模块和库


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模块的概念

前面的练习中,我们的例子都是一个Python代码文件就实现了功能。

那是因为现在我们实现的功能都比较简单,一个代码文件就够了。

如果大家进入到企业里面,成为一名苦逼程序猿,就可以发现,我们要开发的系统会复杂的多。需要开发的代码长达上万行,甚至数十万行、数百万行。

这么多的代码放在一个代码文件里显然是不合理的。

项目开发的的代码文件,可能有成百上千个。

不同的代码文件,实现了不同的功能模块,就像一块块积木一样。这些功能模块文件最后合起来,实现了一个完整的软件。

所以,在Python中,一个代码文件(也就是一个.py文件),我们也叫它一个模块(Module)。

比如

a.py 文件,我们就可以称之为模块a

b.py 文件,我们就可以称之为模块b

模块之间的调用


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那么模块之间是怎么互相联系的呢?

我们来看一个例子。

几个同事午餐经常一起去饭店聚餐,我们开发一个程序,记录每人的账单,月末可以结算

我们可以把 输入总费用和聚餐人员,计算人均费用 的功能,单独实现在一个模块文件 aa.py, 其内容如下

fee = input('请输入午餐费用:')
members = input('请输入聚餐人姓名,以英文逗号,分隔:')

# 将人员放入一个列表
memberlist = members.split(',') 
# 得到人数
headcount = len(memberlist) 

# 计算人均费用
avgfee = int (fee) / headcount
print(avgfee)

好了,人均费用计算比较简单。

但是我们还需要将每次账单 记录到文件中,这样才好定期结算。

我们可以创建另外的一个模块文件 save.py。 在里面定义一个函数, 该函数实现记录消费信息到文件功能。 其内容如下

def savetofile(memberlist, avgfee):
    with open('record.txt','a',encoding='utf8') as f:
        # 通过列表推导式,产生    人:费用  这样的列表
        recordList = [f'{member}:{avgfee}' for member in memberlist]
        f.write(' | '.join(recordList) + '\n')
注意:目前我们把 save.py 和 aa.py 放在一个目录中

现在我们要在aa 模块里面使用save模块里面的函数 savetofile,该怎么做呢?

方法一

在aa.py里面 通过import关键字导入模块save ,

import save

这样save 就成了模块 aa 里面的的一个变量,这个变量指向的是一个 模块对象

不要感到奇怪,在Python中, 模块 也是一个对象。

这样我们就可以通过save.savetofile 访问到 save模块里面的函数

完整代码如下:

# 导入 save 模块 
# 导入后 save 就成为模块aa中的一个变量,对应一个模块对象
import save

fee = input('请输入午餐费用:')
members = input('请输入聚餐人姓名,以英文逗号,分隔:')

# 将人员放入一个列表
memberlist = members.split(',') 
# 得到人数
headcount = len(memberlist) 

# 计算人均费用
avgfee = int(fee) / headcount
print(avgfee)

# 使用 模块save里面的 savetofile 函数
save.savetofile(memberlist, avgfee)

方法二


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还可以在 aa.py 里面 通过 from import 关键字导入其它模块里面的标识符(包括变量名和函数名等)。

导入之后,这些其它模块的变量名和函数名就成为 模块aa 里面 变量名,函数名了。

这样,我们就可以直接使用它们了。

完整代码如下:

# 从 save 模块 导入标识符  savetofile ,
# 导入后 savetofile 就成为模块aa中的一个变量,对应一个函数对象
from save import savetofile

fee = input('请输入午餐费用:')
members = input('请输入聚餐人姓名,以英文逗号,分隔:')

# 将人员放入一个列表
memberlist = members.split(',') 
# 得到人数
headcount = len(memberlist) 

# 计算人均费用
avgfee = fee / headcount
print(avgfee)

# 直接使用 savetofile 函数
savetofile(memberlist, avgfee) 

一些技巧

如果在一个模块文件中需要导多个其它模块,可以分开写导入语句,像这样

import aa
import bb
import cc

也可以一起导入,模块之间用逗号隔开,像这样

import aa, bb, cc

如果我们要从1个模块里导入多个标识符,可以这样

from aa import func1,var1,func2,var2

如果我们要导入1个模块里面的很多个标识符,可以使用*代表所有可导入的标识符(包括变量名,函数名等)

from aa import *

这里 import * 把aa模块所有可以导入的对象全部都导入了。


如果我们需要从两个模块导入函数,恰好这两个函数是同名的,这是我们可以给其中一个起个别名,避免冲突,比如
from save import savetofile
from save2 import savetofile as savetofile2

