【Python基礎教學】match...case&函數&字典【part-6】
【Python基礎教學】match…case&函數&字典【part-6】
哈囉大家好，很感謝你點進本文章，我是一名高中生，是電腦社社團的社長，由於我並不是 Python 這方面非常精通的專家，所以若文章有些錯誤請見諒，也可向我指正錯誤。另外本文章的用意是作為電腦社社團的教材使用而編寫的。
接下來，讓我們進入正題。
在上次我們談完了條件控制及運算子後，我們繼續前進，來到函數及迴圈的世界。
函數的概念我們在 Part 2 的部分已經有談到小部分，print() 是一個函數，不過這種格式的函數只能用來呼叫（call）它，不能夠定義且宣告它。
不過本次教學就要來教各位如何在 Python 中，宣告且定義它。在此之前，我們先來說說上次未說完的條件控制：
match…case
※註：match…case 這個功能只有在 Python 3.10 以上版本才有。
match…case 是 python 版的 switch…case，在其他程式語言如：C 語言使用的語法就是 switch…case。
那麼要 match…case 做什麼用呢？主要是用於簡化 if… else 的判斷，能夠使程式碼變得更加簡明扼要。
match 後的物件會依序與 case 後的內容進行匹配，如果匹配成功，則執行匹配到的表達式，否則直接跳過，_可以匹配一切。
而 case : 類似於 C 語言、Java 裡面的 default:，意思就是當 case : 上面所有條件都不吻合時，那麼 case _: 就必定會成功匹配，執行它裡面的內容。
語法格式如下：
1 | match expression: |
參數說明：
- match 語句後方接一個運算式，然後使用 case 語句來定義不同的模式。
- case 後面接著一個模式，可以是具體值、變數、萬用字元（wildcard character、大陸翻譯為通配符）等。
- 可以使用 if 關鍵字在 case 中添加條件。
- _ 通常用於萬用字元，匹配任何值。
圖源：Python match…case Statement (With Examples)
為了讓大家對於 match…case 的語法更加清晰，所以我們來做以下範例：
1 | mystatus = 404 |
註：改自菜鳥教程之範例。
一個 case 也可以設定多個條件，使用｜隔開，例如：
1 | ... |
進階用法
（2024/08/03補）
- 字典匹配：
1 | item = {"type" : "fruit", "name" : "apple"} |
輸出：
1 | This is an apple. |
- 元組匹配
1 | point = (1, 1) |
輸出：
1 | Diagonal at 1, 1 |
函數（Function）
函數，我們可以把它想成是自動販賣機，就如我在 Part 2 時所說的一樣，如有疑慮請至：【Python基礎教學】開發環境介紹＆基礎程式設計【part-2】
（2024/08/03改）在程式設計中，函式（Function）是一個封裝好的代碼塊，具有以下幾個性質：
- 可重用性（Reusability）：函式是一段可以多次重複使用的程式碼。定義一次後，可以在程式中的不同地方呼叫，不必再寫一次一樣的代碼，這也是為什麼我們需要學習函數的原因。
- 模組化（Modularity）：函式能將程式分解成較小的一塊模組，每個模組（即函式）負責完成特定的任務。這樣的結構會使程式更容易理解和維護。比如說：有負責處理主程式碼的中心函數，由他分別呼叫個別的函數，這樣能達成模組化的目的。
- 封裝性（Encapsulation）：函式內部所定義的程式碼和變數通常是被封裝的（局域變數），不會直接影響或被程式其他部分影響。這樣可以降低不同代碼段之間的耦合度。簡單講就是在函數中的程式碼不會被輕易修改。
- 輸入和輸出（I/O：Input and Output）：函式通常接受輸入參數（Arguments），進行處理後，回傳一個結果。輸入參數和回傳值的存在使得函式可以更加靈活地處理不同的資料。
