Python学习记录——9.模块

Dear 丶 2023-06-09 10:16 45阅读 0赞

## 1.模块简介 ##

模块让你能够有逻辑地组织你的Python代码段。

把相关的代码分配到一个模块里，能让你的代码更好用、更易懂。

模块也是Python对象，具有随机的名字属性用来绑定或引用。

简单地说，模块就是一个保存了Python代码的文件。模块能定义函数，类和变量。模块里也能包含可执行的代码。

示例如下：

def print_func( par ):
       print "Hello : ", par
       return

**使用模块的好处**

最大的好处是大大提高了代码的可维护性。其次，编写代码不必从零开始。当一个模块编写完毕，就可以被其他地方引用。我们在编写程序的时候，也经常引用其他模块，包括Python内置的模块和来自第三方的模块。

使用模块还可以避免函数名和变量名冲突。相同名字的函数和变量完全可以分别存在不同的模块中，因此，我们自己在编写模块时，不必考虑名字会与其他模块冲突。但是也要注意，尽量不要与内置函数名字冲突。

你也许还想到，如果不同的人编写的模块名相同怎么办？为了避免模块名冲突，Python又引入了按目录来组织模块的方法，称为包（Package）。

举个例子，一个`abc.py`的文件就是一个名字叫`abc`的模块，一个`xyz.py`的文件就是一个名字叫`xyz`的模块。

现在，假设我们的`abc`和`xyz`这两个模块名字与其他模块冲突了，于是我们可以通过包来组织模块，避免冲突。方法是选择一个顶层包名，比如`mycompany`，按照如下目录存放：

mycompany
    ├─ __init__.py
    ├─ abc.py
    └─ xyz.py

引入了包以后，只要顶层的包名不与别人冲突，那所有模块都不会与别人冲突。现在，`abc.py`模块的名字就变成了`mycompany.abc`，类似的，`xyz.py`的模块名变成了`mycompany.xyz`。

请注意，每一个包目录下面都会有一个`__init__.py`的文件，这个文件是必须存在的，否则，Python就把这个目录当成普通目录，而不是一个包。`__init__.py`可以是空文件，也可以有Python代码，因为`__init__.py`本身就是一个模块，而它的模块名就是`mycompany`。

类似的，可以有多级目录，组成多级层次的包结构。比如如下的目录结构：

mycompany
     ├─ web
     │  ├─ __init__.py
     │  ├─ utils.py
     │  └─ www.py
     ├─ __init__.py
     ├─ abc.py
     └─ utils.py

文件`www.py`的模块名就是`mycompany.web.www`，两个文件`utils.py`的模块名分别是`mycompany.utils`和`mycompany.web.utils`。

自己创建模块时要注意命名，**不能和Python自带的模块名称冲突**。例如，系统自带了sys模块，自己的模块就不可命名为sys.py，否则将无法导入系统自带的sys模块。

**创建自己的模块时，要注意：**

*  模块名要遵循Python变量命名规范，不要使用中文、特殊字符；
 *  模块名不要和系统模块名冲突，最好先查看系统是否已存在该模块，检查方法是在Python交互环境执行`import abc`，若成功则说明系统存在此模块。

## 2.使用模块 ##

Python本身就内置了很多非常有用的模块，只要安装完毕，这些模块就可以立刻使用。

我们以内建的`sys`模块为例，编写一个`hello`的模块：

#!/usr/bin/env python3
    # -*- coding: utf-8 -*-
    
    ' a test module '
    
    __author__ = 'Michael Liao'
    
    import sys
    
    def test():
        args = sys.argv
        if len(args)==1:
            print('Hello, world!')
        elif len(args)==2:
            print('Hello, %s!' % args[1])
        else:
            print('Too many arguments!')
    
    if __name__=='__main__':
        test()

第1行和第2行是标准注释，第1行注释可以让这个`hello.py`文件直接在Unix/Linux/Mac上运行，第2行注释表示.py文件本身使用标准UTF-8编码；

