分工协作——模块化编程

数学中的“函数”（function）这一名词，最早是由中国清朝数学家李善兰在翻译《代数学》时使用的。中国古代“函”字与“含”字通用，都有着“包含”的意思。之所以这么翻译，他给出的原因是“凡此变数中函彼变数者，则此为彼之函数”，简而言之，可以理解为“凡是公式中含有变量x，则该式子叫作x的函数”。也即函数是指一个量随着另一个量的变化而变化，或者说一个量中包含另一个量。更普遍意义上的函数是指“对应法则”。例如y=x+2，这个函数中，y与x的函数关系是指y是在x的基础上加2，x、y皆为变量。

函数的作用是把变量之间、集合之间的映射关系进行抽象。在计算机编程语言中，也存在函数，它是编程语言中不可或缺的、非常重要的部分。函数在这里更有“功能”（function）之意。它把对数据的一系列处理（具有某种目标和作用）封装在一起，形成了一个函数。这就像我们在前面提到的面包机，它可以将放入的材料如面粉、酵母、糖等（输入变量），经过一系列的搅拌、烘焙操作之后形成面包，如图4-1所示。

图4-1　函数与功能

请思考采用函数的好处是什么呢？好处是使用方便，利于维护代码，可以重复使用。然而当编写的函数越来越多，都放在同一个文件中时，代码会越来越长，这也给维护带来困难，而且当别人使用这些函数时，虽然不用重新编写，但还是需要进行复制。解决这些问题的办法是什么呢？读者可以观察一下生活中的例子，如共享单车，在房间内共用同一照明设施等。因此，在编程语言中，也可以引入这样的机制。我们将函数写入单独的文件，这样就可以提供给所有人使用；或者更进一步，为了便于管理，还可以将许多函数分组，将完成同一目标的函数放在同一文件中，例如，有些函数是用来画图的，有些是用来统计的，这就像在日常生活中我们将书本、文具、厨具、药品分门别类地放好，这也易于管理和使用。这样每个文件包含的代码就相对较少，还可以提供给用户进行使用。在Python中，这些文件以.py结尾，一个.py文件就称之为一个模块（module），如图4-2所示。下面将分别介绍函数和模块。

图4-2　函数与模块