- 抽象化（Abstraction）：可透過函式減少重複代碼，使程式碼更具可讀性和邏輯性。例如，數學函式可以代表數學公式，處理資料的函式可以表示特定的資料處理邏輯。簡單說就是使用者在使用時能夠更加方便，不會太過於複雜。（如果你是使用者，看到這麼多程式碼抑或是介面那麼複雜的話，你會想用這軟體嗎？）
- 作用域（Scope）：函式內部定義的變數通常只在函式內部才能被修改，這些變數有自己的作用域，不會影響到外部的變數。
- 遞迴（Recursion）：函式自己呼叫自己，稱為遞迴。這在需要處理巢狀結構（例如我們常見的資料夾開開關關就是一種巢狀的結構）或重複性任務時非常有用。-> 這非常非常重要！
接下來，我們來學習如何定義一個函數：
圖源：Python Function | Board Infinity
首先，我們得知道在 Python 中，定義函數的關鍵字為「def」，而它放在函數名稱的開頭。
接下來，我們輸入函數名稱，加上左右括號，如：「def myfunction()」
在這括號裡面呢，我們可以填入一些變數，作為函數的參數（parameter）。而參數與引數（argument）不同的是：
參數是在建立函數時，預設定義宣告的變數。
引數是在呼叫函數時，指定變數（引入數值）數值。
然後不要忘記，重要的地方來了：我們要在我們建立的函數最後，加上一個冒號（半形）「:」。
最後我們建立函數的格式就變成這樣：「def function():」
另外，再教給各位在函數的觀念中，非常重要的概念：return [expression]。return，又稱為迴轉、回傳、傳回、返回等都是它的中文意思，將它放在函數裡面，代表立馬結束函數，return 下方的程式碼將不會執行，直接回傳數值給呼叫方的函數。
若 return 後面沒東西的話，則回傳 None，也就是無的意思。
以下是一個函數的範例：
1 | def fun(): |
這函數表示若 a > b，那麼就回傳 a 數值，否則（else）回傳 b 數值。
接下來我們透過一個簡單的範例來練習如何定義一個函數：
1 | def hello() : |
可以看到我們定義一個函數名稱為 hello()，然後要注意的是最後面一定要加上冒號，裡面內容則是又放入了一個函數 print(“Hello World!”)，而我們看到最後一行，我們對這個函數進行了呼叫，於是這個函數就會執行裡面的 print(“Hello World!”)。
不過我們還可以運用前面所學到的參數，來將 Hello World 替換掉，如下方所示：
1 | def text(text): |
前面就有說到，函數主要拿來處理一些重複性的問題，所以這種只有一行的程式碼就不需要直接寫入函數內，目前只是為了教學方便而使用此範例。
接下來，讓我們來做更多例子，來加深我們對於函數的記憶：
以下是一個計算平面中矩形的面積函數程式：
1 | def area(width, height): |
然後是計算質因數的程式：
1 | def calculate_the_factor(num): |
在這個程式你可以發現，一個一個寫判斷式很麻煩，所以在下一章介紹迴圈時，同時也會教各位如何用比較簡潔的方式來撰寫這支程式。
參數（parameter）
參數在函數中被視為非常重要的一部分，而以下是呼叫函數時可用的正式參數類型：
- 位置參數（Positional Arguments）
- 關鍵字參數（Keyword Arguments）
- 默認參數（Default Arguments）
- 可變位置參數（*args）：允許函式接收任意數量的位置參數。
- 可變關鍵字參數（**kwargs）：允許函式接收任意數量的關鍵字參數。
聽到這麼多專有名詞，不用擔心，接下來會一一跟大家介紹這些參數的作用是什麼：
位置參數（Positional Arguments）
位置參數，顧名思義，你必須要以正確的順序來傳入函數，呼叫時的數量必須和你宣告的參數是一樣的。
如以下例子，呼叫 printme() 函數時，我們必須要傳入一個參數，否則會 error：
1 | def printme(str): |
輸出結果：
1 | Traceback (most recent call last): |
關鍵字參數（Keyword Arguments）
我們在使用關鍵字參數時，Python 允許函數呼叫時參數的順序與宣告時不一致（不受函數宣告的參數順序影響），因為 Python 直譯器能夠直接用參數名稱來匹配參數值。
