Python--模块

一、介绍

在Python中，程序都是以单个.py为后缀的文件运行。随着程序的变长，可能需要将其拆分为几个文件以便于维护。有时候可能几个程序都需要相同的功能，显然每次把需要的功能复制到文件中并不利于维护，如果我们要修改功能，就必须修改每个文件，这样不仅操作不方便，而且容易出错。

为了满足这些需求，Python引入了模块的概念，可以把需要重复利用的代码定义在一个文件中，并在脚本或者Python交互式解释器中使用它们。定义重复利用的代码的文件称为模块，模块中定义的代码可以被导入到另一个模块或者主模块（脚本执行时可以调用的变量集位于最高级，并且处于计算器模式）中。

---

二、模块

2.1、模块介绍

模块就是一个包含了Python定义和声明的.py文件（模块命名规则和变量名规则相同），例如：新建一个fc.py文件

# fc.py
def foo(a,b):
	return a+b

接下来我们可以在与fc.py同一个目录下使用这个模块，例如：

import fc

print(foo(1,2))

2.2、__name__变量

模块的模块名可以通过全局变量__name__获得，例如：

import fc

print(fc.__name__)
print(__name__)

# 输出
# fc
# __main__

在Python中，__name__是当前模块名。如果模块被运行时模块名为__main__，则当前模块是被运行的，反之，则当前模块是被导入的。

if __name__ == "__main__":
	print("直接运行")
else:
	print("被作为模块导入")

2.3、dir函数

dir函数可以列出对象的模块标识符，标识符有函数、类和变量。当你为dir函数提供一个模块名的时候，它返回模块定义的名称列表。如果不提供参数，它返回当前模块中定义的名称列表，例如：

import fc

print(dir(fc))

# 输出
# ['__builtins','__cached__','__doc__','__file__','__loader__','__name__','__package__','__spec__','foo']

可以从结果中看出，模块fc中定义了函数foo，使用dir函数可以方便我们了解对象（模块也是对象）的构造。

2.4、使用模块

模块也是对象，所以调用模块中的内容和调用对象中的内容的方法是一样的，但是要先引入模块，例如：

# 导入整个模块
import fc

fc.foo(1,2)

还可以导入模块中的部分功能函数，例如：

# 导入模块中的部分函数
from fc import foo

foo(1,2)

import 和 from...import...的区别：

• import是导入整个模块，from...import...是导入模块中的部分功能；
• 使用import方式要通过对象调用模块内部的函数；
• 使用from...import...方式可以直接使用函数，不需要通过对象调用；

---

三、包

3.1、使用包

Python通过模块来组织代码，模块即一个py文件，是通过“包”来加以组织的，而“包”则是一个包含__init__.py的文件夹，代码、模块和包，它们三者的关系就是：“包”包含模块且至少包含一个__init__.py模块，模块包含代码。
简单来说，包就是文件夹，且该文件夹下必须有__init__.py文件，该文件的内容可以为空。__init__.py用于标识当前文件夹是一个包。


在包内目录下创建test.py

# test.py

import fun1
from package.fun2 import print2

fun1.print1()
print2()

3.2、包在多目录中使用

当你导入一个模块或者包的时候，Python解释器对模块位置的搜索顺序是：
（1）首先查找当前目录；
（2）如果不在当前目录，Python则会搜索Shell变量PYTHONPATH下的每个目录；
（3）如果都找不到，Python就会查看默认路径。Unix系统下，默认路径一般为/usr/local/lib/python/；

---

四、标准库

Python官方提供了很多包和模块，我们称之为标准库。Python标准库会随着Python解释器一起安装到你的电脑中，在此只是简单介绍一些较为实用的功能。

4.1、sys

sys模块的功能很多，提供了许多函数和变量来处理Python运行时环境的不同部分。

1、识别操作系统

import sys

print(sys.platform)

# 输出
# win32

系统	执行结果
Linux	‘linux’
Windows	‘win32’
Windows/Cygwin	‘cygwin’
Mac OS X	‘darwin’

2、处理命令行参数
sys.argv变量可以获取命令行的参数。argv是一个list类型的变量，它会返回在命令行中用户输入的参数，例如：

import sys

print(sys.argv)