第4行是一个字符串，表示模块的文档注释，任何模块代码的第一个字符串都被视为模块的文档注释；

第6行使用`__author__`变量把作者写进去，这样当你公开源代码后别人就可以瞻仰你的大名；

以上就是Python模块的标准文件模板，当然也可以全部删掉不写，但是，按标准办事肯定没错。

后面开始就是真正的代码部分。

你可能注意到了，使用`sys`模块的第一步，就是导入该模块：

import sys

导入`sys`模块后，我们就有了变量`sys`指向该模块，利用`sys`这个变量，就可以访问`sys`模块的所有功能。

`sys`模块有一个`argv`变量，用list存储了命令行的所有参数。`argv`至少有一个元素，因为第一个参数永远是该.py文件的名称，例如：

运行`python3 hello.py`获得的`sys.argv`就是`['hello.py']`；

运行`python3 hello.py Michael`获得的`sys.argv`就是`['hello.py', 'Michael]`。

最后，注意到这两行代码：

if __name__=='__main__':
        test()

当我们在命令行运行`hello`模块文件时，Python解释器把一个特殊变量`__name__`置为`__main__`，而如果在其他地方导入该`hello`模块时，`if`判断将失败，因此，这种`if`测试可以让一个模块通过命令行运行时执行一些额外的代码，最常见的就是运行测试。

我们可以用命令行运行`hello.py`看看效果：

$ python3 hello.py
    Hello, world!
    $ python hello.py Michael
    Hello, Michael!

如果启动Python交互环境，再导入`hello`模块：

$ python3
    Python 3.4.3 (v3.4.3:9b73f1c3e601, Feb 23 2015, 02:52:03) 
    [GCC 4.2.1 (Apple Inc. build 5666) (dot 3)] on darwin
    Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
    >>> import hello
    >>>

导入时，没有打印`Hello, word!`，因为没有执行`test()`函数。

调用`hello.test()`时，才能打印出`Hello, word!`：

>>> hello.test()
    Hello, world!

## 3.作用域 ##

在一个模块中，我们可能会定义很多函数和变量，但有的函数和变量我们希望给别人使用，有的函数和变量我们希望仅仅在模块内部使用。在Python中，是通过`_`前缀来实现的。

正常的函数和变量名是公开的（public），可以被直接引用，比如：`abc`，`x123`，`PI`等；

类似`__xxx__`这样的变量是特殊变量，可以被直接引用，但是有特殊用途，比如上面的`__author__`，`__name__`就是特殊变量，`hello`模块定义的文档注释也可以用特殊变量`__doc__`访问，我们自己的变量一般不要用这种变量名；

类似`_xxx`和`__xxx`这样的函数或变量就是非公开的（private），不应该被直接引用，比如`_abc`，`__abc`等；

之所以我们说，private函数和变量“不应该”被直接引用，而不是“不能”被直接引用，是因为Python并没有一种方法可以完全限制访问private函数或变量，但是，从编程习惯上不应该引用private函数或变量。

private函数或变量不应该被别人引用，那它们有什么用呢？请看例子：

def _private_1(name):
        return 'Hello, %s' % name
    
    def _private_2(name):
        return 'Hi, %s' % name
    
    def greeting(name):
        if len(name) > 3:
            return _private_1(name)
        else:
            return _private_2(name)

我们在模块里公开`greeting()`函数，而把内部逻辑用private函数隐藏起来了，这样，调用`greeting()`函数不用关心内部的private函数细节，这也是一种非常有用的代码封装和抽象的方法，即：

