Python---- 模块(module)和包(package)

最新推荐文章于 2024-08-08 10:10:31 发布

奔腾的小野马~~

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本文深入讲解Python中的模块化编程概念，包括模块的构成、标准库模块介绍、模块化编程的优势及流程，同时详细阐述了模块的导入方式及其区别，包的使用方法等内容。

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模块

一、模块化（module）

1、python 程序的构成

在这里插入图片描述

Python 程序由模块组成。一个模块对应 python 源文件，一般后缀名是：.py。
模块由语句组成。运行 Python 程序时，按照模块中语句的顺序依次执行。
语句是 Python 程序的构造单元，用于创建对象、变量赋值、调用函数、控制语句等。

2、标准库模块

与函数类似，模块也分为标准库模块和用户自定义模块。
Python 标准库提供了操作系统功能、网络通信、文本处理、文件处理、数学运算等基
本的功能。比如：random(随机数)、math(数学运算)、time(时间处理)、file(文件处理)、
os(和操作系统交互)、sys(和解释器交互)等。
另外，Python 还提供了海量的第三方模块，使用方式和标准库类似。功能覆盖了我们
能想象到的所有领域，比如：科学计算、WEB 开发、大数据、人工智能、图形系统等。

3、模块化编程

模块(module)对应于 Python 源代码文件(.py 文件)。模块中可以定义变量、函数、类、普通语句。这样，我们可以将一个 Python 程序分解成多个模块，便于后期的重复应用。
模块化编程（Modular Programming）将一个任务分解成多个模块。每个模块就像一个积木一样，便于后期的反复使用、反复搭建。

模块化编程有如下几个重要优势：

便于将一个任务分解成多个模块，实现团队协同开发，完成大规模程序
实现代码复用。一个模块实现后，可以被反复调用。
可维护性增强。

模块化编程的一般流程：

设计 API，进行功能描述。
编码实现 API 中描述的功能。
在模块中编写测试代码，并消除全局代码。
使用私有函数实现不被外部客户端调用的模块函数。

模块中的API(Application Programming Interface 应用程序编程接口)是用于描述模块中提供的函数和类的功能描述和使用方式描述。
模块化编程中，首先设计的就是模块的 API（即要实现的功能描述），然后开始编码实现 API 中描述的功能。最后，在其他模块中导入本模块进行调用。

#通过help()查看模块的API,以 math 模块为例
import math
help(math)

可以用 doc 来查看在导入模块里的说明

import API_test
print(API_test.__doc__)
print(API_test.yearsalary.__doc__)

每个模块都有一个名称，通过特殊变量__name__可以获取模块的名称。在正常情况模块名字对应源文件名。仅有一个例外，就是当一个模块被作为程序入口时（主程序、交互式提示符下），它的__name__的值为“main”,也就是在自己的模块里运行__name__ 时为__main__，在被引用时为对应源文件名。我们可以根据这个特点，将模块源代码文件中的测试代码进行独立的处理。、

company = "北京尚学堂" 
def yearSalary(monthSalary): """根据传入的月薪，计算出年薪"""
	return monthSalary*12
def daySalary(monthSalary): """根据传入的月薪，计算出每天的薪资"""
	return monthSalary/22.5 #国家规定每个月的平均工作日是 22.5
if __name__ =="__main__":    #测试代码，不被别的模块所调用，只能自己调用
    print(yearSalary(3000))
    print(daySalary(3000))

二、模块的导入

模块化设计的好处之一就是“代码复用性高”。写好的模块可以被反复调用，重复使用。
模块的导入就是“在本模块中使用其他模块”。

1、import 语句导入

import 语句的基本语法格式如下：
import 模块名 #导入一个模块
import 模块 1，模块 2… #导入多个模块
import 模块名 as 模块别名 #导入模块并使用新名字

import 加载的模块分为四个通用类别：
a.使用 python 编写的代码（.py 文件）；
b.已被编译为共享库或 DLL 的 C 或 C++扩展；
c.包好一组模块的包
d.使用 C 编写并链接到 python 解释器的内置模块；

我们一般通过 import 语句实现模块的导入和使用，import 本质上是使用了内置函数__import__()。当我们通过 import 导入一个模块时，python 解释器进行执行，最终会生成一个对象，这个对象就代表了被加载的模块。

import math
print(id(math))
print(type(math))
print(math.pi) #通过 math.成员名来访问模块中的成员

