python中的模块

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1. 模块化(module)程序设计理念

程序越来越复杂,语句多了,就很自然的会将实现同一个功能的语句封装到函数中,统一管理和调用,于是函数便随之诞生了。

同样的思路,“物以类聚”,我们将同一类型对象的“数据和行为”,也就是“变量和函数”,放到一起统一管理和调用,于是“类和对象”诞生了。

程序继续复杂,函数和类更加多了,于是就将实现类似功能的函数和类统统放到一个模块中,于是“模块”诞生了。

程序还要复杂,模块多了,于是将实现类似功能的模块放到一起,于是“包”就诞生了。

python中的模块

(1). 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。
(2). 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。
(3). 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

标准库模块(standard library)

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。

为什么需要模块化编程

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:
(1). 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
(2). 实现代码复用。一个模块实现后,可以被反复调用。
(3). 可维护性增强。

模块化编程的一般流程:
(1). 设计 API,进行功能描述。
(2). 编码实现 API 中描述的功能。
(3). 在模块中编写测试代码,并消除全局代码。
(4). 使用私有函数实现不被外部客户端调用的模块函数。

模块的 API 和功能描述要点

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。可以通过help(模块名)查看模块的API。一般使用时先导入模块 然后通过help函数查看。

练习计算薪水的API
Salary.py

"""
计算员工的薪资
"""
Company="阳光公司"

def YearSalary(MonthSalary):
    """根据传入的月薪计算年薪,MonthSalary*12"""
    return MonthSalary*12


def DaySalary(MonthSalary):
    """根据传入的月薪计算日薪,MonthSalary/22.5"""
    return MonthSalary/22.5


def HourSalary(MonthSalary):
    """根据传入的月薪计算年薪,DaySalary/8"""
    return DaySalary/8

调用程序为

# import操作
import math
import Salary
print(Salary.__doc__)  #模块说明

模块的创建和测试代码

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。在正常情况下,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”。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。例如:

"""
计算员工的薪资
"""
Company="阳光公司"

def YearSalary(MonthSalary):
    """根据传入的月薪计算年薪,MonthSalary*12"""
    return MonthSalary*12


def DaySalary(MonthSalary):
    """根据传入的月薪计算日薪,MonthSalary/22.5"""
    return MonthSalary/22.5


def HourSalary(MonthSalary):
    """根据传入的月薪计算年薪,DaySalary/8"""
    return DaySalary/8

if __name__== "__main__":
    print(YearSalary(3000))

2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”。

import导入模块

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操作
import math
print(id(math))
print(type(math))
a=math.sin(4)
print(a)

有时候,我们也需要给模块起个别名,本质上,这个别名仅仅是新创建一个变量引用加载的模块对象而已。

# import操作
import math as m
print(id(m))
print(type(m))
a=m.sin(4)
print(a)

from import操作

# from  import操作
from math import pi,sin
a=sin(5)  # 此时sin前不用加math
print(a)

尽量避免“from 模块名 import * ,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。

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。

# __import__()实现动态导入
s="math"
m=__import__(s)
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。

# __importlib实现动态导入
import importlib
a= importlib.import_module("math")
print(a.sin(3.1415926))

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。

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

3包package的创建和使用

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。

导入包操作和本质

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

import * 语句

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,包下的
init.py 中,可定义 all = [“模块1”,“模块2”], 而其他模块则不导入
*(__all__中未定义的)。**
这意味着,from 包名 import * 会从对应的包中导入所有子模块。
【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。

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 .表级目录
from . import module_A2 #.表示同级目录

两个点表示上级目录
一个点表示同级目录。

sys.path 和模块搜索路径

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

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原文地址:《python中的模块》 发布于2020-11-18

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