注意点

当一个b模块从a模块导入了名字 var1 后,注意,b模块和a模块 是 各自有一个 名为 var1 的变量 , 而不是两个模块共享一个 名为 var1 的变量。

我们看下面的一个例子

有一个模块文件 a.py,如下

# a.py 
var1 = 1

def changeVar1():
    global var1
    var1 = 2
    print(f'in a: var1 is {var1}')

另外一个模块文件 b.py, 从a中导入了名字 var1 ,如下

# b.py 
from a import var1,changeVar1

changeVar1()
print(f'in b: var1 is {var1}')

当我们执行 b.py 时,显示结果如下

e:\tmp>python b.py
in a: var1 is 2
in b: var1 is 1

发现没有?

虽然 b模块 从 a模块 导入了名字 var1, 但是a模块和b模块中的 var1 是两个不同名字。 在刚刚执行导入时,这两个var1指向同一个对象,但是后来可以通过赋值语句,分别指向不同的数据对象。

这个过程如图所示

image


如果要在多个模块中共享同一个数据对象,并且这个数据对象的值将来可能会改变。

即使共享的只是一个数字或者字符串变量, 也应该放在一个值可以变动的对象类型中。 比如:列表, 或者后面要学习的 字典 和 自定义类型。

我们再试一下:

模块文件 a.py,如下

# a.py 
var1 = [1]

def changeVar1():
    global var1
    var1[0] = 2
    print(f'in a: var1 is {var1}')

另外一个模块文件 b.py, 如下

# b.py 
from a import var1,changeVar1

changeVar1()
print(f'in b: var1 is {var1}')

当我们执行 b.py 时,显示结果如下

e:\tmp>python b.py
in a: var1 is [2]
in b: var1 is [2]

将模块放入包中


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当我们的项目模块文件特别多的时候,我们还需要将这些模块文件根据功能划分到不同的目录中。

这些放模块文件的目录,Python中把他们称之为 包 (Package)

Python 3.3 以前的版本,包目录里面需要有一个名字为 __init__.py 的初始化文件,有了它,Python才认为这是一个Python包。

通常,这个初始化文件里面不需要什么代码,一个空文件就可以了。

当然你也可以在里面加入代码,当这个包里面的模块被导入的时候,这些代码就会执行。


Python 3.3 以后版本的解释器, 如果目录只是用来存放模块文件,就不需要一个空的 __init__.py 了。

但是 __init__.py 可以作为包的初始化文件,里面放入一些初始化代码,有独特的作用。这个英文帖子有细致的描述,感兴趣的朋友可以阅读一下。


下面是一个商城产品目录结构的例子(点击这里下载代码zip包)

stock/                        ---   顶层包
        __init__.py           ---   stock包的初始化文件
        food/                 ---   food子包
                __init__.py
                pork.py
                beef.py
                lobster.py
                ...
        furniture/            ---   furniture子包
                __init__.py
                bed.py
                desk.py
                chair.py
                ...
        kitchen/              ---   kitchen子包
                __init__.py
                knife.py
                pot.py
                bowl.py
                ...

