Python3 模块
在前面的几个章节中我们基本上是用 python 解释器来编程,如果你从 Python 解释器退出再进入,那么你定义的所有的方法和变量就都消失了。
为此 Python 提供了一个办法,把这些定义存放在文件中,为一些脚本或者交互式的解释器实例使用,这个文件被称为模块。
Python 中的模块(Module)是一个包含 Python 定义和语句的文件,文件名就是模块名加上 .py 后缀。
模块可以包含函数、类、变量以及可执行的代码。通过模块,我们可以将代码组织成可重用的单元,便于管理和维护。
模块的作用
代码复用:将常用的功能封装到模块中,可以在多个程序中重复使用。
命名空间管理:模块可以避免命名冲突,不同模块中的同名函数或变量不会互相干扰。
代码组织:将代码按功能划分到不同的模块中,使程序结构更清晰。
下面是一个使用 python 标准库中模块的例子。
实例(Python 3.0+)
执行结果如下所示:
$ python using_sys.py 参数1 参数2 命令行参数如下: using_sys.py 参数1 参数2 Python 路径为: ['/root', '/usr/lib/python3.4', '/usr/lib/python3.4/plat-x86_64-linux-gnu', '/usr/lib/python3.4/lib-dynload', '/usr/local/lib/python3.4/dist-packages', '/usr/lib/python3/dist-packages']
- 1、import sys 引入 python 标准库中的 sys.py 模块;这是引入某一模块的方法。
- 2、sys.argv 是一个包含命令行参数的列表。
- 3、sys.path 包含了一个 Python 解释器自动查找所需模块的路径的列表。
import 语句
想使用 Python 源文件,只需在另一个源文件里执行 import 语句,语法如下:
import module1[, module2[,... moduleN]
当解释器遇到 import 语句,如果模块在当前的搜索路径就会被导入。
搜索路径时一个解释器会先进行搜索的所有目录的列表。如想要导入模块 support,需要把命令放在脚本的顶端:
support.py 文件代码
test.py 引入 support 模块:
test.py 文件代码
以上实例输出结果:
$ python3 test.py Hello : Runoob
一个模块只会被导入一次,不管你执行了多少次 import。这样可以防止导入模块被一遍又一遍地执行。
当我们使用 import 语句的时候,Python 解释器是怎样找到对应的文件的呢?
这就涉及到 Python 的搜索路径,搜索路径是由一系列目录名组成的,Python 解释器就依次从这些目录中去寻找所引入的模块。
模块的搜索路径
当导入一个模块时,Python 会按照以下顺序查找模块:
当前目录。
环境变量
PYTHONPATH指定的目录。Python 标准库目录。
.pth文件中指定的目录。
搜索路径是在 Python 编译或安装的时候确定的,安装新的库应该也会修改。搜索路径被存储在 sys 模块中的 path 变量,做一个简单的实验,在交互式解释器中,输入以下代码:
>>> import sys >>> sys.path ['', '/usr/lib/python3.4', '/usr/lib/python3.4/plat-x86_64-linux-gnu', '/usr/lib/python3.4/lib-dynload', '/usr/local/lib/python3.4/dist-packages', '/usr/lib/python3/dist-packages'] >>>
sys.path 输出是一个列表,其中第一项是空串 '',代表当前目录(若是从一个脚本中打印出来的话,可以更清楚地看出是哪个目录),亦即我们执行 python 解释器的目录(对于脚本的话就是运行的脚本所在的目录)。
因此若像我一样在当前目录下存在与要引入模块同名的文件,就会把要引入的模块屏蔽掉。
了解了搜索路径的概念,就可以在脚本中修改 sys.path 来引入一些不在搜索路径中的模块。
现在,在解释器的当前目录或者 sys.path 中的一个目录里面来创建一个 fibo.py 的文件,代码如下:
实例
然后进入Python解释器,使用下面的命令导入这个模块:
>>> import fibo
这样做并没有把直接定义在fibo中的函数名称写入到当前符号表里,只是把模块fibo的名字写到了那里。
可以使用模块名称来访问函数:
实例
如果你打算经常使用一个函数,你可以把它赋给一个本地的名称:
>>> fib = fibo.fib >>> fib(500) 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377
from ... import 语句
Python 的 from 语句让你从模块中导入一个指定的部分到当前命名空间中,语法如下:
from modname import name1[, name2[, ... nameN]]
例如,要导入模块 fibo 的 fib 函数,使用如下语句:
>>> from fibo import fib, fib2 >>> fib(500) 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377
这个声明不会把整个fibo模块导入到当前的命名空间中,它只会将fibo里的fib函数引入进来。
给模块起别名
使用 as 关键字为模块或函数起别名:
import numpy as np # 将 numpy 模块别名设置为 np from math import sqrt as square_root # 将 sqrt 函数别名设置为 square_root
from ... import * 语句
把一个模块的所有内容全都导入到当前的命名空间也是可行的,只需使用如下声明:
from modname import *
这提供了一个简单的方法来导入一个模块中的所有项目。
不推荐,容易引起命名冲突。
深入模块
模块除了方法定义,还可以包括可执行的代码。这些代码一般用来初始化这个模块。这些代码只有在第一次被导入时才会被执行。
每个模块有各自独立的符号表,在模块内部为所有的函数当作全局符号表来使用。
所以,模块的作者可以放心大胆的在模块内部使用这些全局变量,而不用担心把其他用户的全局变量搞混。
从另一个方面,当你确实知道你在做什么的话,你也可以通过 modname.itemname 这样的表示法来访问模块内的函数。
模块是可以导入其他模块的。在一个模块(或者脚本,或者其他地方)的最前面使用 import 来导入一个模块,当然这只是一个惯例,而不是强制的。被导入的模块的名称将被放入当前操作的模块的符号表中。
还有一种导入的方法,可以使用 import 直接把模块内(函数,变量的)名称导入到当前操作模块。比如:
>>> from fibo import fib, fib2 >>> fib(500) 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377
这种导入的方法不会把被导入的模块的名称放在当前的字符表中(所以在这个例子里面,fibo 这个名称是没有定义的)。
这还有一种方法,可以一次性的把模块中的所有(函数,变量)名称都导入到当前模块的字符表:
>>> from fibo import * >>> fib(500) 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377
这将把所有的名字都导入进来,但是那些由单一下划线(_)开头的名字不在此例。大多数情况, Python程序员不使用这种方法,因为引入的其它来源的命名,很可能覆盖了已有的定义。
__name__ 属性
一个模块被另一个程序第一次引入时,其主程序将运行。
如果我们想在模块被引入时,模块中的某一程序块不执行,我们可以用 __name__ 属性来使该程序块仅在该模块自身运行时执行。
#!/usr/bin/python3
# Filename: using_name.py
if __name__ == '__main__':
print('程序自身在运行')
else:
print('我来自另一模块')
运行输出如下:
$ python using_name.py 程序自身在运行
$ python >>> import using_name 我来自另一模块 >>>
说明:每个模块都有一个 __name__ 属性。
如果模块是被直接运行,
__name__的值为__main__。如果模块是被导入的,
__name__的值为模块名。
说明:__name__ 与 __main__ 底下是双下划线, _ _ 是这样去掉中间的那个空格。
dir() 函数
内置的函数 dir() 可以找到模块内定义的所有名称。以一个字符串列表的形式返回:
>>> import fibo, sys >>> dir(fibo) ['__name__', 'fib', 'fib2'] >>> dir(sys) ['__displayhook__', '__doc__', '__excepthook__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__stderr__', '__stdin__', '__stdout__', '_clear_type_cache', '_current_frames', '_debugmallocstats', '_getframe', '_home', '_mercurial', '_xoptions', 'abiflags', 'api_version', 'argv', 'base_exec_prefix', 'base_prefix', 'builtin_module_names', 'byteorder', 'call_tracing', 'callstats', 'copyright', 'displayhook', 'dont_write_bytecode', 'exc_info', 'excepthook', 'exec_prefix', 'executable', 'exit', 'flags', 'float_info', 'float_repr_style', 'getcheckinterval', 