跟着查老四学Python Day 5: 模块包和常用库_如果采用import mypackage as mp,之后要用到mypackage包中的foo()函-优快云博客

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例行寒暄之后，就请查老四开始讲课了

模块

查老四：好的，让我们开始学习第一项内容：Python模块的概念及如何导入模块。

Python 模块是一个包含 Python 定义和语句的文件。模块可以被其他程序导入，并在该程序中使用。这样，我们就可以将程序拆分为多个模块，提高代码的复用性和可维护性。

在 Python 中，使用 import 语句导入模块。下面是一些示例：

import math
print(math.pi)

这里我们导入了 Python 的标准库 math 模块，并打印了其中的圆周率值。这样我们就可以在代码中使用 math 模块中定义的函数和变量了。

还有其他的导入方式，例如：

from math import pi
print(pi)

这里我们使用 from ... import 语句，直接导入 math 模块中的 pi 变量。这样可以避免每次使用时都要写 math.，方便代码的编写。

我们也可以给导入的模块取别名，以便更方便地使用：

import math as m
print(m.pi)

这里我们将 math 模块取别名为 m，这样就可以通过 m 来使用模块中的函数和变量。

练习题：请编写一个程序，导入 random 模块，并生成一个 1 到 100 之间的随机整数。提示：可以使用 random.randint(a, b) 函数来生成指定范围内的随机整数。

练习

import random

# 生成1到100之间的随机整数
random_number = random.randint(1, 100)
print(f"生成的随机整数为：{random_number}")

解释：

import random 导入了 Python 内置的 random 模块。
random_number = random.randint(1, 100) 使用 randint 函数生成一个 1 到 100 的随机整数，并将其赋值给 random_number 变量。
print(f"生成的随机整数为：{random_number}") 使用 f-string 格式化字符串，将生成的随机整数输出到控制台。

对了答案，基本一致

包

老猫：好，那我们继续下一节内容

查老四：好的，接下来我们将学习第二个主题：Python包的概念及如何创建和使用包。

在 Python 中，包是一种将模块组织在一起的方式。包可以包含多个模块，也可以包含其他的包，从而形成更为复杂的模块组织结构。包的主要作用是将模块进行归类和组织，便于维护和管理。

在 Python 中，包通常是一个文件夹，其中包含一个名为 __init__.py 的文件和其他的模块文件。这些模块文件可以是 .py 文件、.pyc 文件或 .so 文件。

下面是一个示例，演示如何创建一个简单的 Python 包：

创建一个名为 mypackage 的文件夹，该文件夹包含 __init__.py 文件和一个名为 mymodule.py 的模块文件。
在 mymodule.py 中定义一个名为 hello() 的函数，该函数打印一条问候语。
在 __init__.py 中，导入 mymodule 模块，并定义一个名为 greet() 的函数，该函数调用 mymodule.hello() 函数，并打印一条问候语。

下面是代码示例：

mymodule.py 文件内容：

def hello():
    print("Hello, world!")

__init__.py 文件内容：

from . import mymodule

def greet():
    mymodule.hello()
    print("Nice to meet you!")

在上述示例中，我们将 mymodule.py 中定义的 hello() 函数导入到了 __init__.py 中，并定义了一个名为 greet() 的函数，该函数调用 mymodule.hello() 函数，并打印了一条问候语。

现在我们可以在其他程序中使用这个包了。例如，可以这样调用 greet() 函数：

import mypackage

mypackage.greet()

这样会输出以下内容：

Hello, world!
Nice to meet you!

