"数字时钟"案例学习python函数及时间库
这是树哥讲python的第八篇文章。
在编程语言中有一个非常有用的语法：函数。通过编写函数，对于反复使用的功能可以直接调用，能省很多精力。而时间库则是python最常用的一个库，今天树哥通过绘制一个“数字时钟”来讲解函数和时间库相关的知识。
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一、案例分析
案例：
题目：绘制一个是数字时钟，要求数值时钟的时间与现实生活的时间相符。如上图所示：
分析：这其实是两个问题：
- 绘制时间。
- 按照时间的变化更新这个数字时钟。
我们分别来描述这个问题的解决方案：
1、绘制数字时钟
我们分析一下当前的这个图，发现可以使用我们之前提过的turtle，也就是海龟会图库来解决。当前的这个图有两部分组成：
- 汉字：时、分、秒
- 代表时、分、秒的8位数字
汉字的问题：
汉字的问题只需要三个步骤：
- 到达指定的地方，使用turtle.goto(坐标)
- 设置笔的颜色，turtle.pencolor("颜色")，使用red，blue，green
- 书写汉字，turtle.write('汉字',font=（相关参数））
例如以下的几条语句而已：
image.png
代表时、分、秒的八位数字
我们单独看每一个数字，这其实是一个“七段数码管”的经典问题，解决思路是：
把一位数字拆分成七段，每一段给定一个编号，如图所示：
617b3e2bd295aa2b23cd18cfb839d7ab.gif
不同的数码管段点亮组合成不同的数字，例如：
数字 “8” 就需要全部的段落都要点亮，而数字 “0” 则中间的横不需要点亮，而数字 “1” 则只需要点亮右侧的上下两个竖就可以。
当明白这个原理后，我们只要得到相应的数字，只要把相应的段落点亮就可以。
不过，我们没有数码管，有的只是turtle绘图软件，那么我们就需要明白：只要在需要的段落上留下痕迹就可以。
要实现这点也有两个方法：
- 每个数字写段代码，使用if语句逐个判断。
- 大家公用一段代码，写每个段落时判断是否需要落笔。
第一个方法比较简单，不进行演示，我们使用第二种方法尝试。
为了笔顺顺畅，我们以横为开始，一笔走过所有的位置，如下图：
image.png
这样，总共7条语句，每条语句都进行判断是否要画这个线。需要画线的有：
- 第一根线：2,3,4,5,6,8,9
- 第二根线：0,1,3,4,5,6,7,8,9
- 第三根线：0,2,3,5,6,8,9
- 第四根线：0,2,6,8
- 第五根线：0,4,5,6,8,9
- 第六根线：0,2,3,5,6,7,8,9
- 第七根线：0,1,2,3,4,7,8,9
可以采用如下的语句来实现：
image.png
这个drawline 是什么东东呢？
这就是我们每个数字中的七段数码管需要复用的函数。
也就是说：每个数字复用七次drawline函数，而时、分、秒六组数字至少需要复用六次七段函数。（显示时间变化会实时调用这个函数）。
每段的画法就非常简单了，唯一需要判断的是True或者False，如果是False，那么笔拿起来不放下去，就会走过但不留痕迹。
时间怎么写入呢？
这就是需要调用时间的库，采用一个time.localtime()的时间函数就可以把当前时间调取出来。
当然，这个时间函数包含年、月、日、时、分、秒等等诸多信息，我们只需要通过格式取出 “时、分、秒”即可。
localtime = time.strftime('%H：%M：%S',time.localtime())
当然也可以分别取出：
seconds = time.strftime('%S',time.localtime())
minuts = time.strftime('%M',time.localtime())
hours = time.strftime('%H',time.localtime())
在这个环节，我们采用第一种方式，同时从取出的字符串中加入一些特殊字符，便于之后拆分：
localtime = time.strftime('%H-%M=%S+',time.localtime())
最终这段程序为：
image.png
执行效果如下:
image.png
2、根据时间变化显示
上面的程序代码虽然显示了时间，但不能动态显示时间变化，是死的。
我们如何实现它的动态效果呢？
主要的思路是：
- 建立循环，判断秒、分、时间是否变化？
- 如果没有变化，则不用重新写数字
- 如果有变化，就擦除原有数字，重新写一个数字。
树哥需要说明是，由于画笔速度最快speed=0都比较慢，所以就没有再比较秒的变化。
擦除采用了一个比较笨的方法，就是在数字上用白色的笔重写了个“88”.