'getdefaultencoding', 'getdlopenflags', 'getfilesystemencoding', 'getobjects', 'getprofile', 'getrecursionlimit', 'getrefcount', 'getsizeof', 'getswitchinterval', 'gettotalrefcount', 'gettrace', 'hash_info', 'hexversion', 'implementation', 'int_info', 'intern', 'maxsize', 'maxunicode', 'meta_path', 'modules', 'path', 'path_hooks', 'path_importer_cache', 'platform', 'prefix', 'ps1', 'setcheckinterval', 'setdlopenflags', 'setprofile', 'setrecursionlimit', 'setswitchinterval', 'settrace', 'stderr', 'stdin', 'stdout', 'thread_info', 'version', 'version_info', 'warnoptions']
如果没有给定参数,那么 dir() 函数会罗列出当前定义的所有名称:
>>> a = [1, 2, 3, 4, 5] >>> import fibo >>> fib = fibo.fib >>> dir() # 得到一个当前模块中定义的属性列表 ['__builtins__', '__name__', 'a', 'fib', 'fibo', 'sys'] >>> a = 5 # 建立一个新的变量 'a' >>> dir() ['__builtins__', '__doc__', '__name__', 'a', 'sys'] >>> >>> del a # 删除变量名a >>> >>> dir() ['__builtins__', '__doc__', '__name__', 'sys'] >>>
标准模块
Python 本身带着一些标准的模块库,在 Python 库参考文档中将会介绍到(就是后面的"库参考文档")。
| 模块名 | 功能描述 |
|---|---|
math | 数学运算(如平方根、三角函数等) |
os | 操作系统相关功能(如文件、目录操作) |
sys | 系统相关的参数和函数 |
random | 生成随机数 |
datetime | 处理日期和时间 |
json | 处理 JSON 数据 |
re | 正则表达式操作 |
collections | 提供额外的数据结构(如 defaultdict、deque) |
itertools | 提供迭代器工具 |
functools | 高阶函数工具(如 reduce、lru_cache) |
有些模块直接被构建在解析器里,这些虽然不是一些语言内置的功能,但是他却能很高效的使用,甚至是系统级调用也没问题。
这些组件会根据不同的操作系统进行不同形式的配置,比如 winreg 这个模块就只会提供给 Windows 系统。
应该注意到这有一个特别的模块 sys ,它内置在每一个 Python 解析器中。变量 sys.ps1 和 sys.ps2 定义了主提示符和副提示符所对应的字符串:
>>> import sys
>>> sys.ps1
'>>> '
>>> sys.ps2
'... '
>>> sys.ps1 = 'C> '
C> print('Runoob!')
Runoob!
C>
包
包是一种管理 Python 模块命名空间的形式,采用"点模块名称"。
比如一个模块的名称是 A.B, 那么他表示一个包 A中的子模块 B 。
就好像使用模块的时候,你不用担心不同模块之间的全局变量相互影响一样,采用点模块名称这种形式也不用担心不同库之间的模块重名的情况。
这样不同的作者都可以提供 NumPy 模块,或者是 Python 图形库。
不妨假设你想设计一套统一处理声音文件和数据的模块(或者称之为一个"包")。
现存很多种不同的音频文件格式(基本上都是通过后缀名区分的,例如: .wav,:file:.aiff,:file:.au,),所以你需要有一组不断增加的模块,用来在不同的格式之间转换。
并且针对这些音频数据,还有很多不同的操作(比如混音,添加回声,增加均衡器功能,创建人造立体声效果),所以你还需要一组怎么也写不完的模块来处理这些操作。
这里给出了一种可能的包结构(在分层的文件系统中):
sound/ 顶层包 __init__.py 初始化 sound 包 formats/ 文件格式转换子包 __init__.py wavread.py wavwrite.py aiffread.py aiffwrite.py auread.py auwrite.py ... effects/ 声音效果子包 __init__.py echo.py surround.py reverse.py ... filters/ filters 子包 __init__.py equalizer.py vocoder.py karaoke.py ...
