[Python知识库]图解python | 模块

作者：韩信子@ShowMeAI
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1.Python模块

在程序开发过程中，文件代码越来越长，维护越来越不容易。我们把很多不同的功能编写成函数，放到不同的文件里，方便管理和调用。在Python中，一个.py文件就称之为一个模块（Module）。

使用模块可以大大提高了代码的可维护性，而且当一个模块编写完毕，就可以被其他地方引用。我们在使用python完成很多复杂工作时，也经常引用其他第3方模块，受益于强大的python社区，几乎我们完成任何一项任务，都可以有对应的方便快捷可引用的库和模块来协助。

模块是一个包含所有你定义的函数和变量的文件，以.py后缀结尾。模块可以被别的程序引入和使用其中的函数功能。

下面是一个使用 python 标准库中模块的例子。

import sys
 
print('命令行参数如下:')
for i in sys.argv:
   print(i)
 
print('\n\nPython 路径为：', sys.path, '\n')

执行结果如下所示：

$ python using_sys.py 参数1 参数2
命令行参数如下:
using_sys.py
参数1
参数2


Python 路径为： ['/root', '/usr/lib/python3.10', '/usr/lib/python3.10/plat-x86_64-linux-gnu', '/usr/lib/python3.10/lib-dynload', '/usr/local/lib/python3.10/dist-packages', '/usr/lib/python3/dist-packages'] 

解释如下：

• import sys 引入 python 标准库中的 sys.py 模块；这是引入某一模块的方法。
• sys.argv 是一个包含命令行参数的列表。
• sys.path 包含了一个 Python 解释器自动查找所需模块的路径的列表。

2.import语句

想使用Python模块，只需在另一个源文件里执行import语句，语法如下：

import module1[, module2[,... moduleN]

当解释器遇到 import 语句，如果在当前的搜索路径中能搜索到模块，就会直接导入。

搜索路径是一个解释器会先进行搜索的所有目录的列表。如想要导入模块 showmeai，需要把命令放在脚本的顶端：

showmeai.py 文件代码

def print_welcome( par ):
    print ("Welcome : ", par)
    return

test.py 文件代码

# 导入模块
import showmeai
 
# 现在可以调用模块里包含的函数了
showmeai.print_welcome("ShowMeAI")

以上代码输出结果：

$ python3 test.py 
Welcome :  ShowMeAI

当我们使用import语句的时候，Python解释器会在搜索路径中寻找对应模块，搜索路径是由一系列目录名组成的，它是在Python编译或安装的时候确定的，安装新的库应该也会修改。搜索路径被存储在sys模块中的path变量，做一个简单的实验，在交互式解释器中，输入以下代码：

>>> import sys
>>> sys.path
['', '/usr/lib/python3.10', '/usr/lib/python3.10/plat-x86_64-linux-gnu', '/usr/lib/python3.10/lib-dynload', '/usr/local/lib/python3.10/dist-packages', '/usr/lib/python3/dist-packages']
>>> 

sys.path 输出是一个路径列表，其中第一项是空串’’，执行python解释器的当前目录。

我们创建一个代码如下的fibo.py文件，把它放在sys.path中的任何一个目录里面：

def fib(n):    # 定义到 n 的斐波那契数列
    a, b = 0, 1
    while b < n:
        print(b, end=' ')
        a, b = b, a+b
    print()
 
def fib_new(n): # 返回到 n 的斐波那契数列
    result = []
    a, b = 0, 1
    while b < n:
        result.append(b)
        a, b = b, a+b
    return result

然后进入Python解释器，使用下面的命令导入这个模块：

>>> import fibo

就可以使用模块名称来访问函数：

3.实例

>>>fibo.fib(1000)
1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377 610 987
>>> fibo.fib_new(100)
[1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89]
>>> fibo.__name__
'fibo'

对于经常使用的函数，可以把它赋给一个本地的名称：

>>> my_fib = fibo.fib
>>> my_fib(500)
1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377

4.from … import 语句

Python 的 from 语句让你从模块中导入一个指定的部分到当前命名空间中，语法如下：

from modname import name1[, name2[, ... nameN]]

