pass
class Student(Person):
    pass
class Teacher(Person):
    pass

class Factory:  # 工厂类
    def get_person(self, p_type):
        if p_type == 'w':
            return Worker()
        if p_type == 's':
            return Student()
        if p_type == 't':
            return Teacher()


factory = Factory()
worker = factory.get_person('w')
student = factory.get_person('s')
teacher = factory.get_person('t')

5.2 工厂模式的优点
  1. 大批量创建对象的时候有统一的入口，易于代码维护；
  2. 当发生修改，仅修改工厂类的创建方法即可；
  3. 符合现实世界的模式，即由工厂来制作产品对象；

6. 多线程：进程-线程概念

  1. 进程：就是一个程序，运行在系统之上。那么便称之为这个程序为一个运行进程，并分配进程ID方便系统管理；
  2. 线程：线程是归属于进程的，一个进程可以开启多个线程，执行不同的工作，是基进程的实际工作最小单位；
  3. 进程之间是内存隔离的，及不同的进程拥有各自的内存空间，这就类似于不同的公司拥有不同的办公场所；
  4. 线程之间是内存共享的，线程是属于进程的，一个进程内的多个线程之间是共享这个进程所拥有的内存空间的，这就好比，公司员工之间的共享公司的办公场所；
  5. 并行执行：在同一时间做不同的工作，进程之间并行执行，线程之间并行执行；

7. 多线程编程-threading 模块

7.1 threading 模块使用
thread_obj = threading.Thread(group=None, target=None, name=None, args=(), kwargs={})
  • group=None: 预留参数，目前未使用，保留默认值。
  • target=None: 要在线程中执行的目标函数，默认为 None，需要提供一个可调用对象。
  • args=(): 传递给目标函数的位置参数，默认为空元组。
  • kwargs={}: 传递给目标函数的关键字参数，默认为空字典。
  • name=None: 线程名称，默认为 None，可以不设置，系统会自动生成。
参数名类型默认值说明
groupNoneNone预留参数
targetcallableNone要执行的函数
argstuple()位置参数
kwargsdict{}关键字参数
namestrNone线程名称

案例：

import threading
import time
from datetime import datetime
def sing():
    while True:
        print("唱歌，啦啦啦")
        time.sleep(1)
        print("唱歌停顿，1秒" + datetime.now().strftime("%H:%M:%S"))

def dance():
    while True:
        print("跳舞，")
        time.sleep(1)
        print("跳舞停顿，1秒" + datetime.now().strftime("%H:%M:%S"))


if __name__ == '__main__':
    sing_thread = threading.Thread(target=sing)  # 创建唱歌任务线程
    dance_thread = threading.Thread(target=dance)  # 创建跳舞任务线程

    sing_thread.start()  # 唱歌线程开启
    dance_thread.start()

7.2 参数传递args(tuple), kwargs(dict)
import threading
import time
from datetime import datetime

def sing(money):
    while True:
        print(f"唱歌，啦啦啦，这首歌赚了：{money}元")
        time.sleep(1)
        print("唱歌停顿，1秒 " + datetime.now().strftime("%H:%M:%S"))

def dance(msg):
    while True:
        print(f"跳舞，{msg}")
        time.sleep(1)
        print("跳舞停顿，1秒 " + datetime.now().strftime("%H:%M:%S"))

if __name__ == '__main__':
    sing_thread = threading.Thread(target=sing, args=(20,))  # 创建唱歌任务线程, target=sing传递函数本身
    dance_thread = threading.Thread(target=dance, kwargs={"msg": "跳舞让我很开心"})  # 创建跳舞任务线程, target=dance传递函数本身

    sing_thread.start()  # 唱歌线程开启
    dance_thread.start()

    sing_thread.join()  # 等待唱歌线程结束
    dance_thread.join()  # 等待跳舞线程结束

8. 网络编程：Socket服务端开发

  • 概念：
    • scoket（套接字）是进程之间网络通信的一个工具；
    • 2个进程之间通过Socket进行相互通讯，就必须有服务端和客户端；
    • Socket服务端：等待其他进程的连接、可接受发来的消息，可以回复消息；
    • Socket客户端：主动连接服务端、可以发送消息、可以接受回复；
8.1 Socket客户端和Socket服务端

