【第十七节】Python模块

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Python3 模块简介

在前面的几个章节中我们脚本上是用 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。
模块是一个包含所有你定义的函数和变量的文件,其后缀名是.py。模块可以被别的程序引入,以使用该模块中的函数等功能。这也是使用 python 标准库的方法。
下面是一个使用 python 标准库中模块的例子。

执行结果如下所示:

  • 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。
  • sys.argv 是一个包含命令行参数的列表。
  • 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:

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。
搜索路径是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 文件代码为:

test.py 引入 support 模块:

以上实例输出结果:

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。

Python可以引入当前目录下的文件
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:

然后进入Python解释器,使用下面的命令导入这个模块:

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:

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:

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:

例如,要导入模块 fibo 的 fib 函数,使用如下语句:

这个声明不会把整个fib模块导入到当前的命名空间中,它只会将fib里的fibonacci单个引入到执行这个声明的模块的全局符号表。

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:

这提供了一个简单的方法来导入一个模块中的所有项目。然而这种声明不该被过多地使用。

__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。

运行输出如下:

说明: 每个模块都有一个__name__属性,当其值是’__main__’时,表明该模块自身在运行,否则是被引入。

打印模块内所有方法和属性

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:

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:

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

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:

这将会导入子模块:sound.effects.echo。 他必须使用全名去访问:

还有一种导入子模块的方法是:

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:

还有一种变化就是直接导入一个函数或者变量:

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:

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,恭喜,一个:exc:ImportError 异常被抛出了。
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*

设想一下,如果我们使用 from sound.effects import *会发生什么?
Python 会进入文件系统,找到这个包里面所有的子模块,一个一个的把它们都导入进来。
但是很不幸,这个方法在 Windows平台上工作的就不是非常好,因为Windows是一个大小写不区分的系统。
在这类平台上,没有人敢担保一个叫做 ECHO.py 的文件导入为模块 echo 还是 Echo 甚至 ECHO。
(例如,Windows 95就很讨厌的把每一个文件的首字母大写显示)而且 DOS 的 8+3 命名规则对长模块名称的处理会把问题搞得更纠结。
为了解决这个问题,只能烦劳包作者提供一个精确的包的索引了。
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。你说我就不这么做,我就不使用导入*这种用法,好吧,没问题,谁让你是老板呢。这里有一个例子,在:file:sounds/effects/__init__.py中包含如下代码:

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:

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

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。

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