执行结果是：
31840800
<class 'module'>
#也可以用别名来调用
import math as m
print(m.sqrt(4)) #开方运算

2、from… import 导入

Python 中可以使用 from…import 导入模块中的成员。基本语法格式如下：
from 模块名 import 成员 1，成员 2，…

如果希望导入一个模块中的所有成员，则可以采用如下方式：
from 模块名 import *

【注】尽量避免“from 模块名 import ”这种写法。 它表示导入模块中所有的不是以下划线(_)开头的名字都导入到当前位置。但你不知道你导入什么名字，很有可能会覆盖掉你之前已经定义的名字。而且可读性极其的差。一般生产环境中尽量避免使用，学习时没有关系。

#导入指定成员
from math import pi,sin
print(sin(pi/2)) #输出 1.0

3、import 语句和 from…import 语句的区别

import 导入的是模块。from…import 导入的是模块中的一个函数/一个类。如果进行类比的话，import 导入的是“文件”，我们要使用该“文件”下的内容，必须前面加“文件名称”。from…import 导入的是文件下的“内容”，我们直接使用这些“内容”即可，前面再也不需要加“文件名称”了。

# import math
# print(math.sin(30))

from math import sin
print(sin(30))

4、import () 动态导入

import 语句本质上就是调用内置函数__import__()，我们可以通过它实现动态导入。给
import()动态传递不同的的参数值，就能导入不同的模块。

s = "math" 
m = __import__(s) #导入后生成的模块对象的引用给变量 m
print(m.pi)

注意：一般不建议我们自行使用__import__()导入，其行为在 python2 和 python3 中有差异，会导致意外错误。如果需要动态导入可以使用 importlib 模块。

import importlib
a = importlib.import_module("math")
print(a.pi)

5、模块的加载问题

当导入一个模块时，模块中的代码都会被执行。不过，如果再次导入这个模块，则不会再次执行Python 的设计者为什么这么设计？因为，导入模块更多的时候需要的是定义模块中的变量、函数、对象等。这些并不需要反复定义和执行。 “ 只导入一次import-only-once”就成了一种优化。

一个模块无论导入多少次，这个模块在整个解释器进程内有且仅有一个实例对象。

import test02   #会执行test02中的语句，
import test02   #第二次不会再执行test02中的语句

重新加载： 有时候我们确实需要重新加载一个模块时，这时候可以使用：importlib.reload()方法：

import test02
import test02
print("####")
import importlib
importlib.reload(test02)

三、包 package 的使用

1、包的概念

当一个项目中有很多个模块时，需要再进行组织。我们将功能类似的模块放到一起，形成了“包”。本质上，“包”就是一个必须有__init__.py 的文件夹。包下面可以包含“模块(module)”，也可以再包含“子包(subpackage)”。就像文件夹下面可以有文件，也可以有子文件夹一样。

2、包的导入

我们需要导入 module_AA.py。方式如下：

import a.aa.module_AA
在使用时，必须加完整名称来引用，比如：a.aa.module_AA.fun_AA()
from a.aa import module_AA
在使用时，直接可以使用模块名。比如：module_AA.fun_AA()
from a.aa.module_AA import fun_AA 直接导入函数
在使用时，直接可以使用函数名。比如：fun_AA()

【注】

from package import item 这种语法中，item 可以是包、模块，也可以是函数、类、变量。
import item1.item2 这种语法中，item 必须是包或模块，不能是其他。

导入包的本质其实是“导入了包的__init__.py”文件。也就是说，”import pack1”意味着执行了包 pack1 下面的__init__.py 文件。这样，可以在__init__.py 中批量导入我们需要的模块，而不再需要一个个导入。

init.py 的三个核心作用：

作为包的标识，不能删除。
用来实现模糊导入
导入包实质是执行__init__.py 文件，可以在__init__.py 文件做这个包的初始化、以及需要统一执行代码、批量导入。

a 包下的__init__.py 文件内容：

import turtle
import math
print("导入a包")

b 包下的 module_B1.py 文件中导入 a 包，代码如下：

import a
print(a.math.pi)	

