電腦做什麼事 第七章 “Batteries included”

我們已經見過Python的基本語法以及許多有用的built-ins，但就好像裝好電池的數位相機一樣，我們希望拿到手上就立即能捕捉許多有趣、新鮮的畫面，相機之於攝影者是工具，程式語言的Python亦如斯。



“Batteries included”是Python語言的設計哲學之一，Python的標準安裝直接包含了許多有用的模組，標準模組庫提供各式各樣的應用，大體上，絕大多數的工作都能藉由引入標準模組庫的模組來完成。


有哪些模組呢？包括數學相關工具、網路及其協定相關工具、標記語言相關工具、檔案及目錄相關工具、壓縮相關工具、資料處理相關工具、作業系統相關工具、多媒體相關工具、圖形使用者介面相關工具、程式發展相關工具………...等等。


很多呢！不是嗎？引入的方式就跟自行定義的套件一樣，唯一不同的，標準模組庫所存放的位置在Python的安裝路徑內，所以直譯器自己就知道位置，我們只需引入就可。現在我們以常見的帳號密碼輸入做一個例子。
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#《電腦做什麼事》的範例程式碼 http://pydoing.blogspot.com/
#-*- coding: UTF-8 -*-
 
from getpass import getpass
 
data = {"kaiching":"0000"}
 
def hello(name):
    print
    print "歡迎光臨，", name, "！"
 
if __name__ == "__main__":
    name = raw_input("請輸入登錄帳號： ")
    word = getpass("請輸入登錄密碼： ")
    if data.has_key(name):
        if word == data[name]:
            hello(name)
        else:
            print "密碼錯誤！"
    else:
        print "註冊後才能登錄！"
    print
    raw_input("請按<Enter>來結束視窗。")


這個程式首先引入標準模組庫getpass模組中的getpass函數，這個函數會隱藏使用者輸入密碼時的顯示，然後將其輸入回傳為字串格式。我們用字典型態的變數data儲存已註冊的使用者資料，如果使用者輸入的帳號密碼都符合，便以hello函數顯示歡迎詞。


若是輸入的帳號錯誤，就顯示「註冊後才能登錄！」，若是帳號正確而密碼錯誤，就顯示「密碼錯誤！」。我們來看看程式順利執行的情況吧！
getpass模組的例子


math



math模組提供許多有用的數學工具，包括計算log函數、三角函數值等，我們用一個例子來看看吧！
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#《電腦做什麼事》的範例程式碼 http://pydoing.blogspot.com/
#-*- coding: UTF-8 -*-
 
import math
 
def result(number):
    print
    print "大於%.2f，最接近的整數為%d" %(number, int(math.ceil(number)))
    print "小於%.2f，最接近的整數為%d" %(number, int(math.floor(number)))
    print "%.2f以2為底的log數為%.2f" %(number, math.log(number, 2))
    print "%.2f的平方根為%.2f" %(number, math.sqrt(number))
    print "%.2f度可轉換為%.2fπ" %(number, math.radians(number)/math.pi)
    print "sin(%.2f) = %.2f" %(number, math.sin(math.radians(number)))
    print "cos(%.2f) = %.2f" %(number, math.cos(math.radians(number)))
    print "tan(%.2f) = %.2f" %(number, math.tan(math.radians(number)))
    print
 
if __name__ == "__main__":
    while True:
        try:
            number = float(raw_input("請輸入0到360之間的數字： "))
            if number < 0:
                print "輸入的是負數，稍後會轉換為正數....."
                print
                number = math.fabs(number)
                if number > 360:
                    print "絕對值大於360！"
                    raise ValueError
                else:
                    result(number)
                    break
            elif number > 360:
                raise ValueError
            else:
                result(number)
                break
        except ValueError:
            print "請再輸入一次！"
 
    raw_input("請按<Enter>來結束視窗。")


result函數用來顯示計算結果，使用者輸入的數字儲存到變數number之中，由上而下依序是計算大於number的最小整數，小於number的最大整數，接者是log2(number)、number的平方根、轉換number為弧度，然後計算sin(number)、cos(number)與tan(number)。


這裡用了個小技巧，我們限制使用者輸入的數字介於0到360之間，而且避免使用者輸入的不是數字，「while True」迴圈與try…except…陳述會進行到使用者輸入正確為止。而如果使用者輸入的是負數，絕對值小於360，程式仍會接受並利用math模組中的fabs()函數，轉換負數為正數。


當使用者輸入是被允許的0到360之間的數字，或是絕對值小於360的複數，程式就會執行result函數印出計算結果，緊接呼叫完result函數後的break陳述，這是為了跳出「while True」，使程式可以結束。