3、退出程序
执行到主程序末尾，解释器会自动退出，如果需要中途退出程序，可以调用sys.exit函数，它带有一个可选的整数参数返回给调用它的程序，表示你可以在主程序中捕获对sys.exit的调用（0是正常退出，其他为异常）

import sys

if len(sys.argv) <= 1:
	print("缺少参数")
	sys.exit(1)
for arg in sys.argv:
	print(arg)

如果直接执行该文件，则执行结果如下：

缺少参数

程序会提示“缺少参数”后退出程序；如果我们带上参数运行程序，该程序则会打印出所有的参数内容。

4、获取模块搜索路径
在sys.path中存储了python结束其需要搜索的所有路径，并且我们可以通过该变量修改搜索模块的路径。

import sys

for path in sys.path:
	print(path)

由于sys.path是列表类型的变量，所以我们可以像修改列表一样修改sys.path变量来增加python解释器查找模块的路径，例如：

import sys

def print_path():
	for path in sys.path:
		print(path)

print("修改前")

print_path()
sys.path.append("c:\\")

print("修改后")

print_path()

5、查找已导入的模块
sys.modules是一个全局字典，该字典在Python启动后就加载到内存中。每当程序员导入新的模块时，sys.modules就会自动记录该模块。当第二次导入该模块时，Python会直接到字典中查找，从而加快程序运行的速度。sys.modules拥有字典所拥有的一切方法，例如：

import sys

print(sys.modules.keys())
print(sys.modules.values())
print(sys.modules["os"])

4.2、os

Python的os模块封装了操作系统的文件和目录操作。

1、获取当前文件所在目录

import os

print(__file__)
print(os.path.dirname(__file__))

__file__是Python的内置变量，os.path.dirname(__file__)表示的是文件当前的位置。

2、获取当前路径以及切换当前路径

import os

print(os.getcwd())
os.chdir("c:\\")
print(os.getcwd())

os.getcwd可以获取当前执行程序的路径，os.chdir可以切换当前的路径。

3、重命名文件

import os

os.rename("before.txt","after.txt")

rename函数会将文件before.txt重命名为after.txt

4、查看指定的路径是否存在

import os

folder = os.path.exists("c:\\windows")
print(folder)

os.path.exists可以判断目录或者文件是否存在，如果存在则返回“True”，反之则返回“False”。

5、判断给出的路径是否是一个文件

import os

folder = os.path.isfile("c:\\windows\\system32")
print(folder)

os.path.isfile可以判断给出的路径是否是一个文件，如果不是文件或者文件不存在都会返回“False”，如果是文件则返回“True”。

6、判断给出的路径是否是一个目录

import os

folder = os.path.isdir("c:\\windows\\ststem32")
print(folder)

os.path.isdir可以判断给出的路径是否是一个目录，如果不是目录或者目录不存在都会返回“False”，如果是目录则返回“True”。

7、获取系统环境变量

import os

for k,v in os.environ.items():
	print(k,"=>",v)

8、创建单层目录

import os

os.mkdir("d:\\w01")

os.mkdir方法只能创建一层目录，在有父目录的情况下创建子目录，如果父目录不存在则不能创建并输出错误。

9、创建多层目录

import os

os.makedirs("d:\\w01\\t1")

os.makedirs和os.mkdir的用法完全一样，区别是os.makedirs可以创建多层目录，如果父目录不存在则先创建父目录。

4.3、math

1、math库中的两个常量
math库中提供了两个常量供计算使用，包括圆周率和自然常数。

import math

print("圆周率：",math.pi)
print("自然常数",math.e)

2、math库中的运算函数
（1）向上取整

import math

print("1.7",math.ceil(1.7))

（2）向下取整

import math

print("1.7",math.floor(1.7))

（3）指数运算

import math

print("2^4",math.pow(2,4))

（4）对数运算（默认底数为e，可以使用第二个参数来改变对数的底数）

import math

print("log(3)",math.log(3))
print("log(100,10)",math.log(100,10))

（5）平方根计算

import math

print("sqrt(4)",math.sqrt(4))

（6）三角函数

import math

print("sin(pi/2)",math.sin(pi/2))
print("cos(pi)",math.cos(pi))
print("tan(0)",math.tan(0))

（7）角度和弧度互换

import math

print(math.degrees(math.pi)) # 弧度制转角度值
print(math.radians(90)) # 角度制转弧度制

4.4、random

• 使用rand.seed(x)改变随机数生成器的种子seed。

• random.random用于生成一个0-1的随机浮点数：0<= n < 1.0：

  import random
  
  print(random.random())
  

