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

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("33[32;1mUser has passed authention33[0m")
                    res = function(*args,**kwargs)
                    print("---after authentication")
                    return res
                else:
                    exit("33[31;1mInvalid username or password33[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StopIteration的value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list、tuple、dict、set、str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list、dict、str虽然是Iterable，却不是Iterator。

把list、dict、str等Iterable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list、dict、str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list、dict、str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

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：cPickle和pickle。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cStringIO和StringIO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
S'age'
p1
I20
sS'score'
p2
I88
sS'name'
p3
S'Bob'
p4
s."

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str或unicode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()和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Stackoverflow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，我也不打算重新造轮子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，应当可以由用户自由指定该文件的路径。
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这些程序都可以自由的指定用户配置。

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