我們來看看輸入30的計算結果吧！
math模組的例子


有關math模組的詳細資訊，詳情可參考Python Library Reference的math。


time



time模組提供許多處理時間的工具，我們以印出現在時間為例。
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#《電腦做什麼事》的範例程式碼 http://pydoing.blogspot.com/
#-*- coding: UTF-8 -*-
 
from time import sleep, asctime
 
weeks = {"Mon":"星期一", "Tue":"星期二", "Wed":"星期三", "Thu":"星期四", "Fri":"星期五", "Sat":"星期六", "Sun":"星期日"}
months = {"Jan":"一月", "Feb":"二月", "Mar":"三月", "Apr":"四月", "May":"五月", "Jun":"六月", "Jul":"七月", "Aug":"八月", "Sep":"九月", "Oct":"十月", "Nov":"十一月", "Dec":"十二月"}
moment = asctime()
 
def now():
    print "今天是西元", moment[20:], "年", months[moment[4:7]],
    print moment[8:10], "號", weeks[moment[:3]]
    print "現在的時間是", moment[11:19]
    print
 
if __name__ == "__main__":
    now()
    print
    print "倒數十秒開始....."
    i = 10
    while i > 0:
        print "時間還有", i, "秒",
        sleep(1)
        print "\r",
        i = i - 1
    print
    print "十秒過後.....你看見消失的時間了嗎？"
    print "現在的時間是", asctime()[11:19]
    print
    raw_input("請按<Enter>來結束視窗。")


time模組中的asctime()函數會去抓現在電腦的時間，然後回傳一個字串，格式如下。
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#《電腦做什麼事》的範例程式碼
#http://pydoing.blogspot.com/
 
'Thu Aug 14 15:42:14 2008'


Thu是Thursday的縮寫，Thursday則是星期四的英文，同樣的Aug是August的縮寫，而August是八月的縮寫，所以這個字串可看成星期、月、日、時、分、秒、年的排列。我們利用兩個字典型態英文縮寫與中文的相對名稱，然後利用變數moment儲存現在時間的字串。


我們自行定義函數now印出現在時間，第一行是中文習慣的年、月、日、星期，第二行則是現在時間。然後利用time模組的另一個sleep()函數執行倒數計時，其參數為數字，單位為秒，在這個程式中每呼叫一次便暫停1秒，效果如下。
利用time模組sleep()函數倒數計時


最後的執行結果如下。
倒數計時的結果


有關time模組的詳細資訊，詳情可參考Python Library Reference的time。


sys



sys模組提供了許多輔助程式執行的函數與變數，例如變數platform可以偵測作業系統類型，而變數version則可偵測Python版本，函數exit()則可用來結束程式。


我們利用「while True」迴圈與函數exit()寫選單式的程式。
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#《電腦做什麼事》的範例程式碼 http://pydoing.blogspot.com/
 
#-*- coding: UTF-8 -*-
 
from sys import exit, platform, version
 
def whatplatform():
    if platform == "win32":
        print "您所使用的是MS-Windows作業系統。"
    elif platform == "linux2":
        print "您所使用的是Linux作業系統。"
    elif platform == "darwin":
        print "您所使用的是Mac作業系統。"
    else:
        print "程式未能偵測到您所使用的作業系統種類。"
 
def fun1():
    print "這是「選單一」。"
    raw_input("請按<Enter>繼續。")
 
def fun2():
    print "這是「選單二」。"
    raw_input("請按<Enter>繼續。")
 
if __name__ == "__main__":
    whatplatform()
    print "您的Python版本為", version[:5]
    print
    while True:
        print "(1) 選單一......"
        print "(2) 選單二......"
        c = raw_input("請輸入選擇，或按q離開程式： ")
        if c == "1":
            fun1()
        elif c == "2":
            fun2() 
        elif c == "q":
            exit()
        else:
            print "您所輸入的不是1或2或q。"


程式一開始印出作業系統型態與Python版本，然後進入「while True」迴圈，如果使用者鍵入1，程式跳到函數fun1印出「這是『選單一』。」，鍵入2則是跳到函數fun2印出「這是『選單二』。」，鍵入q則執行函數exit()結束程式，若非鍵入以上三個選項，就會印出「您所輸入的不是1或2或q。」


只有鍵入q執行函數exit()結束程式，「while True」迴圈也隨之結束，不然程式就會一直繼續下去。
sys模組與選單程式的例子


有關sys模組的詳細資訊，詳情可參考Python Library Reference的sys。


os



os模組提供了許多作業系統的服務，而且符合程式跨平台的需求。這裡，我們只引入函數system()改寫上面選單的例子。函數system()需要一個參數，其型態為字串，用來執行作業系統的指令。


Windows系統的命令列可用指令cls來清除螢幕，並將游標移到終端機視窗的最上面，在UNIX系統，包括Mac與Linux則是利用指令clear來達到相同目的。因此我們利用sys模組的platform變數做平台檢查，另外寫一個函數clear()，若是平台為Windows則回傳字串“cls”，而平台為Mac與Linux則回傳字串“clear”。


