Week 2 学习计划｜Python 函数、作用域、闭包与模块化

本周计划对应一年学习计划总纲 Phase I 的 Week 2 · 函数、作用域、闭包与模块化，按总纲 Part II「每周固定执行模板」编排。计划篇只保留任务与要求，实际产出见 Week 2 学习成果。

🎯 本周目标

L1

• 能理解并使用 function / parameter / default argument / *args / **kwargs / scope / closure / lambda / import / module / package。

L2

• 手写参数组合、闭包、decorator 简化版、自定义 module；并把 Week 1 项目重构为 core/ / storage/ / cli/ / config/，加入 dataclass、type hints、logging。

L3

• （总纲本周等级为 L2，不设 L3）

📚 Core Knowledge

总纲 Week 2 学习内容：

function / parameter / default argument / *args / **kwargs / scope / closure / lambda / import / module / package。

• More on Defining Functions：positional / keyword / default 参数、*args / **kwargs、lambda
• Scopes and Namespaces：LEGB、global / nonlocal、闭包
• 模块与包：import、module、package、__name__
• dataclasses、typing、logging：服务本周的重构任务

✍️ Human Core

总纲 Week 2 要求手写：

• 参数组合
• 闭包
• decorator 简化版
• 自定义 module

按日拆解如下（每天 1.5–2h：学习 45min → 实验 45min → 验收 15min）。

Day 1｜函数进阶：参数、作用域、闭包（1.5–2h）

学习 45min：阅读 More on Defining Functions 与 Scopes and Namespaces，掌握 positional / keyword / default 参数、*args / **kwargs、可变默认参数陷阱、LEGB、global / nonlocal、闭包、函数是一等对象、lambda。

实验 45min：创建 function_demo.py：

1. 参数组合：positional / keyword / default 三种传参方式
2. 可变默认参数陷阱：

def append_to(item, target=[]):
    target.append(item)
    return target

print(append_to(1))
print(append_to(2))
print(append_to(3, []))

写出三次输出并解释原因，再用 target=None 修复。

3. 闭包计数器 make_counter()：得到 1、2、3，并验证两个计数器相互独立
4. decorator 简化版：写一个简易装饰器，包住一个函数，在调用前后打印日志，理解“函数作为参数传入、返回新函数”与闭包的关系
5. lambda：构造 (name, age, score) 数据，用 lambda 多字段排序

验收 15min：不用资料解释默认参数何时求值、为什么 list 默认值危险、*args 和 **kwargs 有什么区别、闭包捕获的是值还是变量、“函数是对象”意味着哪三件事。

Day 2｜自定义 module 与包（1.5–2h）

学习 45min：阅读 Modules 与 Packages，掌握 module / package / subpackage、三种 import、__name__ == "__main__"、re-export、sys.path / sys.modules、循环导入。

实验 45min：创建包结构：

mypkg/
├── __init__.py
├── core.py
└── utils/
    ├── __init__.py
    └── text.py

1. 三种 import：import mypkg.core、from mypkg import core、from mypkg.core import xxx
2. 自定义 module：在 mypkg/core.py 中编写自己的函数模块，并用 re-export 让 from mypkg import xxx 可直接使用
3. 模块运行方式：python core.py 与 python -m mypkg.core 观察 __name__ 差异
4. 循环导入：人为制造 a.py → import b、b.py → import a，观察错误并修复

验收 15min：回答 import 同一模块两次代码执行几次及为什么、python file.py 和 python -m pkg.mod 的区别、循环导入为什么发生、最常见解决思路。

Day 3｜闭包与作用域深化（1.5–2h）

学习 45min：深入 LEGB、闭包捕获规则、global / nonlocal 的边界，重点吃透总纲那条验收：

x = outer()
x()

为什么 x() 还能访问 outer() 中定义的变量。

实验 45min：

def outer():
    n = 0
    def inner():
        nonlocal n
        n += 1
        return n
    return inner

x = outer()
print(x())   # 1
print(x())   # 2

解释闭包如何“记住”定义时的环境，以及 nonlocal 在其中起什么作用。

验收 20min：不用资料解释为什么 x() 还能访问 outer() 里的变量。

Day 4｜decorator 简化版（1.5–2h）

学习 45min：理解 decorator 本质是“接受函数、返回新函数”的高阶函数，依赖闭包保存原函数。

实验 45min：

def log(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        print(f"call {func.__name__} args={args} kwargs={kwargs}")
        return func(*args, **kwargs)
    return wrapper

@log
def add(a, b):
    return a + b

验证装饰后 add(1, 2) 会先打印日志再返回 3。理解 @log 等价于 add = log(add)。

验收 15min：解释 @log 做了什么事、为什么需要 *args / **kwargs、装饰器与闭包的关系。

Day 5｜L2 重构（一）：目录拆分 + logging（1.5–2h）

学习 45min：阅读 logging 文档与 Logging HOWTO，掌握 Logger、Handler、Formatter、日志级别、logging.getLogger(__name__)、basicConfig；学习分层思想 storage → core → cli 与 config。