执行结果如下：
导入 a 包
3.141592653589793

**【注】**如上测试我们可以看出 python 的设计者非常巧妙的通过__init__.py 文件将包转成了模块的操作。因此，可以说“包的本质还是模块”

3、用*导入包

import * 这样的语句理论上是希望文件系统找出包中所有的子模块，然后导入它们。这可能会花长时间等Python 解决方案是提供一个明确的包索引。这个索引由 init.py 定义 all 变量，该变量为一列表，如上例 a 包下的
init.py 中，可定义 all = [“module_A”,“module_A2”]这意味着， from sound.effects import * 会从对应的包中导入以上两个子模块；

**【注】**尽管提供 import * 的方法，仍不建议在生产代码中使用这种写法。

4、包内引用

如果是子包内的引用，可以按相对位置引入子模块以 aa 包下的 module_AA 中导入 a包下内容为例：

from … import module_A #…表示上级目录 .表示同级目录
from . import module_A2 #.表示同级目录

5、sys.path 和模块搜索路径

当我们导入某个模块文件时， Python 解释器去哪里找这个文件呢？只有找到这个文件才能读取、装载运行该模块文件。它一般按照如下路径寻找模块文件（按照顺序寻找，找到即停不继续往下寻找）：

内置模块
当前目录
程序的主目录
pythonpath 目录（如果已经设置了 pythonpath 环境变量）
标准链接库目录
第三方库目录（site-packages 目录）
.pth 文件的内容（如果存在的话）
sys.path.append()临时添加的目录

当任何一个 python 程序启动时，就将上面这些搜索路径(除内置模块以外的路径)进行收集，
放到 sys 模块的 path 属性中（sys.path）。

使用 sys.path 查看和临时修改搜索路径

import sys
sys.path.append("d:/")
print(sys.path)

在这里插入图片描述

pythonpath 环境变量的设置

windows 系统中通过如下操作添加和设置 pythonpath 环境变量。

.pth 文件的写法

我们可以在 site-packages 目录下添加.pth 文件。并在文件中增加内容：

#一行一个目录

g:\a

g:\b

g:\c

【注】

需确保 g:\a,g:\b,g:\c 对应的目录真实存在。
在 windows 系统中建立.pth 文件，由于没有文件名不能直接建立。需要输入：

“.pth.”才能正常建立.pth 文件。

四、模块的发布和安装

1、模块本地发布

当我们完成了某个模块开发后，可以将他对外发布，其他开发者也可以以“第三方扩展库”的方式使用我们的模块。我们按照如下步骤即可实现模块的发布：

1.为模块文件创建如下结构的文件夹（一般，文件夹的名字和模块的名字一样）：

在这里插入图片描述

2.在文件夹中创建一个名为『setup.py』的文件，内容如下：

from distutils.core import setup
setup(
    name='baizhanMath2', # 对外我们模块的名字
    version='1.0', # 版本号
    description='这是第一个对外发布的模块，测试哦', #描述
    author='gaoqi', # 作者
    author_email='gaoqi110@163.com', 
    py_modules=['baizhanMath2.demo1','baizhanMath2.demo2'] # 要发布的模块
)

3.构建一个发布文件。通过终端，cd 到模块文件夹 c 下面，再键入命令：
python setup.py sdist

执行完毕后，目录结构变为：

在这里插入图片描述

2、本地安装

将发布安装到你的本地计算机上。仍在 cmd 命令行模式下操作，进 setup.py 所在目录，键入命令：
python setup.py install
安装成功后，我们进入 python 目录/Lib/site-packages 目录（第三方模块都安装的这里,python 解释器执行时也会搜索这个路径）：
在这里插入图片描述
安装成功后，直接使用 import 导入即可。
import baizhanMath2.demo1

3、上传到PyPI

将自己开发好的模块上传到 PyPI 网站上，将成为公开的资源，可以让全球用户自由使用。按照如下步骤做，很容易就实现上传模块操作。

注册 PyPI 网站
创建用户信息文件.pypirc

·方式 1：使用命令(适用 Linux)
输入并执行后 python setup.py register ，然后输入用户名和密码，即可。
·方式 2：使用文件（适用 windows,Linux）
在用户的家目录里创建一个文件名为.pypirc, 内容为：
[distutils]
index-servers=pypi
[pypi]
repository = https://upload.pypi.org/legacy/
username = 账户名
password = 你自己的密码
【注】Linux 的家目录： ~/.pypirc
Windows 的家目录是： c:/user/用户名
在 windows 下直接创建不包含文件名的文件会失败，因此创建时文件名为“.pypirc.”，前后都有两个点即可。