练习题：请根据上述示例，编写一个名为 mypackage2 的 Python 包，包含一个名为 math.py 的模块文件，该模块文件定义一个名为 add() 的函数，该函数实现两个整数的加法运算。然后在 __init__.py 文件中，导入 math 模块，并定义一个名为 calculate() 的函数，该函数调用 math.add() 函数，实现两个整数的加法运算，并打印出结果。提示：为避免名称冲突，建议在 add() 函数前加上模块名作为前缀，例如 math_add()。

练习

在项目中创建一个名为 mypackage2 的文件夹，并在其中创建一个名为 math.py 的文件，文件内容如下：

def math_add(x, y):
    return x + y

然后，在 mypackage2 文件夹中创建一个名为 __init__.py 的文件，文件内容如下：

from .math import math_add

def calculate(x, y):
    result = math_add(x, y)
    print(f"{x} + {y} = {result}")

接着，在主程序中导入并调用 calculate() 函数：

from mypackage2 import calculate

# 调用 calculate() 函数
calculate(3, 5)

解释：

from .math import math_add 在 __init__.py 文件中导入了 math.py 模块中的 math_add() 函数。
calculate(x, y) 定义了一个 calculate() 函数，该函数调用了 math_add() 实现两个整数的加法运算，并输出结果。

对了答案，基本一致

老猫：函数和包的区别以及各自的适用场景是什么

查老四：函数和包都是 Python 中的重要概念，它们各自有不同的适用场景和功能。

函数是一段可以重复使用的代码块，它封装了特定的操作和算法，可以接收参数并返回值。函数的作用是将一个大问题分解成多个小问题，提高代码的可重用性和可维护性。

包是一种将多个模块组织在一起的方式，可以将多个相关的模块归为一个包中，方便管理和维护。包的作用是提供一种组织代码的方式，使得代码更加清晰、易于维护。

下面是两者的适用场景：

函数：

对于需要重复使用的一段代码，可以将其封装成函数，提高代码的可重用性和可维护性。
对于需要进行封装和抽象的操作和算法，可以将其实现为函数，使得代码更加清晰和易于理解。
对于需要将一个大问题分解成多个小问题的情况，可以使用函数将问题分解并分别解决。

包：

对于多个相关的模块，可以将其组织成一个包，便于管理和维护。
对于需要将代码按照功能进行分组的情况，可以使用包将代码进行组织。
对于需要引入外部库和模块的情况，可以将其作为包的形式引入，方便管理和维护。

总的来说，函数和包都是 Python 中非常重要的概念，它们可以提高代码的可重用性、可维护性和可读性。在编写代码时，应该根据具体的需求选择合适的方式进行封装和组织

标准库

老猫：好，我们继续下一节

查老四：好的，接下来我们将学习第三个主题：Python标准库中一些常用模块的基本用法。

Python标准库是Python自带的一些模块，它们都是经过精心设计和开发的，提供了大量实用的功能，例如操作系统、网络、文件、日期时间等方面的操作。在日常的开发中，使用标准库可以大大提高代码的开发效率和质量。

下面是一些常用的标准库模块及其基本用法：

os 模块：提供了访问操作系统服务的功能，例如文件和目录操作、进程管理等。例如，可以使用 os.listdir(path) 函数获取指定目录下的所有文件和目录名称。
sys 模块：提供了访问 Python 解释器和与之交互的功能。例如，可以使用 sys.argv 获取命令行参数，使用 sys.exit(code) 退出程序。
datetime 模块：提供了处理日期和时间的功能，例如获取当前时间、格式化日期时间等。例如，可以使用 datetime.datetime.now() 函数获取当前日期和时间。
random 模块：提供了生成随机数的功能。例如，可以使用 random.randint(a, b) 函数生成指定范围内的随机整数。
math 模块：提供了常见的数学函数和常量。例如，可以使用 math.pi 常量获取圆周率，使用 math.sin(x) 函数计算正弦值。