Socket服务端：等待其它进程的连接，可接收发来的消息，可以回复消息；

Socket客户端：主动连接服务端，可以发送消息，可以接收回复；

8.2 Socket编程（客户端 & 服务端）

server：

import socket  # 1.导包

socket_server = socket.socket()

socket_server.bind(('localhost', 8888))  # 2.绑定socket_server到指定IP和地址

socket_server.listen(1)  # 3.服务端开始监听端口，设置接收连接的数量

# 4.接收客户端连接，获得连接对象; 返回的是元组（连接对象，客户端地址信息）; accept是阻塞，等待客户端连接
conn, address = socket_server.accept()
print(f"接收到客户端连接，连接来自：{address}")

while True:
    # 5.客户端连接后，通过recv方法，接收客户端发送的消息; recv缓冲区大小; decode将bytes对象转成字符串
    data = conn.recv(1024).decode("UTF-8")
    if data == 'exit':
        break
    print("接收到发送的数据：", data)
    conn.send("你好".encode("UTF-8"))  # 6.通过conn（客户端当次连接对象，调用send方法回复消息）

conn.close()  # 7.关闭连接
socket_server.close()

client：

import socket

socket_client = socket.socket()

# 连接到服务器
socket_client.connect(('localhost', 8888))

# 发送消息
while True:
    message = input("请输入要发送的消息（输入 'exit' 结束）: ")
    socket_client.send(message.encode("UTF-8"))
    if message == 'exit':
        break
    data = socket_client.recv(1024).decode("UTF-8")
    # 接收到服务器返回的消息
    print("接收到服务器的消息:", data)

# 关闭连接
socket_client.close()

两个服务启动后：

  • 小结：服务端是被动的，客户端是主动的，服务端接受消息并回复，客户端发送消息，会并回复；

9. 正则表达式-基础方法

9.1 正则表达式概念
  • 正则表达式，又称规则表达式（Regular Expression）是使用单个字符串来描述、匹配某个句法规则的字符串,常被用来检索、替换那些符合某个模式（规则）的文本；
  • 正则表达式就是使用：字符串定义规则，并通过规则去验证字符串是否匹配；
  • 比如，验证一个字符串是否是符合条件的电子邮箱地址，只需要配置好正则规则，即可匹配任意邮箱：
    • 比如通过正则规则:(^[\w-]+(\.[\w-]+)*@[\w-]+(\.[\w-]+)+$)即可匹配一个字符串是否是标准邮箱格式；
    • 但如果不使用正则，使用if else来对字符串做判断就非常困难了；
9.2 正则的三个基础方法

1. re.match('字符单词', 字符串变量)：字符串匹配规则，从头匹配，只从头匹配一次符合条件的字符串；

import re

s = 'python zhangSan python nihao python wolai'

result = re.match('python', s)

print(result)  # 显示匹配对象或者 None
print(result.span())  # 打印了匹配子串在原始字符串 s 中的起始和结束索引
print(result.group())  # 打印了实际匹配到的子串

s = '1python zhangSan python nihao python wolai'
result = re.match('python', s)
print('-----------------')
print(result)

2. re.search('字符单词', 字符串变量) ：字符串匹配规则，搜索匹配，从所有字符串中匹配一次符合条件的字符串；

import re

s = '1python zhangSan python nihao wolai'

result = re.search('python', s)

print(result)  # 显示匹配对象或者 None
print(result.span())  # 打印了匹配子串在原始字符串 s 中的起始和结束索引
print(result.group())  # 打印了实际匹配到的子串

s = 'nihao'
result = re.search('python', s)
print('-----------------')
print(result)

3. re.findall('字符单词', 字符串变量)：字符串匹配规则，搜索全部匹配，从所有字符串中匹配所有符合条件的字符；

import re

s = '1python zhangSan python nihao wolai'

result = re.findall('python', s)

print(result)  # 显示匹配对象或者 []

s = 'nihao'
result = re.findall('python', s)
print('-----------------')
print(result)

9.3 小结
  1. 什么是正则表达式：
    • 是一种字符串验证的规则，通过特殊的字符串组合来确立规则；
    • 用规则去匹配字符串是否满足；
    • 如(^[\w-]+(\.[\w-]+)*@[\w-]+(\.[\w-]+)+$)可以表示为一个标准邮箱的格式；
  2. re模块的三个主要方法：
    • re.match从头开始匹配，匹配第一个命中项；
    • re.search全局匹配，匹配第一个命中项；
    • re.findall全局匹配，匹配全部命中项；