最上层的是stock包,里面有3个子包 food、furniture、kitchen。

每个子包里面的模块文件都有名为stockleft的函数,显示该货物还剩多少件。

如果我们要调用这些模块里面的函数,可以像这样:

import stock.food.beef
# 注意导入的是 stock.food.beef,调用的时候一定要加上所有的包路径前缀
stock.food.beef.stockleft()

我们也可以使用from…import… 的方式,像这样

from stock.food.beef import stockleft
stockleft()

库的概念


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如果你写的 模块文件 里面的函数, 实现了通用的功能,经常被其它模块所调用, 我们就可以把这些被调用的模块文件称之为

库是个抽象的概念,只要 某个模块 或者 一组模块 , 开发它们的目的 就是给 其它模块调用的,就可以称之为库。

Python标准库

Python语言提供了功能丰富的标准库 。 这些标准库把开发中常用的功能都做好了。

我们可以直接使用它们。

这些标准库里面 有一部分叫做 内置类型 built-in types)内置函数 (built-in functions)

内置类型内置函数 无须使用import导入,可以直接使用。

内置类型有:int、float、str、list、tuple等

内置函数前面我们介绍过,可以在Python的官方文档查看到,点击这里查看

比如像 int,str,print,type,len 等等



还有些标准库,需要使用import导入,才能使用。

常见有 sys, os, time, datetime, json,random 等

比如,我们要结束Python程序,就可以使用sys库里面的exit函数

import sys
sys.exit(0)

比如,我们要得到字符串形式的当前日期和时间,可以使用datetime库

import datetime

# 返回这样的格式 '20160423'
datetime.date.today().strftime("%Y%m%d") 

# 返回这样的格式 '20160423 19:37:36'
datetime.datetime.now().strftime("%Y%m%d %H:%M:%S")

比如,我们要获取随机数字,可以使用random库

from random import randint

# 在 数字 1 到 8 之间(包括1和8本身),随机取出一个数字
num = randint(1,8)
print(num)

解释器怎么寻找模块文件?


边看下面两个视频讲解,边学习以下内容

视频讲解1

视频讲解2

当Python解释器执行

import xxx

或者

from xxx import  yyy

这样的语句时, Python 解释器是到什么地方查找模块文件xxx的?

内置模块

它首先在解释器 内置模块 ( builtin modules ) 中寻找 是否有 xxx。

所谓内置模块,就是内置在Python解释器程序中的模块,它们是用C语言编写,编译链接在解释器里面。

也就是说它们就是解释器的一部分,所以解释器运行时,它们就在解释器里面,无需查找。

比如:time, sys, gc, math, mmap等,就是内置模块

大家可以通过 sys.builtin_module_names的值来查看哪些模块是直接包含在解释器里面的。


很容易把 内置模块 和前面提到的 内置类型、内置函数 这些名词搞糊涂。

我特地在 Stack Overflow 上 提出过这个问题

根据专家的解释 :

概念上 内置类型、内置函数 应该也是属于 内置模块的,在名叫 builtins 的内置模块里面。

内置类型、内置函数 因为它们特别常用,所以被解释器特别优待,可以无需导入直接使用。


sys.path

如果内置模块没有 xxx 这样的名字 ,接下来到什么地方查找?

Python的 sys 库 里面有个属性 path。你可以运行下面的语句看看 sys.path 的内容

import sys
for path in sys.path:
    print (path)

通常可以得到类似下面这样的结果

C:\projects\first
C:\Python\Python36\python36.zip
C:\Python\Python36\DLLs
C:\Python\Python36\lib
C:\Python\Python36
C:\Python\Python36\lib\site-packages

这个 sys.path 是一个列表,这个列表里面包含了一些 路径

当我们import 一个模块时 ,解释器会 依次到 sys.path 包含的目录下去寻找 有没有同名的模块 。

那么, sys.path 里的路径是怎么来的呢?

解释器启动的时候,是从根据下面这些规则 添加路径到 sys.path 列表里的

  • 启动脚本文件所在的目录

    启动脚本就是执行Python程序后面 的参数 脚本文件。

    比如 python first.py 那么这个 first.py 就是 启动脚本文件, 脚本文件所在的目录 会被加到 sys.path 中作为模块搜索路径。


    如果启动命令行,没有指定脚本文件,而是像这样 python ,直接 启动了 python 交互命令行,

    或者 像这样 python -m pytest [...] 通过 -m 参数 执行某个模块,

    那么 当前工作目录 会被加到 sys.path 中作为模块搜索路径。

  • PYTHONPATH 环境变量里的目录

    我们可以在 PYTHONPATH 环境变量里面添加上 多个目录作为 模块搜索路径。 多个目录之间的分隔符根据操作系统而定。 Windows下面是分号,Linux下面是冒号。

    解释器启动的时候 , PYTHONPATH 环境变量里的目录 会被加到 sys.path 中作为模块搜索路径。

  • Python解释器的 缺省安装目录(installation-dependent default)

    比如: Windows下面就是 在 解释器安装目录中的 lib/site-packages 目录。


如果我们自己想添加一些目录,作为模块搜索路径,怎么办呢?


