简明Python教程学习笔记_3_模块

模块

如果你想要在其他程序中重用很多函数，那么你该如何编写程序呢？你可能已经猜到了，答案是使用模块。模块基本上就是一个包含了所有你定义的函数和变量的文件。为了在其他程序中重用模块，模块的文件名必须以.py为扩展名。

python有三种导入模块的方法

其一,

import modname ： 模块是指一个可以交互使用，或者从另一Python 程序访问的代码段。只要导入了一个模块，就可以引用它的任何公共的函数、类或属性。模块可以通过这种方法来使用其它模块的功能。

用import语句导入模块，就在当前的名称空间(namespace)建立了一个到该模块的引用.这种引用必须使用全称，也就是说，当使用在被导入模块中定义的函数时，必须包含模块的名字。所以不能只使用 funcname，而应该使用 modname.funcname

其二,

from modname import funcname
from modname import fa, fb, fc
或者 from modname import *
与第1种方法的区别：funcname 被直接导入到本地名字空间去了，所以它可以直接使用，而不需要加上模块名的限定
* 表示，该模块的所有公共对象(public objects)都被导入到 当前的名称空间，也就是任何只要不是以”_”开始的东西都会被导入。
modname没有被定义，所以modname.funcname这种方式不起作用。并且，如果funcname如果已经被定义，它会被新版本（该导入模块中的版本）所替代。如果funcname被改成指向其他对象，modname不能不会觉察到。
建议:

1)如果你要经常访问模块的属性和方法，且不想一遍又一遍地敲入模块名，使用 from module import
2)如果你想要有选择地导入某些属性和方法，而不想要其它的，使用 from module import
3)如果模块包含的属性和方法与你的某个模块同名，你必须使用import module来避免名字冲突
4)尽量少用 from module import * ，因为判定一个特殊的函数或属性是从哪来的有些困难，并且会造成调试和重构都更困难。

其三

内建函数__import__()
除了前面两种使用import关键字的方法以外，我们还可以使用内建函数 __import__() 来导入 module。两者的区别是，import 后面跟的必须是一个类型(type)，而__import__() 的参数是一个字符串，这个字符串可能来自配置文件，也可能是某个表达式计算结果。例如
mymodule = __import__ (’module_name’)

附注:
1)模块的内容都放在一个模块文件中，如 mymodule 的内容应该放在PYTHONPATH 目录下的一个mymodule.py中，C实现的除外
2)包可以将几个模块名称空间组织起来, 如A.b 就表示在包A中的一个子模块b
可以单独导入某一个子模块，如Python文档中给出的例子
import sound.effects.echo
这样必须使用全称对里面的对象进行引用，如
sound.effects.echo.echofilter(input, output, delay=0.7, atten=4)
还可以使用下面的语句来加载echo子模块
from Sound.Effects import echo
它在没有包前缀的情况下也可以使用， 所以它可以如下方式调用：
echo.echofilter(input, output, delay=0.7, atten=4)
不主张从一个包或模块中用import * 导入所有模块，因为这样的通常会导致可读性很差。
from Package import specific_submodule的用法并没有错，实际上这还是推荐的用法，除非导入的模块需要使用其它包中的同名子模块(the importing module needs to use submodules with the same name from different packages).
综上所述，一般情况应该使用import , 但有几个例外
1)module文档告诉你要用from-import的
2)导入一个包组件。需要一个包里面的某个子模块，一般用from A.b import c比import A.b.c 更方便 且不会冒混淆的危险.

使用模块

#!/usr/bin/python# Filename: using_sys.pyimport sysprint 'The command line arguments are:'for i in sys.argv:    print iprint '\n\nThe PYTHONPATH is',sys.path,'\n'

在Python中用关键字import来引入某个模块，比如要引用模块math，就可以在文件最开始的地方用import math来引入。在调用math模块中的函数时，必须这样引用：

模块名.函数名

为什么必须加上模块名这样调用呢？因为可能存在这样一种情况：在多个模块中含有相同名称的函数，此时如果只是通过函数名来调用，解释器无法知道到底要调用哪个函数。所以如果像上述这样引入模块的时候，调用函数必须加上模块名。

import math#这样会报错print sqrt(2)#这样才能正确输出结果print math.sqrt(2)

有时候我们只需要用到模块中的某个函数，只需要引入该函数即可，此时可以通过语句

　　from 模块名 import 函数名1,函数名2....

当然可以通过不仅仅可以引入函数，还可以引入一些常量。通过这种方式引入的时候，调用函数时只能给出函数名，不能给出模块名，但是当两个模块中含有相同名称函数的时候，后面一次引入会覆盖前一次引入。也就是说假如模块A中有函数function( )，在模块B中也有函数function( )，如果引入A中的function在先、B中的function在后，那么当调用function函数的时候，是去执行模块B中的function函数。

　　如果想一次性引入math中所有的东西，还可以通过from math import *来实现，但是不建议这么做。

Python本身就内置了很多非常有用的模块，只要安装完毕，这些模块就可以立刻使用。以内建的sys模块为例，编写一个hello的模块：

#!/usr/bin/env python# -*- coding: utf-8 -*-' a test module '__author__ = 'author_name'import sysdef test():    args = sys.argv    if len(args)==1:        print 'Hello, world!'    elif len(args)==2:        print 'Hello, %s!' % args[1]    else:        print 'Too many arguments!'if __name__=='__main__':    test()