例如，要导入模块 fibo 的 fib 函数，使用如下语句：

>>> from fibo import fib, fib_new
>>> fib(500)
1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377

这个声明不会把整个fibo模块导入到当前的命名空间中，它只会将fibo里的fib函数引入进来。

5.from … import * 语句

把一个模块的所有内容全都导入到当前的命名空间也是可行的，只需使用如下声明：

from modname import *

例如，要导入模块 fibo 的 所有 函数，使用如下语句：

>>> from fibo import *
>>> fib(500)
1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377

6.标准模块

Python本身带着一些标准的模块库，有些模块直接被构建在解析器里，能很高效的使用。

比如模块sys，它内置在每一个Python解析器中。变量 sys.ps1 和 sys.ps2 定义了主提示符和副提示符所对应的字符串:

>>> import sys
>>> sys.ps1
'>>> '
>>> sys.ps2
'... '
>>> sys.ps1 = 'C> '
C> print('ShowMeAI!')
ShowMeAI!
C> 

7.包

包是一种管理Python模块命名空间的形式，我们经常会以「包.模块」的形式来导入模块，例如一个模块的名称是C.D， 那么他表示一个包C中的子模块D。使用这种形式不用担心不同库之间的模块重名的情况。

假设你想设计一套统一处理视频文件和数据的模块（或者称之为一个"包"）。

现存很多种不同的音频文件格式（基本上都是通过后缀名区分的，例如： .mp4，.wmv，.avi，.mkv），所以你需要有一组不断增加的模块，用来在不同的格式之间转换。

并且针对这些视频数据，还有很多不同的操作，所以你还需要一组庞大的模块来处理这些操作。

这里给出了一种可能的包结构（在分层的文件系统中）:

video/                          顶层包
      __init__.py               初始化 video 包
      formats/                  文件格式转换子包
              __init__.py
              mp4read.py
              mp4write.py
              aviread.py
              aviwrite.py
              mkvread.py
              mkvwrite.py
              wmvread.py
              wmvwrite.py
              ...
      audio/                  声音效果子包
              __init__.py
              io.py
              fx.py
              tools.py
              ...
      editor/                  filters 子包
              __init__.py
              period.py
              faster.py
              slower.py
              ...

在导入一个包的时候，Python 会根据 sys.path 中的目录来寻找这个包中包含的子目录。

目录只有包含一个叫做__init__.py 的文件才会被认作是一个包。最简单的处理是放一个空的__init__.py文件。

用户可以每次只导入一个包里面的特定模块，比如:

import video.audio.io

这将会导入子模块:video.audio.io。 他必须使用全名去访问:

video.audio.io.readfile(input)

还有一种导入子模块的方法是:

from video.audio import io

这同样会导入子模块: io，并且他不需要那些冗长的前缀，所以他可以这样使用:

io.readfile(input)

还有一种变化就是直接导入一个函数或者变量:

from video.audio.io import readfile

同样的，这种方法会导入子模块: io，并且可以直接使用他的 readfile() 函数:

readfile(input)

当使用 from package import item 这种形式的时候，对应的 item 既可以是包里面的子模块（子包），或者包里面定义的其他名称，比如函数，类或者变量。

import 语法会首先把 item 当作一个包定义的名称，如果没找到，再试图按照一个模块去导入。如果还没找到，抛出一个 exc:ImportError 异常。

如果我们使用形如 import item.subitem.subsubitem 这种导入形式，除了最后一项，都必须是包，而最后一项则可以是模块或者是包，但是不可以是类，函数或者变量的名字。

8.视频教程

也可以点击 这里 到B站查看有【中英字幕】的版本

资料与代码下载

本教程系列的代码可以在ShowMeAI对应的github中下载，可本地python环境运行，能科学上网的宝宝也可以直接借助google colab一键运行与交互操作学习哦！

本教程系列涉及的Python速查表可以在以下地址下载获取：

• Python速查表

拓展参考资料

• Python教程—Python3文档
• Python教程-廖雪峰的官方网站

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