在实际开发中，还有很多其他的标准库模块可以使用。我们应该根据具体的需求选择合适的模块进行使用，并熟悉它们的基本用法。

以下是Python标准库中一些常用模块的简要介绍和示例：

a) os模块：提供了与操作系统进行交互的函数，如文件和目录操作。

import os

current_directory = os.getcwd()  # 获取当前工作目录
print(f"当前工作目录：{current_directory}")

os.mkdir("test_dir")  # 创建一个名为'test_dir'的新目录

os.rename("test_dir", "new_test_dir")  # 将目录名从'test_dir'改为'new_test_dir'

os.rmdir("new_test_dir")  # 删除名为'new_test_dir'的目录

b) sys模块：提供了访问与解释器相关的变量和函数。

import sys

command_line_arguments = sys.argv  # 获取命令行参数列表
print(f"命令行参数：{command_line_arguments}")

sys.exit(1)  # 提前终止程序执行并返回状态码1（0表示正常退出，非0表示异常退出）

c) datetime模块：提供了处理日期和时间的类及函数。

import datetime

current_date = datetime.date.today()  # 获取当前日期
print(f"今天的日期：{current_date}")

current_time = datetime.datetime.now().time()  # 获取当前时间
print(f"当前时间：{current_time}")

after_10_days = current_date + datetime.timedelta(days=10)  # 计算10天后的日期
print(f"十天后的日期：{after_10_days}")

d) random模块：提供了生成随机数的函数。

import random

random_integer = random.randint(1, 100)  # 生成一个1到100之间的随机整数
print(f"生成的随机整数：{random_integer}")

random_float = random.uniform(0, 1)  # 生成一个0到1之间的随机浮点数
print(f"生成的随机浮点数：{random_float}")

练习题：请使用os模块创建一个名为exercise_dir的目录，然后在该目录下创建一个名为example.txt的文本文件，并向其中写入一段字符串：“This is a test.”。最后，删除该目录及其所有内容。

练习

import os

# 创建 exercise_dir 目录
os.mkdir("exercise_dir")

# 在 exercise_dir 目录下创建 example.txt 文本文件，并写入字符串 "This is a test."
with open("exercise_dir/example.txt", "w") as f:
    f.write("This is a test.")

# 删除 exercise_dir 目录及其所有内容
os.system("rm -rf exercise_dir")

解释：

os.mkdir("exercise_dir") 使用 os 模块中的 mkdir() 函数创建了一个名为 exercise_dir 的目录。
with open("exercise_dir/example.txt", "w") as f: 使用 with open() 语句打开 exercise_dir 目录下的 example.txt 文件，以写入模式 "w" 打开文件。这样可以确保程序执行完毕后文件被正确关闭。文件对象被赋值给变量 f。
f.write("This is a test.") 向 example.txt 文件中写入一段字符串。
os.system("rm -rf exercise_dir") 使用 os.system() 函数在终端中执行 rm -rf 命令删除 exercise_dir 目录及其所有内容。

对了答案，基本一致

老猫：请问还有那些常用标准库，或者什么地方可以查到标准库的列表清单

查老四：Python拥有一个丰富的标准库，包含许多实现各种功能的模块。以下是一些常用标准库模块的简要介绍：

re：正则表达式模块，用于处理和匹配字符串中的模式。
json：JSON数据处理模块，用于编码和解码JSON格式数据。
csv：CSV文件读写模块，用于处理CSV格式数据。
math：数学函数模块，提供了一些基本数学操作。
collections：容器数据类型模块（如deque、Counter等），扩展了内建的容器类型。
itertools：高效迭代操作模块，提供了一组用于处理迭代对象的工具。
functools：函数式编程工具模块，提供了一些函数式编程的工具（如reduce、partial等）。
threading：线程支持模块，提供了多线程编程的基本功能。
multiprocessing：多进程支持模块，提供了多进程并行计算的功能。
subprocess：子进程管理模块，允许你从Python代码中启动新的应用程序或命令。
socket：网络通信模块，提供了基于套接字的网络通信功能。
urllib：URL处理模块，它包含了处理URLs（如打开、解析等）的工具。
http：HTTP相关模块，用于构建和处理HTTP请求和响应。

你可以访问Python官方文档查看完整的标准库列表及其相关信息：
https://docs.python.org/3/library/index.html

这个页面包含了所有Python标准库的概述和链接，你可以在这里浏览和查询各个模块的详细信息。请注意，这个链接是针对Python 3.x版本的，根据您使用的具体版本，可能会有一些差异。