具体的代码如下：
image.png
具体的展现效果如下：
时钟.gif
二、Python中的函数及时间库
1、函数
函数是提前定义，降低编程难度，还可以重复使用的代码块。我们在案例中的画横线和画数字都是采用了函数。
函数的语法比较简单，只要在函数开头使用def开头，之后是函数名和参数，结尾可以采用return结尾。
image.png
其中，参数和return都可以不存在，以我们上面程序的案例来看下图：
image.png
我们定义了一个 reset 函数，这个函数需要传入两个参数（x，y）。
函数的内容是走到（x,y）坐标点，用白色的画笔重新写 88 两个数字。
需要注意的是：
函数定义时不会被执行，只有被调用的时候才会执行。
函数的参数有必选参数和可选参数。必选在前，可选在后。
其中，可选参数如果没有使用时，则按函数按照默认值来执行。
函数可以使用*b来成为可变参数，也就是给多少个参数都可以。
例如：max（x1，x2.....xn）就是可变参数，给多少个都可以。
参数传递方式：
- 按照位置（常规做法），例如reset（10，10）
- 按照名称 例如：reset（x=10，y=10）
可以通过a,b,c=fact(10,5)这样的语句，把函数返回值赋给a，b，c。
匿名函数lambda
用于比较简单，在一行内就能定义的函数。表达式如：
<函数名> = lambda<参数>:<表达式>
例如:
a = lambda x,y:x+y
在这个函数中，a是变量，这个函数中没有名字，只有lambda,执行结果如下：
image.png
2.time库参数
在python中time库也是标准内置库，只要在程序开始import一下就可以了。
time模块的理解不难，不过参数比较多，我们只要熟悉一下比较常用的参数就可以了。
time.localtime()
我们在python的Idle界面中输入time.localtime(),输出一大串字符，如下图：
image.png
我们可以看到，这个time结果中，有年份、月份、天数、小时、分钟、秒、周天、年天等等信息，我们可以根据我们的需要取出我们想要的数据。例如在我们的案例中，就有相应的语句把数据数据提取出来：
image.png
time的格式化
python中时间日期格式化符号：
%y 两位数的年份表示（00-99）
%Y 四位数的年份表示（000-9999）
%m 月份（01-12）
%d 月内中的一天（0-31）
%H 24小时制小时数（0-23）
%I 12小时制小时数（01-12）
%M 分钟数（00=59）
%S 秒（00-59）
%a 本地简化星期名称
%A 本地完整星期名称
%b 本地简化的月份名称
%B 本地完整的月份名称
%c 本地相应的日期表示和时间表示
%j 年内的一天（001-366）
%p 本地A.M.或P.M.的等价符
%U 一年中的星期数（00-53）星期天为星期的开始
%w 星期（0-6），星期天为星期的开始
%W 一年中的星期数（00-53）星期一为星期的开始
%x 本地相应的日期表示
%X 本地相应的时间表示
%Z 当前时区的名称
%% %号本身
例如：
image.png
Time模块也有一些内置函数
- time.altzone 格林威治西部的夏令时地区的偏移秒数
- time.asctime([tupletime])
print ("time.asctime(t): %s " % time.asctime(t))
time.asctime(t): Thu Apr 7 10:36:20 2016 - time.clock() 用以浮点数计算的秒数返回当前的CPU时间
- time.ctime([secs]) 作用相当于asctime(localtime(secs))
- time.gmtime([secs])接收时间戳
- time.localtime([secs] 当地时间
- time.mktime(tupletime)接受时间元组并返回时间戳
- time.sleep(secs）推迟调用线程的运行，secs指秒数
- time.strftime(fmt[,tupletime])返回以可读字符串
- time.strptime(str,fmt='%a %b %d %H:%M:%S %Y')解析为时间元组。
- time.time( )返回当前时间的时间戳
- time.tzset()根据环境变量TZ重新初始化时间相关设置。
- time.perf_counter()返回计时器的精准时间
- time.process_time() 返回当前进程执行 CPU 的时间总和
- time.timezone属性time.timezone是当地时区
- time.tzname包含一对根据时区的不同而不同的带名称或不带名称字符串
总结：利用turtle的方式进行绘制数字时钟，实现的效果并不是最为理想。不过，这篇文章的主要目的在于让大家理解函数和调用的使用方式，时间库的使用方法。当然，欢迎您分享更优的实现方案。