如下列範例所示：
1 | def printme(str): |
可以看到當我們在呼叫 printme() 函數時，使用關鍵字參數的方法是直接指名參數名稱（str），且指定（賦值）字串 “Hello World!”。
由於上述範例只有一個參數，不夠明顯看出，當在使用關鍵字參數時，能夠不受函數宣告的參數順序影響之結果，所以我們來做以下範例：
1 | def printinfo(name, age): |
輸出結果：
1 | 名字: Handsome |
默認參數（Default Arguments）
在呼叫函數時，若沒有直接傳遞參數，那麼將使用默認參數，這個默認參數會在函數宣告參數時使用，如下所示：
1 | def fun(a=20, b=20) |
我們將函數內的參數皆指定一個數值，即使用了默認參數。接下來我們來看一個呼叫函數時的範例：
1 | def printinfo(name, age = 87 ): |
輸出結果：
1 | 名字: Handsome |
由上述輸出結果跟程式碼來看，我們發現當第一次呼叫函數，與第二次呼叫函數時有所不同，原因就是使用了默認參數。
像是第一次呼叫函數 printme()，我們明確指定兩個參數的值，然而實際結果如我們所理想的一樣。
第二次呼叫函數時，我們並沒有設定 age 參數之值，所以 age 參數直接指定為函數預先宣告好的值，這就是默認參數。
可變位置參數（*args）
加了星號 * 的參數會以元組（tuple）的形式導入，存放所有未命名的變數參數。
1 | def printinfo( arg1, *vartuple ): |
當我們在宣告參數時，可能需要一次宣告許多參數，這時候你就需要用到可變位置參數（*args）了，接下來再舉一個例子，可能會讓你比較清楚理解何謂可變位置參數：
1 | def add(*args): |
由此例可見，可變位置參數能夠允許函數接收任意數量的位置參數，因此在呼叫時能夠輸入任意數量的參數，像是 1, 2, 3, 4, 5, …。
不過當我們在呼叫函數時，沒有將其指定參數，那麼他就是個空元組，不會發生任何 error。
字典（dict）
kwargs 這個參數就是比 args 多加一個星號 而已，然後變成 kwargs。與 args 不同的是，*kwargs 的型態是字典（dict），這個我們還沒教過，待會與各位稍微說明一下。
字典，在 Python 中是一種可變型態，且能夠儲存任意型態的物件。
字典中每一個鍵（key）值（value），key=>value，鍵值對用冒號 : 分割，每個鍵與值之對都以逗號分隔，整個字典都包括在大括號內 { }，格式如下所示：
d = {key1 : value1, key2 : value2, key3 : value3 }
鍵（Key）、值（Value）在字典中成一對，所以稱為鍵值對。
注意：dict 是 Python 的關鍵字和內建函數，變數名稱不建議命名為 dict。
鍵（Key）必須為獨一無二，無法重複，而值（Value）可重複，不受限。
至於值（Value）可以是任何的資料型態，但鍵（Key）一定是不可變的資料型態，如：字串（string）、數字（Number）等。
以下是一個範例：
tinydict = {'name' : 'Handsome', 'age' : '17', 'sex' : 'male'}
也可以這麼建立一個字典：
1 | tinydict1 = { 'abc': 456 } |
以下是創建一個空字典的範例：
1 | # 使用大括號 {} 來創建空字典 |
輸出結果：
1 | {} |
接下來是使用內建函數 dict() 創建字典：
1 | emptyDict = dict() |
輸出結果：
1 | {} |
存取字典內容
和我們在列表中所做的事情是一樣的，只不過在字典中是要直接輸入鍵（Key）的名稱而已，如下所示：
tinydict['Name']
這樣就能夠存取字典中鍵的值了。
以下是一個範例：
1 | tinydict = {'Name': 'Handsome', 'Age': 17, 'Class': 'First'} |
修改字典內容
我們可以在字典新增鍵值對來擴充字典內容，也可以更改鍵的值，如下所示：