我們直接以clear()作為system()的參數，原本的「while True」迴圈改寫到函數main()之中，然後在main()、fun1()、fun2()開始時都呼叫system(clear())，以達到清除螢幕的效果。


程式碼如下。
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#《電腦做什麼事》的範例程式碼 http://pydoing.blogspot.com/
 
#-*- coding: UTF-8 -*-
 
from sys import exit, platform, version
from os import system
 
def whatplatform():
    if platform == "win32":
        print "您所使用的是MS-Windows作業系統。"
    elif platform == "linux2":
        print "您所使用的是Linux作業系統。"
    elif platform == "darwin":
        print "您所使用的是Mac作業系統。"
    else:
        print "程式未能偵測到您所使用的作業系統種類。"
 
def clear():
    if platform == "win32":
        return "cls"
    elif platform == "linux2" or "darwin":
        return "clear"
    else:
        return False
 
def fun1():
    try:
        system(clear())
        print "這是「選單一」。"
        raw_input("請按<Enter>繼續。")
    except TypeError:
        print "系統並無清除螢幕的指令，程式仍繼續運作......."
        print "這是「選單一」。"
        raw_input("請按<Enter>繼續。")
 
def fun2():
    try:
        system(clear())
        print "這是「選單二」。"
        raw_input("請按<Enter>繼續。")
    except TypeError:
        print "系統並無清除螢幕的指令，程式仍繼續運作......."
        print "這是「選單二」。"
        raw_input("請按<Enter>繼續。")
 
def main():
    while True:
        try:
            system(clear())
            print "(1) 選單一......"
            print "(2) 選單二......"
            c = raw_input("請輸入選擇，或按q離開程式： ")
            if c == "1":
                fun1()
            elif c == "2":
                fun2()
            elif c == "q":
                exit()
            else:
                print "您所輸入的不是1或2或q。"
                raw_input("請按<Enter>繼續。")
        except TypeError:
            print "系統並無清除螢幕的指令，程式仍繼續運作......."
            print "(1) 選單一......"
            print "(2) 選單二......"
            c = raw_input("請輸入選擇，或按q離開程式： ")
                if c == "1":
                    fun1()
                elif c == "2":
                    fun2()
                elif c == "q":
                    exit()
                else:
                    print "您所輸入的不是1或2或q。"
                    raw_input("請按<Enter>繼續。")
 
if __name__ == "__main__":
    whatplatform()
    print "您的Python版本為", version[:5]
    print
    raw_input("請按<Enter>繼續。")
    main()


我們來看看程式在Windows執行的結果。
os模組與選單結合的例子之一


接著按Eenter。
os模組與選單結合的例子之二


進入了主選單，接著按入數字「1」，進入選單一。
os模組與選單結合的例子之三

按下Enter，然後回到了主選單。假如我們輸入的是其他的字母呢？
os模組與選單結合的例子之四


程式只接受數字「1」、「2」或字母「q」的輸入。


有關os模組的詳細資訊，詳情可參考Python Library Reference的os。


random



random模組則提供產生擬隨機數的函數供我們運用，我們引入其中的函數randint()來寫一個猜數字遊戲。
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#《電腦做什麼事》的範例程式碼 http://pydoing.blogspot.com/
 
#-*- coding: UTF-8 -*-
 
from random import randint
 
answer = randint(1,99)
 
if __name__ == "__main__":
    print "＊＊猜數字遊戲＊＊"
    print
    state = True
    while state:
        try:
            guess = int(raw_input("請輸入1到99的數字： "))
            if guess == answer:
                print
                print "正確答案！"
                print
                state = False
            elif answer < guess < 100:
                print "太大囉！再試一次。"
            elif 0 < guess < answer:
                print "太小囉！再試一次。"
            else:
                raise ValueError
        except ValueError:
            print "請不要輸入小於1或大於99的整數，或是除了整數以外的符號。"
 
    raw_input("請按<Enter>來結束視窗。")


函數randint()需要兩個整數型態的參數，然後隨機傳回介於之間的一個整數，因此當我們希望被猜的數字介於1到99之間時，就可以將參數分別設為1和99，並且將其存入變數answer之中。


我們仍是利用「while True」迴圈來進行遊戲，變數state控制迴圈是否繼續進行。若是使用者輸入的並非整數，函數int()便會引發ValueError，所以這裡我們仍是用try…except…來處理這項例外。


使用者所猜的數字存入變數guess之中，若是與answer相同，印出「正確答案！」，變數state轉為False，遊戲也隨之結束，若是大於answer且小於100，或小於answer且大於0，分別印出提示訊息。而若是使用者輸入非預期的數字，小於1或大於99，程式自動引發VallueError。


我們來玩玩看吧！
利用random模組寫的猜數字遊戲


有關random模組的詳細資訊，詳情可參考Python Library Reference的random。


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