Python基础知识(十)2021.2.8

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模块

模块化编程理念

Python基础知识(十)2021.2.8

  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。
1. 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。

2. 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

模块化编程的流程

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。
  • 我们可以通过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。
import math
help(math)

也可以在 python 的 api 文档中查询。首先进入 python 的安装目录下的 docs 子目录:
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【示例】设计计算薪水模块的API

"""
本模块用于计算公司员工的薪资
"""
company = "apple"

def yearSalay(monthSalary):
    """根据传入的月薪,计算出年薪"""
    pass

def daySalary(monthSalary):
    """根据传入的月薪,计算出每天的薪资"""
    pass

可以通过__doc__获得模块的文档字符串的内容
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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:

import math 
math.__name__ #输出'math'
"""
本模块用于计算公司员工的薪资
"""
company = "apple"

def yearSalay(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

# 用于测试
if __name__ == "__main__":
    print(yearSalay(3000))
    print(daySalary(3000))
模块文档字符串和API设计

可以在模块的第一行增加一个文档字符串,用于描述模块的相关功能。然后,通过 __doc__可以获得文档字符串的内容Python基础知识(十)2021.2.8

模块导入

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

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 salary
print(id(salary))
print(type(salary))

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模块被加载后,实际会生成一个 module 类的对象,该对象被 salary变量引用。我们可以通过salary变量引用模块中所有的内容。 通过 import 导入多个模块,本质上也是生成多个 module 类的对象而已。 有时候,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

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

【import和from…import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

3. __import__()动态导入

import 语句本质上就是调用内置函数__import__(),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

【注意】:一般不建议自行使用__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

s = "math" # 使用字符串来表示需要导入的模块
m =__import__(s) #导入后生成的模块对象
print(m.pi)

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【示例】使用importlib模块

import importlib
a = importlib.import_module("math")
print(a.pi)
4.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。

print("initial...")
# salary.py内容

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重新加载

有时候我们确实需要重新加载一个模块,这时候可以使用:importlib.reload() 方法:
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包的概念和创建包和导入包

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。典型结构如下:
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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。
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上图中,test 是上层的包,下面有一个子包:inner_test。可以看到每个包里面都有__init__.py 文件。

包的本质和init文件

上一节中的包结构,我们需要导入 module_AA.py。方式如下:

  1. import a.aa.module_AA 在使用时,必须加完整名称来引用,如:a.aa.module_AA.fun_AA()
  2. 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()
  3. 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】

  1. 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。
  2. 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。

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【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”。

使用import *

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
Python基础知识(十)2021.2.8如上当其他的文件导入inner_test01的时候会自动导入module01/module02两个模块

【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。

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

sys.path和模块搜索路径详解

当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 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

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)

import sys
sys.path.append("D://")
list = sys.path
for i in list:
    print(i)
    print()

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注意下图对各个模块的解释:

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可以在 site-packages存放当前安装的第3方库】 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】

  1. 需确保 g:/a,g:/b,g:/c 对应的目录真实存在。
  2. 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

模块的本地发布

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):
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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='inner_test01', # 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='Cairo', # 作者
    author_email='Cairo110@163.com',
    py_modules=['inner_test01.module01','inner_test01.module02'] # 要发布的模块
)
  1. 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
模块的安装
  1. 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 
  1. 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)
  2. 安装成功后,直接使用 import 导入即可。

PyPI官网_远程上传和管理模块_PIP方式安装模块

未经允许不得转载:作者:1581-洪同学, 转载或复制请以 超链接形式 并注明出处 拜师资源博客
原文地址:《Python基础知识(十)2021.2.8》 发布于2021-02-16

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