1 | tinydict = {'Name': 'HandSome', 'Age': 7, 'Class': 'First'} |
輸出結果：
1 | {'Name': 'HandSome', 'Age': 17, 'Class': 'First', 'School': '某某高中'} |
刪除字典鍵值對
如要刪除一個字典，除去這個資料型態我們可以直接用 del 關鍵字來進行移除，不過也可以透過此關鍵字來對單一個鍵值對進行移除。
若我們只是想要移除字典裡面的所有鍵值對的話，則我們會使用 clear() 方法。
以下是一個範例：
1 | tinydict = {'Name': 'Handsome', 'Age': 17, 'Class': 'First'} |
字典鍵的特性
字典值（Value）可以是 Python 任意之物件，但鍵不行。
以下兩點請各位務必記住：
- 同一個鍵不被允許出現兩次。創建時如果同一個鍵被指定（賦值）兩次，後一個值會被記住，如下範例：
1 | tinydict = {'Name': 'Handsome', 'Age': 7, 'Name': 'UglyMan'} |
輸出結果：
1 | tinydict['Name']: UglyMan |
- 鍵必須為不可變物件，所以可用數字（Number）、字串（String）、元組（Tuple）等不可變物件作為鍵，而我們使用列表（list）就不行。如下範例：
1 | tinydict = {['Name']: 'Handsome', 'Age': 7} |
輸出結果：
1 | Traceback (most recent call last): |
字典內建函數及方法（Functinos and Methods）
| Number | 函數 | 描述 |
|---|---|---|
| 1 | len(dict) | 計算字典元素總數，也就是字典的鍵之總數。 |
| 2 | str(dict) | 讓字典整體以字串形式表示，如：”{‘Name’: ‘Handsome’, ‘Class’: ‘First’, ‘Age’: 7}”。 |
| 3 | len(dict) | 計算字典元素總數，也就是字典的鍵之總數。 |
| Number | 方法 | 描述 |
|---|---|---|
| 1 | dict.clear() | 刪除字典內所有的元素（鍵值對） |
| 2 | dict.copy() | 回傳一個字典的淺複製 |
| 3 | dict.fromkeys(seq [, value]) | 建立一個新字典，以序列 seq 中所有元素做字典的鍵，val 為字典所有鍵對應的初始值，默認為 None |
| 4 | dict.get(key, default=None) | 回傳指定鍵的值，如果鍵不在字典中傳回 default 設定的預設值 None |
| 5 | key in dict | 如果鍵在字典 dict 裡回傳 true，否則回傳 false |
| 6 | dict.setdefault(key, default=None) | 和get()類似，但如果鍵不存在於字典中，將會增加s鍵並將值設為default |
| 7 | dict.update(dict2) | 把字典 dict2 的「鍵/值」對更新到 dict 裡 |
| 8 | pop(key [,default]) | 刪除字典 key（鍵）所對應的值，回傳被刪除的值。 |
| 9 | popitem() | 回傳並刪除字典中的最後一對鍵和值。 |
註：上述方法仍有些未在表中列出，詳請可至 Python 3 字典 | 菜鳥教程 滑到最下面就有了。
可變關鍵字參數（**kwargs）
我們回到可變關鍵字參數（kwargs），前面說過，kwargs 與 args 型態是不同的，**kwargs 是使用字典（dict）作為資料型態，屬於可變物件，而 args 使用元組（tuple），是不可變物件。
**kwargs 允許函式接收任意數量的「關鍵字參數」，總之，我們來看以下範例：
1 | def printinfo( arg1, **vardict ): |
輸出結果：
1 | 輸出: |
可以看到 a、b 各為鍵（Key），而 a 後面的 2 就是 a 這個鍵的值（Value），依此類推。