实验 45min：

1. 目录拆分：把 Week 1 项目重构为：

project/
├── app/
│   ├── __init__.py
│   ├── core/
│   ├── storage/
│   ├── cli.py
│   └── config.py
├── tests/
└── config.json

2. 配置与代码分离：创建 config.json，用 dataclass AppConfig 实现 load_config()
3. logging：用 logging.getLogger(__name__) 替换 print，统一格式（时间、模块、级别、消息）
4. 测试：保持原有测试可运行

重点实验（basicConfig）：分别在 storage、cli 调用 logging.basicConfig(...)，总结 basicConfig() 应由入口统一配置。

验收 15min：回答四层结构分别负责什么、为什么推荐 getLogger(__name__)、哪些东西应 / 不应放配置文件、什么信号说明“拆对了”与“越拆越乱”。

Day 6｜L2 重构（二）：dataclass 与 type hints（1.5–2h）

学习 45min：阅读 dataclasses 与 typing 文档，掌握 @dataclass、field、default_factory、frozen=True，以及变量 / 参数 / 返回值标注、Optional、Union、list[T]、dict[K, V]。

实验 45min：

1. 为重构后的项目定义 dataclass 数据模型（如 AppConfig、Record），可变字段用 default_factory
2. type hints：给 storage、core 的公开函数补全参数与返回值类型标注
3. 运行 mypy 检查类型标注（作为重构的验证手段）

验收 15min：回答 @dataclass 自动生成哪些方法、list[str] 为什么不能直接作默认值及正确写法、Optional[int] 什么意思、类型标注会不会自动阻止错误运行。

Day 7｜重构验收（1.5–2h）

Part 1｜重构验收 60min：确认重构后的 Week 1 项目：目录已拆为 core/ / storage/ / cli/ / config/，dataclass、type hints、logging 均已接入，原测试全部通过。

Part 2｜周复盘 45min：回答总纲验收——x = outer(); x() 为什么还能访问 outer() 中定义的变量；并记录本周手写的参数组合、闭包、decorator 简化版、自定义 module 各自产出在哪个文件。

🤖 AI Build

总纲 Week 2 要求：将 Week 1 重构为 core/、storage/、cli/、config/，并加入 dataclass、type hints、logging。

• 目录重构为 core/ / storage/ / cli/ / config/
• 加入 dataclass
• 加入 type hints
• 加入 logging

🧪 Experiment

Hypothesis

• 通过目录拆分、dataclass、type hints 与 logging，Week 1 项目能在不改变对外行为的前提下变得可维护、可测试。

Experiment

• 将 Week 1 的 KV 项目按职责拆为 storage / core / cli / config 四层，接入 logging 与 config.json，补充 dataclass 与类型标注，并用 pytest 验证行为不变。

Result

• 结论与详细记录见 Week 2 学习成果。

Conclusion

• 重构在不改变行为的前提下提升了可维护性；basicConfig 只在入口调一次。

📝 数智工程师考试映射

• Python 函数、作用域、闭包与 decorator
• Python 模块与包机制（import、sys.path、sys.modules）
• 代码组织、分层与工程化重构

✅ Acceptance

总纲 Week 2 验收：

L1

• 能独立解释：

x = outer()
x()

为什么还能访问 outer() 中定义的变量。

L2

• 手写参数组合、闭包、decorator 简化版、自定义 module
• 将 Week 1 项目重构为 core/ / storage/ / cli/ / config/，加入 dataclass、type hints、logging

L3

• 总纲本周不设 L3

🧠 本周最重要的问题

为什么 x = outer(); x() 还能访问 outer() 中定义的变量？

❓ 尚未解决

• 待收尾：Week 1 项目重构后的 dataclass / type hints / logging 完整落地与测试
• decorator 简化版已列入本周手写项，需确认产出文件

📊 Final Level

L2

Week 2 最终项目结构

project/
├── app/
│   ├── __init__.py
│   ├── core/
│   │   └── ...
│   ├── storage/
│   │   └── ...
│   ├── cli.py
│   └── config.py
├── tests/
│   └── ...
├── config.json
└── ...

本周产出清单

• function_demo.py（参数组合、闭包、decorator 简化版、lambda）
• mypkg/（自定义 module 与包）
• Week 1 项目完成目录拆分
• logging 接入
• 配置文件接入
• dataclass 与 type hints
• mypy 检查通过

来源与延伸阅读

• Python Tutorial（函数、模块、包）
• Python Data Model / 对象模型
• dataclasses 与 typing
• logging HOWTO
• mypy 文档
• pytest 文档