Python的import过程

本文深入探讨了Python的模块导入过程,包括如何查找和加载模块、sys.modules的作用及其实验验证。此外,还介绍了如何利用Python的导入机制实现动态创建代码和模块等高级功能。
1. import的过程
假设在/tmp/test下有个testmodule.py文件,文件内容如下:
value = 'hello world'

在控制台执行下面的命令:
[user@host]$ export PYTHONPATH=$PYTHONPATH:/tmp/test
[user@host]$ python

>>> import testmodule
>>> print testmodule.value

这时我们就会看到屏幕上会输出"Hello World"字样

这个过程中python究竟干了些什么呢?以下是我的猜测
首先查找sys.modules,判断testmodule是否已经被加载。如果已经被加载,则使用已经加载过的testmodule
如果没有加载过,则在sys.path下查找,找到后创建testmodule对象,并把创建后的testmodule保存在sys.modules变量中。

下面做两个小实验:

实验1:

>>> import sys
>>> sys.modules.has_key('testmodule')
False
>>> import testmodule
>>> sys.modules.has_key('testmodule')
True

上面的实验验证了,python会把加载过的module放在sys.modules变量中

实验2

>>> import os
>>> import testmodule
>>> testmodule.value
'hello world'
>>> os.system("echo 'value=0' > /tmp/test/testmodule.py") #将testmodule.py中的代码改为"value = 0"
>>> import sys
>>> del sys.modules['testmodule']
>>> import testmodule
>>> print testmodule.value
0

这时我们发现第二次打印的testmodule.value,值就变成了0。这个实验说明,如果在sys.modules中找不到module,则会重新加载。

实验3:

>>> import sys
>>> import types
>>> module = types.ModuleType('testmodule')
>>> sys.modules['testmodule'] = module
>>> module.value = 'hello python'
>>> import testmodule
>>> testmodule.value
'hello python'
>>>

实验3表明了,即使在PYTHONPATH下不存在的module,只要在sys.modules中能够找到,也能import。


了解了python的import的方式,我们就可以实现下面这些功能:
1.在运行期设置pythonpath
2.动态创建python代码并执行之
3.动态创建module
4.在运行期将一个module移动到另外一个包下
等等
### Python 中 `import` 语句的工作原理 #### 加载模块 当执行 `import` 语句时,解释器会按照一定的顺序查找并加载指定的模块。这个过程涉及到多个阶段: - **名称解析**:首先尝试找到与给定名字相匹配的模块文件。这通常是在当前目录以及环境变量 `PYTHONPATH` 所定义的位置中寻找 `.py` 文件或其他支持的形式如共享库等[^1]。 - **编译字节码**:如果找到了源代码形式的模块,则将其转换成更高效的内部表示方式即字节码,并保存在一个具有相同前缀但扩展名为`.pyc` 的缓存文件里以便下次更快地读取[^2]。 - **初始化对象空间**:一旦成功定位到目标模块之后,就会创建一个新的命名空间来存储该模块内的所有属性和方法;同时也会调用模块级别的可执行语句完成必要的初始化工作。 #### 导入机制细节 对于不同类型的导入指令有不同的处理逻辑: - **简单导入 (`import module_name`)** 此种情况下只会引入整个模块作为一个整体,在访问其成员之前还需要通过点号`.` 来指明所属关系,比如 `module_name.function()` 或者 `module_name.classname.method()` 。这种方式有助于保持全局作用域整洁并且减少潜在冲突的可能性。 ```python import math result = math.sqrt(9) ``` - **按需导入 (`from package_or_module import item(s)`)** 可以直接将所需组件带入当前上下文中从而简化后续引用路径。注意这样做可能会污染局部命名空间所以应当谨慎选择要引入的内容。 ```python from datetime import date today = date.today() ``` - **别名化 (`as alias`)** 改变所导入实体的名字可以帮助区分同名项或是缩短冗长的标准称呼使得程序更加易读。 ```python import numpy as np array = np.array([1, 2, 3]) ``` #### 动态导入特性 除了静态声明式的导入外,Python还提供了动态加载的功能允许运行期间有条件地获取资源。例如利用内置函数 `__import__()`, 更推荐的方式是从标准库中的 `importlib` 获取相应功能来进行此类操作。 ```python # 使用 importlib 进行动态导入 import importlib random_module = importlib.import_module('random') number = random_module.randint(1, 10) ```
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