而當我們在宣告函數時，其實 * 星號是可以單獨出現在函數中參數的，例如：
1 | def f(a,b,*,c): |
但如果單獨出現星號 ，則星號 後面的參數必須以關鍵字參數的形式輸入：
1 | def f(a,b,*,c): |
總結
match…case
※註：match…case 這個功能只有在 Python 3.10 以上版本才有。
match…case 主要是用於簡化 if… else 的判斷，能夠使程式碼變得更加簡明扼要。
語法格式如下：
1 | match expression: |
函式（function）
函式可稱為副程式、函數等中文名稱。
本篇主要說明了以下幾個性質：
- 可重用性（Reusability）
- 模組化（Modularity）
- 封裝性（Encapsulation）
- 輸入和輸出（I/O：Input and Output）
- 抽象化（Abstraction）
- 作用域（Scope）
- 遞迴（Recursion）
關鍵字在 python 中為 def。
函式的命名規則與變數命名規則相同。
注意在名稱最後記得加上冒號。
參數是函式建立之初所預設就有的東西，用於輸入輸出之間的調味劑，如數學中的：f(x) = x^2 + x + 1，每一項都是屬於參數的範疇。
在 Python 中參數分為以下幾種：
- 位置參數（Positional Arguments）
- 關鍵字參數（Keyword Arguments）
- 默認參數（Default Arguments）
- 可變位置參數（*args）
- 可變關鍵字參數（**kwargs）
字典（dict）
字典必須有鍵值「對」，鍵（key）與值（value）必須是一對。
字典顧名思義就是字典，我們常看的中翻英字典格式像這樣：「蘋果：Apple」，在 Python 中可這樣寫：
1 | english_dictionary = {"蘋果" : "Apple"} |
不過字典的值可以是任意資料型態；鍵必須是不可變物件（string、tuple 等）。
字典存取方式，以上述為例：english_dictionary[“蘋果”]，會輸出 Apple。
以下是字典的內建函數及方法：
| Number | 函數 | 描述 |
|---|---|---|
| 1 | len(dict) | 計算字典元素總數，也就是字典的鍵之總數。 |
| 2 | str(dict) | 讓字典整體以字串形式表示，如：”{‘Name’: ‘Handsome’, ‘Class’: ‘First’, ‘Age’: 7}”。 |
| 3 | len(dict) | 計算字典元素總數，也就是字典的鍵之總數。 |
| Number | 方法 | 描述 |
|---|---|---|
| 1 | dict.clear() | 刪除字典內所有的元素（鍵值對） |
| 2 | dict.copy() | 回傳一個字典的淺複製 |
| 3 | dict.fromkeys(seq [, value]) | 建立一個新字典，以序列 seq 中所有元素做字典的鍵，val 為字典所有鍵對應的初始值，默認為 None |
| 4 | dict.get(key, default=None) | 回傳指定鍵的值，如果鍵不在字典中傳回 default 設定的預設值 None |
| 5 | key in dict | 如果鍵在字典 dict 裡回傳 true，否則回傳 false |
| 6 | dict.setdefault(key, default=None) | 和get()類似，但如果鍵不存在於字典中，將會增加s鍵並將值設為default |
| 7 | dict.update(dict2) | 把字典 dict2 的「鍵/值」對更新到 dict 裡 |
| 8 | pop(key [,default]) | 刪除字典 key（鍵）所對應的值，回傳被刪除的值。 |
| 9 | popitem() | 回傳並刪除字典中的最後一對鍵和值。 |
好那以上就是本次教學的內容囉～接下來是一些參考資料：
參考資料
設計看JS - Parameter & Argument - iT 邦幫忙::一起幫忙解決難題，拯救 IT 人的一天
Python - 函式參數傳遞 - Alvin - Medium