• random.uniform用于生成一个指定范围内的随机浮点数：

  import random
  
  # 输出一个1到150之间的随机浮点数
  print(random.uniform(1,150))
  

• random.randint用于生成一个指定范围内的整数：

  import random
  
  print(random.randint(1,150))
  

• random.choice会从给定的序列中获取一个随机元素：

  import random
  
  seq1 = (1,15,8,97,22)
  seq2 = ["星期日","星期一","星期二","星期三","星期四","星期五","星期六"]
  print(random.choice(seq1))
  print(random.choice(seq2))
  

• random.shuffle用于将一个列表中的元素打乱：

  import random
  
  seq1 = list(range(1,10))
  seq2 = ["星期日","星期一","星期二","星期三","星期四","星期五","星期六"]
  
  print("打乱前")
  print(seq1)
  print(seq2)
  
  random.shuffle(seq1)
  random.shuffle(seq2)
  
  print("打乱后")
  print(seq1)
  print(seq2)
  

random.shuffle会修改原来的序列，所以原来的序列必须是可修改的，因此元组等类型不能作为random.shuffle的参数使用。

---

五、安装第三方库

如果你使用的是Ubuntu系统，请确保已经安装了python 3-pip软件包。如果不确定或者未安装，请运算：

sudo apt install -y python3-pip

如果你使用的是CentOS系统，请确保已经安装python 34-pip软件包。如果不确定或者未安装，请运算：

sudo yum install -y python34-pip

一切准备就绪之后，就可以在终端输入：

pip3 --version

来确认我们安装的pip是否正常工作。请注意输入的是pip3，而不是pip，因为许多版本的操作系统尤其是Linux操作系统都会预装Python 2版本的pip，使用pip3可以确保我们使用的是Python3版本的pip。

命令	功能
pip3 list	列出已安装的软件包
pip3 search 关键字	搜索软件包
pip3 install 软件包名字	安装软件包
pip3 uninstall 软件包名字	卸载指定的软件包

如果我们有许多第三方库需要安装，可以把需要安装的软件写入到一个纯文本文件（一般命名为requirements.txt）中，一行写一个软件包。例如：

Jinja2==2.8
Mako==1.0.4
Markdown==2.6.6
PyMsSQL==0.7.5
six==1.10.0

然后我们可以使用命令：

pip3 install -r requirements.txt

一次性向安装这些软件，方便又快速。

---

六、globals和locals函数

Python内置了两个函数–globals和locals，它们提供了基于字典的访问局部和全局变量的方式。

在理解这两个函数是，我们首先要了解一下Python中的名字空间（或称为命名空间namespace）概念，Python使用名字空间记录变量的轨迹。名字空间只是一个字典，它的键就是变量名，值就是变量的值。实际上，名字空间可以像Python的字典一样进行访问。

每个函数都有着自己的名字空间，叫做“局部名字空间”，它记录了函数的变量，包括函数的参数和局部定义的变量。
每个模块都拥有自己的名字空间，叫做“全局名字空间”，它记录了模块的变量，包括函数、类、其他导入的模块、模块级的变量和常量。
还有就是“内置名字空间”，任何模块均可以访问它，它存放着内置的函数和异常。

当一行代码要使用变量x的值时，Python会按照如下顺序到所有可用的名字空间中查找变量：
（1）局部名字空间–特指当前函数或类的方法。如果函数定义了一个局部变量x，Python将使用这个变量，然后停止搜索；
（2）全局名字空间–特指当前的模块。如果模块定义了一个名为x的变量、函数或类，Python将使用这个变量，然后停止搜索；
（3）内置名字空间–对每个模块都是全局的。作为最后的尝试，Python将假设x是内置函数或变量；

如果Python在这些名字空间中都找不到x，它将放弃查找并引发一个NameError的异常，同时传递"There is no variable named x"这样一条信息。

像Python中的许多内置函数一样，名字空间在运行时直接可以访问。但是，局部名字空间也可以通过内置的locals函数来访问，全局名字空间可以通过内置的globals函数来访问。

local_var = locals().copy()

for k,v in local_var.items():
	print(k,"=>",v)

locals()函数可以返回所有内置的本地变量。如果我们在文件中定义过任何东西，locals()函数也会返回。

---

from math import *

glocal_var = globals().copy()

for k,v in glocal_var .items():
	print(k,"=>",v)

globals()函数可以返回所有模块级别的变量、函数等。