模块

1. 模块化(module)程序设计理念

1.1 模块和包概念的进化史
“量变引起质变”是哲学中一个重要的理论。量变为什么会引起质变呢？本质上理解， 随着数量的增加，管理方式会发生本质的变化；旧的管理方式完全不适合，必须采用新的管 理方式。程序越来越复杂，语句多了，怎么管理？很自然的，我们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，于是函数诞生了。 程序更加复杂，函数和变量多了，怎么管理？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，怎么办？好，我们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，怎么办？ 于是，我们将实现类似功能的模块放到一起，于 是“包”就诞生了。

  • 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。

1.2 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。
1.3 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：

  • 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。

1.4 模块化编程的流程
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。
    1.5 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
    1.6 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。
    1.7 模块文档字符串和 API 设计
    我们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。

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”。
2.1 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’>
由上，我们可以看到 math 模块被加载后，实际会生成一个 module 类的对象，该对象被 math 变量引用。我们可以通过 math 变量引用模块中所有的内容。
我们通过 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，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 math as m #import math 
#m = math 
print(m.sqrt(4))

2.2 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。

from math import pi,sin 
print(sin(pi/2)) #输出 1.0

2.3 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。
2.4 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。
使用__import__()动态导入指定的模块

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)

2.5 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。
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：

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

3. 包 package 的使用

3.1 包(package)的概念和结构
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。

3.2 导入包操作和本质
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，比如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】

 - 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 文件中做这个包的初始化、以及
   需要统一执行代码、批量导入。

3.3 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；
3.4 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

3.5 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）：

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）。

4. 模块发布和安装

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）：

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='lxy', # 作者 
author_email='119*****5@qq.com', py_modules=['baizhanMath2.demo1','baizhanMath2.demo2'] # 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

执行完毕后，目录结构变为：

4.2 本地安装模块
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）：
安装成功后，直接使用 import 导入即可。

import baizhanMath2.demo1

5. 库(Library)

Python 中库是借用其他编程语言的概念，没有特别具体的定义。模块和包侧重于代码 组织，有明确的定义。
一般情况，库强调的是功能性，而不是代码组织。我们通常将某个功能的“模块的集合”， 称为库
Python 拥有一个强大的标准库。Python 语言的核心只包含数字、字符串、列表、字典、 文件等常见类型和函数，而由 Python 标准库提供了系统管理、网络通信、文本处理、数据 库接口、图形系统、XML 处理等额外的功能。
Python 标准库的主要功能有：

1. 文本处理，包含文本格式化、正则表达式匹配、文本差异计算与合并、Unicode 支 持，二进制数据处理等功能 
2. 文件处理，包含文件操作、创建临时文件、文件压缩与归档、操作配置文件等功能
3. 操作系统功能，包含线程与进程支持、IO 复用、日期与时间处理、调用系统函数、 日志（logging）等功能 
4. 网络通信，包含网络套接字，SSL 加密通信、异步网络通信等功能 
5. 网络协议，支持 HTTP，FTP，SMTP，POP，IMAP，NNTP，XMLRPC 等多种网 络协议，并提供了编写网络服务器的框架 
6. W3C 格式支持，包含 HTML，SGML，XML 的处理 
7. 其它功能，包括国际化支持、数学运算、HASH、Tkinter 等

PyPI 网站和 PIP 模块管理工具
PyPI(Python Package Index)是 python 官方的第三方库的仓库，所有人都可以下载第三 方库或上传自己开发的库到 PyPI。PyPI 推荐使用 pip 包管理器来下载第三方库。 pip 是一个现代的，通用的 Python 包管理工具。提供了对 Python 包的查找、下载、安 装、卸载的功能。
pip 可正常工作在 Windows、Mac OS、Unix/Linux 等操作系统上，但 是需要至少 2.6+和 3.2+的 CPython 或 PyPy 的支持。python 2.7.9 和 3.4 以后的版本已 经内置累 pip 程序，所以不需要安装。

posted @ 2020-02-09 10:16  阳神  阅读(159)  评论(0)  编辑  收藏  举报