10. 正则表达式-元字符匹配

10.1 元字符匹配

注意在使用.匹配的时候需要在匹配前面加上一个r ，因为\.或者\d在编码中可能代表着其他的含义，不能被正则使用，所以r把他们标记无效，所以要带上r；

元字符含义示例案例
.匹配任意一个字符（除了换行符）re.findall(r'he.t', 'hello hat heat') 匹配到 'heat'
.匹配点本身re.findall(r'.com', 'example.com google.com') 匹配到 '.com'
[]匹配[]中列举的字符re.findall(r'[aeiou]', 'hello world') 匹配到 'e', 'o'
\d匹配数字（0-9）re.findall(r'\d', 'abc123def456') 匹配到 '1', '2', '3', '4', '5', '6'
\D匹配非数字re.findall(r'\D', 'abc123def456') 匹配到 'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f'
\s匹配空白字符（空格、制表符等）re.findall(r'\s', 'hello\tworld\n') 匹配到 '\t', '\n'
\S匹配非空白字符无
\w匹配单词字符（字母、数字、下划线）re.findall(r'\w', 'hello123_world') 匹配到 'h', 'e', 'l', 'l', 'o', '1', '2', '3', '_', 'w', 'o', 'r', 'l', 'd'
\W匹配非单词字符re.findall(r'\W', 'hello123_world') 匹配到 '' (空字符串)
10.2 元字符匹配-数量匹配

注意：{m,n} 单独介绍，配置的是字符串长度，就是返回字符串的长度区间意思；比如123是3位，123qwe是6位，那么{m,n}就应该等于{3,6} 代表可以匹配的字符是3位数和6位数的；

字符功能描述
*匹配前一个规则的字符出现0至无数次re.findall(r'ab*', 'a ab abb abbb') 匹配到 'a', 'ab', 'abb', 'abbb'
+匹配前一个规则的字符出现1至无数次re.findall(r'ab+', 'a ab abb abbb') 匹配到 'ab', 'abb', 'abbb'
?匹配前一个规则的字符出现0次或1次re.findall(r'ab?', 'a ab abb abbb') 匹配到 'a', 'ab', 'ab', 'ab'
{m}匹配前一个规则的字符出现m次re.findall(r'ab{2}', 'a ab abb abbb') 匹配到 'abb'
{m,}匹配前一个规则的字符出现最少m次re.findall(r'ab{2,}', 'a ab abb abbb') 匹配到 'abb', 'abbb'
{m,n}匹配前一个规则的字符出现m到n次re.findall(r'ab{1,2}', 'a ab abb abbb') 匹配到 'ab', 'abb'
10.3 元字符匹配-边界匹配-分组匹配

^和$的使用注意项：如果要判断字符串整体就需要在字符串前后加上，如果不要求整体的字符串就不用加上，整体字符串意思是abcdefg从a开始到g结束进行匹配，而非整体就是0abcdefg1，也可以求出abcdefg的值，如果换成整体的就不会求出；

|符号表示：(qq,|163|gmail)这三个都可以，其他的都不行；

  • 边界匹配：
字符功能示例
^匹配字符串开头re.findall(r'^hello', 'hello world') 匹配到 'hello'
$匹配字符串结尾re.findall(r'world$', 'hello world') 匹配到 'world'
\b匹配一个单词的边界re.findall(r'\bcat\b', 'The cat is black') 匹配到 'cat'
\B匹配非单词边界re.findall(r'\Bcat\B', 'The cat is black') 匹配到 'cat'
  • 分组匹配：
字符功能示例
()将括号中字符作为一个分组re.findall(r'(hello)+', 'hellohellohello world') 匹配到 'hellohellohello'
|匹配左右任意一个表达式re.findall(r'cat|dog', 'I have a cat') 匹配到 'cat'
10.4 练习习题
10.4.1 案例：匹配账号，只能由字母和数字组成，长度限制6-10位

r = '^[0-9a-zA-Z]{6,10}$' ：表示^从字符串头开始，[0-9a-zA-Z]匹配的规则，{6,10}匹配的字符串长度，$匹配到字符串结尾；

import re

r = '^[0-9a-zA-Z]{6,10}$'
s = '123456Ab'

print(re.findall(r, s))
s = '123456Ab_'
print("------------")
print(re.findall(r, s))