一种方法是:把这些目录加到环境变量 PYTHONPATH 里。

因为Python解释器在启动后,会把 环境变量PYTHONPATH里包含的目录,自动添加到sys.path的路径列表里面。

比如,在windows下面,我们可以用这样的命令添加

set PYTHONPATH=c:\myproject;c:\myproject\mylib

那么解释器启动后, c:\myprojectc:\myproject\mylib 这两个目录就被添加到了sys.path里面。

注意这样的环境变量添加,只在当前命令行窗口有效。重新打开窗口就会失效了。

如果要确保持久有效,可以添加在windows 的 环境变量设置对话框中。

白月黑羽Python3教程


有上述的模块搜索路径的概念,接下来我们再来看一个例子。

如果我们有一个python 模块文件名为 m1,放在目录 d:\project\libs\p1\p2 下面

我们要在代码中这样写

import p1.p2.m1

或者

from p1.p2 import m1

为了让解释器能正确的找到 m1 这个模块,我们应该把什么路径加到sys.path 中呢?

有些实战班学员会这样写

set PYTHONPATH=d:\project\libs\p1

如果,这样写,就会到目录 d:\project\libs\p1 下面找 有没有 p1\p2\m1 这样的三级目录文件结构。 显然时不对的。

应该这样写

set PYTHONPATH=d:\project\libs

注意: 模块搜索路径 和 import 后面的路径合起来是一个完整的路径


在和小班学员的指导过程中,发现很多学员对 环境变量 没有概念。

了解环境变量非常重要,不仅仅是Python编程需要了解它,请点击这里,观看关于环境变量的视频讲解




自己想添加一些目录,作为模块搜索路径,还有一种方法:

就是在代码中直接修改sys.path,使用 append 或者 insert方法,把目录直接添加到该列表中。

使用这种方法 同样要注意:

  • sys.path.append 添加的模块搜索路径 和 import 后面的路径合起来是一个完整的路径

  • 必须先 append, 然后再 import ,否则import时 还没有设定好模块搜索路径


而我们一个实战小班的学员, 一次练习就同时犯了2条错误,如下所示

image

image


安装其他的库

Python 之所以这么流行,就是因为它有太多的优秀的第三方库和框架。

有了这些库,Python才能在各行各业都这么受欢迎。因为这些库极大的提高了开发效率。

要使用这些库,我们需要安装到本地。

在Python中,安装第三方库,通常是使用pip命令。

那些优秀的第三方库,基本都是放在一个叫 PYPI 的网站上

pip命令会从该网站下载这些库的安装包进行安装。

例如,如果我们要安装 requests库,可以执行如下的命令

pip install requests

我们在国内,使用pip 安装的时候,可能由于网络原因,到国外访问 PYPI 会比较慢。

而国内有网站(比如豆瓣)对PYPI 做了镜像备份。

我们可以通过在命令中加上参数 -i https://pypi.douban.com/simple/ ,这样就指定使用豆瓣作为安装包的下载网站。

如下所示:

pip install requests -i https://pypi.douban.com/simple/

如果pip安装库的时候,出现SSL错误,可能是网络对https证书校验的问题,可以改用http协议下载,如下所示

pip install requests -i http://pypi.douban.com/simple/  --trusted-host pypi.douban.com

注意,很多初学者会在python shell里面执行pip命令,像这样

白月黑羽Python3教程

这个命令是一个程序,不是Python语句,要在cmd 命令行中直接执行,像这样

白月黑羽Python3教程

安装好以后,我们就可以使用import去导入这些库并且使用了

import requests
requests.get('http://www.baidu.com')

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