Python基礎之模組如何使用

一、模組

模組可以看成是一堆函數的集合體。

一個py檔案內部就可以放一堆函數，因此一個py檔案就可以看成一個模組。

如果這個py檔案的檔案名稱為module.py，模組名稱則是module。

1、模組的四種形式

在Python中，總共有以下四種形式的模組：

• 自訂模組：如果你自己寫一個py文件，在文件內寫入一堆函數，則它被稱為自訂模組，即使用python編寫的.py文件

• 第三方模組：已被編譯為共享庫或DLL的C或C 擴展，如requests

• 內建模組：使用C編寫並連結到python解釋器的內建模組，如time

• #套件（資料夾）：把一系列模組組織在一起的資料夾（註：資料夾下方有一個__init__.py文件，該資料夾稱之為套件）

#2、為什麼要用模組？

• 用第三方或內建的模組是一種拿來主義，可以大大提升開發效率。

• 自訂模組，將我們自己程式中所用到的公共功能，寫入一個python文件，然後程式的各部分元件可以透過導入的方式來引用自訂模組的功能。

二、如何用模組

一般我們使用import和from...import...導入模組。

以下述spam.py內的檔案程式碼為例。

# spam.py
print('from the spam.py')
money = 1000
def read1():
print('spam模块：', money)
def read2():
print('spam模块')
read1()
def change():
global money
money = 0

1、import 模組名稱

語法如下：

import module1[, module2[,... moduleN]

import導入的模組，存取需要前綴。

import首次導入模組發生了3件事：

• 以模組為準創造一個模組的名稱空間

• 執行模組對應的文件，將執行過程中產生的名字都丟到模組的名稱空間

• #在目前執行檔中拿到一個模組名稱

#注意：模組的重複導入會直接引用先前創造好的結果，不會重複執行模組的檔案。

# run.py
import spam # from the spam.py
import spam
money = 111111
spam.read1() # 'spam模块：1000'
spam.change()
print(spam.money) # 0
print(money) # 111111

導入重新命名：smt變數指向span模組的名稱空間

# run.py
import spam as sm
money = 111111
sm.money
sm.read1() # 'spam模块：1000'
sm.read2
sm.change()
print(money) # 1000

導入多個模組

import spam, time, os
# 推荐使用下述方式
import spam
import time
import os

2、from 模組名稱import 具體的函數

語法如下：

from modname import name1[, name2[, ... nameN]]

這個宣告不會把整個模組匯入到目前的命名空間中，它只會將模組裡的一個或多個函數引入。

from...import...導入的模組，存取不需要加前綴。

from...import...第一次導入模組發生了3件事：

• #以模組為準創造一個模組的名稱空間

• 執行模組對應的文件，將執行過程中產生的名字都丟到模組的名稱空間

• 在目前執行檔的名稱空間中拿到一個名字，這個名字直接指向模組中的某一個名字，意味著可以不用加任何前綴而直接使用

• #優點：不用加前綴，程式碼更精簡

• 缺點：容易與目前執行檔中名稱空間中的名字衝突

# run.py
from spam import money
from spam import money,read1
money = 10
print(money) # 10

rom … import * 語句：匯入檔案內所有的功能：

# spam.py
__all__ = ['money', 'read1'] # 只允许导入'money'和'read1'

# run.py
from spam import * # 导入spam.py内的所有功能，但会受限制于__all__
money = 111111
read1() # 'spam模块：1000'
change()
read1() # 'spam模块：0'
print(money) # 111111

3、循環導入

以下情況會出現循環導入：

# m1.py
print('from m1.py')
from m2 import x
y = 'm1'
# m2.py
print('from m2.py')
from m1 import y
x = 'm2'

可以使用函數定義階段只識別語法的特性來解決循環導入的問題，或從本質上解決循環導入的問題，但是最好的解決方法是不要出現循環導入。

方案一：

# m1.py
print('from m1.py')
def func1():
from m2 import x
print(x)
y = 'm1'



# m2.py
print('from m2.py')
def func1():
from m1 import y
print(y)
x = 'm2'

方案二：

5、# m1.py
print('from m1.py')
y = 'm1'
from m2 import x



# m2.py
print('from m2.py')
x = 'm2'
from m1 import y

4、dir() 函數

內建的函數dir() 可以找到模組內定義的所有名稱。以字串清單的形式傳回:

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']

如果沒有給定參數，那麼dir() 函數會羅列出目前定義的所有名稱:

a = [1, 2, 3, 4, 5]
import fibo
fib = fibo.fib
print(dir()) # 得到一个当前模块中定义的属性列表
# ['__builtins__', '__name__', 'a', 'fib', 'fibo', 'sys']

b = 5 # 建立一个新的变量 'a'
print(dir())
# ['__annotations__', '__builtins__', '__cached__', '__doc__', '__file__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'a', 'b']
del b # 删除变量名a
print(dir())
# ['__annotations__', '__builtins__', '__cached__', '__doc__', '__file__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'a']

三、模組搜尋路徑

1、導入模組時查找模組的順序

1、先從記憶體中已經導入的模組中尋找

如果我們在執行run.py檔的時候，快速刪除mmm.py文件，我們會發現文件會繼續運行，而不會報錯，因為mmm已經被導入記憶體當中。如果我們再一次執行run.py時會報錯，因為mmm.py已經被刪除了。

# test.py
import m1 # 从m1.py文件中导入的,然后会生成m1模块的名称空间
import time
# 删除m1.py文件,m1模块的名称空间仍然存在

time.sleep(10)
import m1 # 不报错,一定不是从文件中获取了m1模块,而是从内存中获取的

2、內建的模組

驗證先從內建找，不會先找自訂的time.py檔。

# time.py
print('from time.py')
# run.py
import time
print(time) #

3、環境變數sys.path中找（強調：sys.path的第一個值是目前執行檔的所在的資料夾）

import sys
for n in sys.path:
print(n)
# C:\PycharmProjects\untitled\venv\Scripts\python.exe C:/PycharmProjects/untitled/hello.py
# C:\PycharmProjects\untitled
# C:\PycharmProjects\untitled
# C:\Python\Python38\python38.zip
# C:\Python\Python38\DLLs
# C:\Python\Python38\lib
# C:\Python\Python38
# C:\PycharmProjects\untitled\venv
# C:\PycharmProjects\untitled\venv\lib\site-packages

如果mmm.py在C :\PycharmProjects\untitled\day16路徑下，而執行檔案路徑為C:\PycharmProjects\untitled，如果普通導入一定會報錯，我們可以把C:\PycharmProjects\untitled\day16加入環境變數.path中，防止sys.path中，防止sys.path中，防止報錯誤。

# run.py
import sys
sys.path.append(r'C:\PycharmProjects\untitled\day16')
print(sys.path)
import mmm
mmm.f1()

2、搜尋路徑以執行文件為準

假設我們有以下目錄結構的文件，文件內程式碼分別是：

而hello和spam.py不是同目录下的，因此run.py的环境变量无法直接找到m2,需要从文件夹导入

from aa import spam
print(spam.money)

四、Python文件的两种用途

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。

python文件总共有两种用途，一种是执行文件；另一种是被当做模块导入。

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。

1、当run.py运行的时候，aaa.py被当做引用模块，它的__name__ == 'aaa'（模块名），会执行aaa.py中的f1()。

# aaa.py
x = 1
def f1():
print('from f1')
f1()
# run.py
import aaa

2、aaa.py被当做可执行文件时，加上__name__ == '__main__'，单独运行aaa.py才会执行aaa.py中的f1()。 run.py运行时可以防止执行f1()。

# aaa.py
x = 1
def f1():
print('from f1')

if __name__ == '__main__':
f1()