10.4.2 案例：匹配QQ号，要求纯数字，长度5-11，第一位不为0

r = '^[1-9][0-9]{4,10}$' ：表示^从头开始匹配，[1-9]第一位元素只能是1-9区间，[0-9]后续的匹配规则只能在0-9之间，{4,10}原规则是5-11长度，这里4-10是由于第一个元素[1-9]占据了，所有长度要减一，$匹配到结尾；

import re

r = '^[1-9][0-9]{4,10}$'
s = '123a456'
print(re.findall(r, s))  # 数字中存在字母，不符合
print("------------------")
s = '123456'
print(re.findall(r, s))  # 纯6位数字，符合
print("------------------")
s = '012345'
print(re.findall(r, s))  # 0开头，不符合

10.4.3 案例：匹配邮箱地址，只允许qq、163、gmail这三种邮箱地址

r = r'(^[\w-]+(\.[\w-]+)*@(qq|163|gmail)(\.[\w-]+)+$)'

  • ^: 字符串的开始
  • [\w-]+: 匹配邮箱用户名部分，包含一个或多个字母、数字、下划线或连字符
  • (\.[\w-]+)*: 匹配可选的点号后跟一个或多个字母、数字、下划线或连字符的部分，重复零次或多次
  • @: 匹配 @ 符号
  • (qq|163|gmail): 匹配 qq、163 或 gmail 这三个域名之一
  • (\.[\w-]+)+: 匹配至少一个点号后跟一个或多个字母、数字、下划线或连字符的部分
  • $: 字符串的结尾

这个正则表达式整体上用于匹配 qq.com、163.com 或 gmail.com 这些特定域名的电子邮件地址，例如 username@qq.com、user.name@163.com 或 user-name@gmail.com;

import re

r = r'(^[\w-]+(\.[\w-]+)*@(qq|163|gmail)(\.[\w-]+)+$)'
s = 'a.x.a.d.a@qq.com.cn'

print(re.findall(r, s))  # 符合邮箱规则
print('-----------------')
s = 'a.x.a.d.a@q123q.com.cn'
print(re.findall(r, s))  # 不符合邮箱规则

11. 递归算法

11.1 概念：即方法（函数）自己调用自己的一种特殊编程写法；

函数调用自己，即称之为递归调用；

def func():
    if ...:
        func()
    return ...
  • 使用递归场景：递归找文件，找出一个文件夹汇总全部的文件，用递归编程完成；
11.2 文件结构

11.3 os模块获取文件操作
11.3.1 读取文件夹中的内容
import os


def test_os():
    print(os.listdir(r"C:\Users\Administrator\Desktop\file"))


if __name__ == '__main__':
    test_os()

11.3.2 判断这个路径是否是文件夹
import os


def test_os():
    print(os.path.isdir(r"C:\Users\Administrator\Desktop\file"))


if __name__ == '__main__':
    test_os()

11.3.3 判断这个路径是否存在
import os


def test_os():
    print(os.path.exists(r"C:\Users\Administrator\Desktop\file"))


if __name__ == '__main__':
    test_os()

11.4 递归

实际上自己调用自己，不过在调用的外层有一个for循环，最终将值累计，实现递归操作；

主要理解return返回值，以及函数的调用方式，更容易理解递归；

import os


def get_files_recusion_dir(path):
    file_list = []
    if os.path.exists(path):  # 1.判断路径是否存在
        for f in os.listdir(path):
            new_path = path + "/" + f  # 2.将此路径加上反斜杠/ + 当前目录下的其他文件或文本，再次判断
            if os.path.isdir(new_path):
                file_list += get_files_recusion_dir(new_path) # 3.存在当前文件夹即再次调用当前函数，并记录用调用的函数返回值进行累计，实现自己调用自己
            else:
                file_list.append(new_path)  # 4.没有就追加文本文件
    else:
        print(f"指定目录{path}不存在")
        return []
    return file_list  # 最终返回所有的文本文件


if __name__ == '__main__':
    print(get_files_recusion_dir(r"C:\Users\Administrator\Desktop\file"))

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