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Python 模块

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。

#!/usr/bin/python3 # Filename: using_sys.py import sys print('命令行参数如下:') for i in sys.argv: print(i) print('/n/nThe PYTHONPATH is', sys.path, '/n')

执行结果如下所示：

E:\python33\src>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 /n/nThe PYTHONPATH is ['E:\\python33\\src', 'C:\\Windows\\system32\\python33.zip ', 'E:\\python33\\DLLs', 'E:\\python33\\lib', 'E:\\python33', 'E:\\python33\\lib \\site-packages'] /n

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。

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锁引入的模块。
这看起来很像环境变量，事实上，也可以通过定义环境变量的方式来确定搜索路径。
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

输出结果：

>>> sys.path ['', 'E:\\python33\\Lib\\idlelib', 'C:\\Windows\\system32\\python33.zip', 'E:\\python33\\DLLs', 'E:\\python33\\lib', 'E:\\python33', 'E:\\python33\\lib\\site-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：

# Fibonacci numbers module def fib(n): # write Fibonacci series up to n a, b = 0, 1 while b < n: print(b, end=' ') a, b = b, a+b print() def fib2(n): # return Fibonacci series up to n     result = []     a, b = 0, 1     while b < n:         result.append(b)         a, b = b, a+b     return result

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：

>>> fibo.fib(1000) 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377 610 987 >>> fibo.fib2(100) [1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89] >>> fibo.__name__ 'fibo'

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

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花。
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，当其值是'main'时，表明该模块自身在运行，否则是被引入。

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:

</p> <pre> >>> 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"）。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('Yuck!') Yuck! 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/ Top-level package __init__.py Initialize the sound package formats/ Subpackage for file format conversions __init__.py wavread.py wavwrite.py aiffread.py aiffwrite.py auread.py auwrite.py ... effects/ Subpackage for sound effects __init__.py echo.py surround.py reverse.py ... filters/ Subpackage for filters __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:mod:song.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:mod: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:mod:echo，并且可以直接使用他的:func: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，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:mod:echo还是:mod:Echo甚至:mod: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:

__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__真的而没有定义，那么使用from sound.effects import 这种语法的时候，就不会*导入包:mod:sound.effects里的任何子模块。他只是把包:mod:sound.effects和它里面定义的所有内容导入进来（可能运行:file:__init__.py里定义的初始化代码）。这会把 :file:__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:mod: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:mod: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:mod:sound.filters.vocoder 要使用包:mod:sound.effects中的模块:mod: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，:attr:__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:file:__init__.py，你得在其他:file:__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。