当日总结

查老四：接下来我们将动手编写一些使用模块和包的Python程序，加深对这些概念的理解。

在这一部分，我们将使用之前学习的知识，结合使用模块和包的方法，编写一些实际的Python程序，来加深对这些概念的理解。

具体来说，我们将会完成以下两个任务：

任务一：使用 os 模块和文件操作，编写一个可以批量重命名指定目录下的所有文件的 Python 程序。

任务二：使用 random 模块和函数进阶，编写一个可以生成指定范围内的随机整数的 Python 函数，并进行测试。

在完成这两个任务的过程中，我们将会涉及到许多之前学习的知识点，例如控制结构、数据类型、函数、异常处理等。所以在实践的过程中，我们要根据具体的情况，选择合适的方式进行代码编写，同时注意代码的可读性和可维护性。

下面我们逐个来完成这两个任务。

任务一：使用 os 模块和文件操作，编写一个可以批量重命名指定目录下的所有文件的 Python 程序。

首先，我们需要了解一下 os 模块提供了哪些文件和目录操作的函数。常用的文件操作函数有：os.rename(src, dst) 重命名文件、os.remove(path) 删除文件、os.path.exists(path) 判断文件是否存在等。

在本任务中，我们需要使用 os.listdir(path) 函数获取指定目录下的所有文件和目录名称，然后遍历所有的文件和目录，对于每个文件，我们需要将其重命名为指定的格式，例如添加前缀或后缀。最后，我们需要输出重命名后的所有文件名称，以方便查看。

下面是任务一的代码示例：

import os

# 指定目录路径和重命名前缀
dir_path = '/path/to/your/directory'
prefix = 'new_'

# 获取指定目录下的所有文件和目录名称
file_names = os.listdir(dir_path)

# 遍历所有的文件和目录
for name in file_names:
    # 如果是文件，进行重命名操作
    if os.path.isfile(os.path.join(dir_path, name)):
        new_name = prefix + name
        os.rename(os.path.join(dir_path, name), os.path.join(dir_path, new_name))
        print(f'Renamed file {name} to {new_name}')

# 输出所有重命名后的文件名称
print(f'All files in {dir_path}: {os.listdir(dir_path)}')

在上述示例中，我们首先指定了目录路径和重命名前缀，然后使用 os.listdir() 函数获取指定目录下的所有文件和目录名称。接着，我们遍历所有的文件和目录，对于每个文件，我们使用 os.rename()函数 random_int(low: int, high: int, n: int) -> List[int] 中，我们使用了 random.randint(a, b) 函数生成指定范围内的随机整数，其中 a 和 b 分别表示范围的起始和结束值。我们使用一个循环，重复调用 random.randint(a, b) 函数生成 n 个随机整数，并将这些整数保存到一个列表中。最后，我们返回这个列表作为函数的返回值。

在 main() 函数中，我们先调用 random_int(low, high, n) 函数生成一组随机整数，然后使用 print() 函数输出这组随机整数。

下面是任务二的完整代码示例

import random
from typing import List

def random_int(low: int, high: int, n: int) -> List[int]:
    """生成指定范围内的n个随机整数"""
    result = []
    for i in range(n):
        result.append(random.randint(low, high))
    return result

def main():
    """主函数"""
    low = 1
    high = 100
    n = 10
    random_nums = random_int(low, high, n)
    print(f"Random numbers between {low} and {high} (inclusive): {random_nums}")

if __name__ == '__main__':
    main()

在上述示例中，我们首先定义了 random_int(low: int, high: int, n: int) -> List[int] 函数，接着定义了 main() 函数作为程序的入口函数。最后，我们使用 if __name__ == '__main__': 语句来判断是否是直接运行这个脚本文件，如果是，则调用 main() 函数来执行程序。

通过完成任务一和任务二，我们学习了如何使用模块和包，以及如何利用之前学习的知识编写实际的 Python 程序。这些知识对于进一步学习 Python 编程非常重要，希望大家能够加强练习，掌握这些技能。