外部不需要引用的函数全部定义成private，只有外部需要引用的函数才定义为public。

## 4.安装第三方模块 ##

在Python中，安装第三方模块，是通过包管理工具pip完成的。

如果你正在使用Mac或Linux，安装pip本身这个步骤就可以跳过了。

如果你正在使用Windows，确保安装时勾选了`pip`和`Add python.exe to Path`。

在命令提示符窗口下尝试运行`pip`，如果Windows提示未找到命令，可以重新运行安装程序添加`pip`。

注意：Mac或Linux上有可能并存Python 3.x和Python 2.x，因此对应的pip命令是`pip3`。

例如，我们要安装一个第三方库——Python Imaging Library，这是Python下非常强大的处理图像的工具库。不过，PIL目前只支持到Python 2.7，并且有年头没有更新了，因此，基于PIL的Pillow项目开发非常活跃，并且支持最新的Python 3。

一般来说，第三方库都会在Python官方的[pypi.python.org][]网站注册，要安装一个第三方库，必须先知道该库的名称，可以在官网或者pypi上搜索，比如Pillow的名称叫[Pillow][]，因此，安装Pillow的命令就是：

pip install Pillow

耐心等待下载并安装后，就可以使用Pillow了。

**安装常用模块**

在使用Python时，我们经常需要用到很多第三方库，例如，上面提到的Pillow，以及MySQL驱动程序，Web框架Flask，科学计算Numpy等。用pip一个一个安装费时费力，还需要考虑兼容性。我们推荐直接使用[Anaconda][]，这是一个基于Python的数据处理和科学计算平台，它已经内置了许多非常有用的第三方库，我们装上Anaconda，就相当于把数十个第三方模块自动安装好了，非常简单易用。

可以从[Anaconda官网][Anaconda 1]下载GUI安装包，安装包有500~600M，所以需要耐心等待下载。网速慢的请移步[国内镜像][Link 1]。下载后直接安装，Anaconda会把系统Path中的python指向自己自带的Python，并且，Anaconda安装的第三方模块会安装在Anaconda自己的路径下，不影响系统已安装的Python目录。

安装好Anaconda后，重新打开命令行窗口，输入python，可以看到Anaconda的信息：

┌────────────────────────────────────────────────────────┐
    │Command Prompt - python                           - □ x │
    ├────────────────────────────────────────────────────────┤
    │Microsoft Windows [Version 10.0.0]                      │
    │(c) 2015 Microsoft Corporation. All rights reserved.    │
    │                                                        │
    │C:\> python                                             │
    │Python 3.6.3 |Anaconda, Inc.| ... on win32              │
    │Type "help", ... for more information.                  │
    │>>> import numpy                                        │
    │>>> _                                                   │
    │                                                        │
    │                                                        │
    │                                                        │
    └────────────────────────────────────────────────────────┘

可以尝试直接`import numpy`等已安装的第三方模块。

**模块搜索路径**

当我们试图加载一个模块时，Python会在指定的路径下搜索对应的.py文件，如果找不到，就会报错：

>>> import mymodule
    Traceback (most recent call last):
      File "<stdin>", line 1, in <module>
    ImportError: No module named mymodule

默认情况下，Python解释器会搜索当前目录、所有已安装的内置模块和第三方模块，搜索路径存放在`sys`模块的`path`变量中：

>>> import sys
    >>> sys.path
    ['', '/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/3.6/lib/python36.zip', '/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/3.6/lib/python3.6', ..., '/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/3.6/lib/python3.6/site-packages']

如果我们要添加自己的搜索目录，有两种方法：

一是直接修改`sys.path`，添加要搜索的目录：

>>> import sys
    >>> sys.path.append('/Users/michael/my_py_scripts')

这种方法是在运行时修改，运行结束后失效。

第二种方法是设置环境变量`PYTHONPATH`，该环境变量的内容会被自动添加到模块搜索路径中。设置方式与设置Path环境变量类似。注意只需要添加你自己的搜索路径，Python自己本身的搜索路径不受影响。

[pypi.python.org]: https://pypi.python.org/
[Pillow]: https://pypi.python.org/pypi/Pillow/
[Anaconda]: https://www.anaconda.com/
[Anaconda 1]: https://www.anaconda.com/download/
[Link 1]: https://pan.baidu.com/s/1kU5OCOB#list/path=%2Fpub%2Fpython