在导入一个包的时候,Python 会根据 sys.path 中的目录来寻找这个包中包含的子目录。
目录只有包含一个叫做 __init__.py 的文件才会被认作是一个包,主要是为了避免一些滥俗的名字(比如叫做 string)不小心的影响搜索路径中的有效模块。
最简单的情况,放一个空的 :file:__init__.py就可以了。当然这个文件中也可以包含一些初始化代码或者为(将在后面介绍的) __all__变量赋值。
用户可以每次只导入一个包里面的特定模块,比如:
import sound.effects.echo
这将会导入子模块:sound.effects.echo。 他必须使用全名去访问:
sound.effects.echo.echofilter(input, output, delay=0.7, atten=4)
还有一种导入子模块的方法是:
from sound.effects import echo
这同样会导入子模块: echo,并且他不需要那些冗长的前缀,所以他可以这样使用:
echo.echofilter(input, output, delay=0.7, atten=4)
还有一种变化就是直接导入一个函数或者变量:
from sound.effects.echo import echofilter
同样的,这种方法会导入子模块: echo,并且可以直接使用他的 echofilter() 函数:
echofilter(input, output, delay=0.7, atten=4)
注意当使用 from package import item 这种形式的时候,对应的 item 既可以是包里面的子模块(子包),或者包里面定义的其他名称,比如函数,类或者变量。
import 语法会首先把 item 当作一个包定义的名称,如果没找到,再试图按照一个模块去导入。如果还没找到,抛出一个 :exc:ImportError 异常。
反之,如果使用形如 import item.subitem.subsubitem 这种导入形式,除了最后一项,都必须是包,而最后一项则可以是模块或者是包,但是不可以是类,函数或者变量的名字。
从一个包中导入*
如果我们使用 from sound.effects import * 会发生什么呢?
Python 会进入文件系统,找到这个包里面所有的子模块,然后一个一个的把它们都导入进来。
但这个方法在 Windows 平台上工作的就不是非常好,因为 Windows 是一个不区分大小写的系统。
在 Windows 平台上,我们无法确定一个叫做 ECHO.py 的文件导入为模块是 echo 还是 Echo,或者是 ECHO。
为了解决这个问题,我们只需要提供一个精确包的索引。
导入语句遵循如下规则:如果包定义文件 __init__.py 存在一个叫做 __all__ 的列表变量,那么在使用 from package import * 的时候就把这个列表中的所有名字作为包内容导入。
作为包的作者,可别忘了在更新包之后保证 __all__ 也更新了啊。
以下实例在 file:sounds/effects/__init__.py 中包含如下代码:
__all__ = ["echo", "surround", "reverse"]
这表示当你使用from sound.effects import *这种用法时,你只会导入包里面这三个子模块。
如果 __all__ 真的没有定义,那么使用from sound.effects import *这种语法的时候,就不会导入包 sound.effects 里的任何子模块。他只是把包sound.effects和它里面定义的所有内容导入进来(可能运行__init__.py里定义的初始化代码)。
这会把 __init__.py 里面定义的所有名字导入进来。并且他不会破坏掉我们在这句话之前导入的所有明确指定的模块。看下这部分代码:
import sound.effects.echo import sound.effects.surround from sound.effects import *
这个例子中,在执行 from...import 前,包 sound.effects 中的 echo 和 surround 模块都被导入到当前的命名空间中了。(当然如果定义了 __all__ 就更没问题了)
通常我们并不主张使用 * 这种方法来导入模块,因为这种方法经常会导致代码的可读性降低。不过这样倒的确是可以省去不少敲键的功夫,而且一些模块都设计成了只能通过特定的方法导入。
记住,使用 from Package import specific_submodule 这种方法永远不会有错。事实上,这也是推荐的方法。除非是你要导入的子模块有可能和其他包的子模块重名。
如果在结构中包是一个子包(比如这个例子中对于包sound来说),而你又想导入兄弟包(同级别的包)你就得使用导入绝对的路径来导入。比如,如果模块sound.filters.vocoder 要使用包 sound.effects 中的模块 echo,你就要写成 from sound.effects import echo。
from . import echo from .. import formats from ..filters import equalizer
无论是隐式的还是显式的相对导入都是从当前模块开始的。主模块的名字永远是"__main__",一个Python应用程序的主模块,应当总是使用绝对路径引用。
包还提供一个额外的属性__path__。这是一个目录列表,里面每一个包含的目录都有为这个包服务的__init__.py,你得在其他__init__.py被执行前定义哦。可以修改这个变量,用来影响包含在包里面的模块和子包。
这个功能并不常用,一般用来扩展包里面的模块。