五、包

包是一种管理 Python 模块命名空间的形式，包的本质就是一个含有.py的文件的文件夹。

包采用"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 。

目录只有包含一个叫做 __init__.py 的文件才会被认作是一个包。

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。

导入包发生的三件事：

• 创建一个包的名称空间

• 由于包是一个文件夹，无法执行包，因此执行包下的.py文件，将执行过程中产生的名字存放于包名称空间中（即包名称空间中存放的名字都是来自于.py）

• 在当前执行文件中拿到一个名字aaa，aaa是指向包的名称空间的

导入包就是在导入包下的.py，导入m1就是导入m1中的__init__。

1、两种方式导入：

• import ... : 
  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。

• from ... import...: 
  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。

2、import 导入包内的模块

import 可以每次只导入一个包里面的特定模块，他必须使用全名去访问。

import aaa.bbb.m3
print(aaa.bbb.m3.func3())

import方式不能导入函数、变量：import aaa.bbb.m3.f3错误

3、from import方式：

导入模块内具体的模块

这种方式不需要那些冗长的前缀进行访问

from aaa.bbb import m3
print(m3.func3())

导入模块内具体的功能

这种方式不需要那些冗长的前缀进行访问

from aaa.bbb.m3 import func3
print(func3())

4、 绝对导入和相对导入

绝对导入：

# aaa/.py
from aaa.m1 import func1
from aaa.m2 import func2

相对导入：

• .代表当前被导入文件所在的文件夹

• ..代表当前被导入文件所在的文件夹的上一级

• ...代表当前被导入文件所在的文件夹的上一级的上一级

from .m1 import func1
from .m2 import func2

5、from...import *

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。

这里有一个例子，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。

六、软件开发的目录规范

为了提高程序的可读性与可维护性，我们应该为软件设计良好的目录结构，这与规范的编码风格同等重要，简而言之就是把软件代码分文件目录。假设你要写一个ATM软件，你可以按照下面的目录结构管理你的软件代码：

ATM/
|-- core/
| |-- src.py # 业务核心逻辑代码
|
|-- api/
| |-- api.py # 接口文件
|
|-- db/
| |-- db_handle.py # 操作数据文件
| |-- db.txt # 存储数据文件
|
|-- lib/
| |-- common.py # 共享功能
|
|-- conf/
| |-- settings.py # 配置相关
|
|-- bin/
| |-- run.py # 程序的启动文件，一般放在项目的根目录下，因为在运行时会默认将运行文件所在的文件夹作为sys.path的第一个路径，这样就省去了处理环境变量的步骤
|
|-- log/
| |-- log.log # 日志文件
|
|-- requirements.txt # 存放软件依赖的外部Python包列表，详见https://pip.readthedocs.io/en/1.1/requirements.html
|-- README # 项目说明文件

settings.py

# settings.py
import os
BASE_DIR = os.path.dirname(os.path.dirname(os.path.abspath(__file__)))
DB_PATH = os.path.join(BASE_DIR, 'db', 'db.txt')
LOG_PATH = os.path.join(BASE_DIR, 'log', 'user.log')
# print(DB_PATH)
# print(LOG_PATH)

common.py

# common.py
import time
from conf import settings
def logger(msg):
current_time = time.strftime('%Y-%m-%d %X')
with open(settings.LOG_PATH, mode='a', encoding='utf-8') as f:
f.write('%s %s' % (current_time, msg))

src.py

# src.py
from conf import settings
from lib import common
def login():
print('登陆')
def register():
print('注册')
name = input('username>>: ')
pwd = input('password>>: ')
with open(settings.DB_PATH, mode='a', encoding='utf-8') as f:
f.write('%s:%s\n' % (name, pwd))
# 记录日志。。。。。。
common.logger('%s注册成功' % name)
print('注册成功')
def shopping():
print('购物')
def pay():
print('支付')
def transfer():
print('转账')
func_dic = {
'1': login,
'2': register,
'3': shopping,
'4': pay,
'5': transfer,
}
def run():
while True:
print("""
1 登陆
2 注册
3 购物
4 支付
5 转账
6 退出
""")
choice = input('>>>: ').strip()
if choice == '6': break
if choice not in func_dic:
print('输入错误命令，傻叉')
continue
func_dic[choice]()

run.py

# run.py
import sys
import os
BASE_DIR = os.path.dirname(os.path.dirname(os.path.abspath(__file__)))
sys.path.append(BASE_DIR)
from core import src
if __name__ == '__main__':
src.run()

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