使用sys模块的第一步，就是导入该模块：

import sys
导入sys模块后，我们就有了变量sys指向该模块，利用sys这个变量，就可以访问sys模块的所有功能。

sys模块有一个argv变量，用list存储了命令行的所有参数。argv至少有一个元素，因为第一个参数永远是该.py文件的名称，
例如：
运行python hello.py获得的sys.argv就是['hello.py']；
运行python hello.py 123abc获得的sys.argv就是['hello.py', '123abc']。

最后，注意到这两行代码：

if __name__=='__main__':    test()

当我们在命令行运行hello模块文件时，Python解释器把一个特殊变量__name__置为__main__。
而如果在其他地方导入该hello模块时，if判断将失败。
因此，这种if测试可以让一个模块通过命令行运行时执行一些额外的代码，最常见的就是运行测试。

一个模块顶层定义的变量，会自动变成模块的属性

data=[1,2,3]    def printme(var):      print var  if __name__ == '__main__':          printme(1)  

data变量就是模块的一个属性。其实printme也是一个属性，只不过是一个函数罢了。

别名

导入模块时，还可以使用别名，这样，可以在运行时根据当前环境选择最合适的模块。
比如Python标准库一般会提供StringIO和cStringIO两个库，这两个库的接口和功能是一样的，但是cStringIO是C写的，速度更快，所以，你会经常看到这样的写法：

try:    import cStringIO as StringIOexcept ImportError: # 导入失败会捕获到ImportError    import StringIO

这样就可以优先导入cStringIO。如果有些平台不提供cStringIO，还可以降级使用StringIO。导入cStringIO时，用import ... as ...指定了别名StringIO，因此，后续代码引用StringIO即可正常工作。

还有类似simplejson这样的库，在Python 2.6之前是独立的第三方库，从2.6开始内置，所以，会有这样的写法：

try:    import json # python >= 2.6except ImportError:    import simplejson as json # python <= 2.5

由于Python是动态语言，函数签名一致接口就一样，因此，无论导入哪个模块后续代码都能正常工作。

作用域

在一个模块中，会定义很多函数和变量，但有的函数和变量希望给别人使用，有的函数和变量仅仅在模块内部使用。在Python中，是通过_前缀来实现的。

正常的函数和变量名是公开的（public），可以被直接引用，比如：abc，x123，PI等；

类似__xxx__这样的变量是特殊变量，可以被直接引用，但是有特殊用途，比如上面的__author__，__name__就是特殊变量，hello模块定义的文档注释也可以用特殊变量__doc__访问，我们自己的变量一般不要用这种变量名；

类似_xxx和__xxx这样的函数或变量就是非公开的（private），不应该被直接引用，比如_abc，__abc等；

之所以说，private函数和变量“不应该”被直接引用，而不是“不能”被直接引用，是因为Python并没有一种方法可以完全限制访问private函数或变量，但是，从编程习惯上不应该引用private函数或变量。

private函数或变量不应该被别人引用，那它们有什么用呢？请看例子：

def _private_1(name):    return 'Hello, %s' % namedef _private_2(name):    return 'Hi, %s' % namedef greeting(name):    if len(name) > 3:        return _private_1(name)    else:        return _private_2(name)

我们在模块里公开greeting()函数，而把内部逻辑用private函数隐藏起来了，这样，调用greeting()函数不用关心内部的private函数细节，这也是一种非常有用的代码封装和抽象的方法，即：外部不需要引用的函数全部定义成private，只有外部需要引用的函数才定义为public。

它如何工作

首先，我们利用import语句 输入 sys模块。基本上，这句语句告诉Python，我们想要使用这个模块。sys模块包含了与Python解释器和它的环境有关的函数。

当Python执行import sys语句的时候，它在sys.path变量中所列目录中寻找sys.py模块。如果找到了这个文件，这个模块的主块中的语句将被运行，然后这个模块将能够被你使用 。注意，初始化过程仅在我们第一次 输入模块的时候进行。另外，“sys”是“system”的缩写。

sys模块中的argv变量通过使用点号指明——sys.argv——这种方法的一个优势是这个名称不会与任何在你的程序中使用的argv变量冲突。另外，它也清晰地表明了这个名称是sys模块的一部分。

sys.argv变量是一个字符串的 列表 （列表会在后面的章节详细解释）。特别地，sys.argv包含了命令行参数 的列表，即使用命令行传递给你的程序的参数。

如果你使用IDE编写运行这些程序，请在菜单里寻找一个指定程序的命令行参数的方法。

这里，当我们执行python using_sys.py we are arguments的时候，我们使用python命令运行using_sys.py模块，后面跟着的内容被作为参数传递给程序。Python为我们把它存储在sys.argv变量中。

记住，脚本的名称总是sys.argv列表的第一个参数。所以，在这里，'using_sys.py'是sys.argv[0]、'we'是sys.argv[1]、'are'是sys.argv[2]以及'arguments'是sys.argv[3]。注意，Python从0开始计数，而非从1开始。

sys.path包含输入模块的目录名列表。我们可以观察到sys.path的第一个字符串是空的——这个空的字符串表示当前目录也是sys.path的一部分，这与PYTHONPATH环境变量是相同的。这意味着你可以直接输入位于当前目录的模块。否则，你得把你的模块放在sys.path所列的目录之一。

from..import语句

如果你想要直接输入argv变量到你的程序中（避免在每次使用它时打sys.），那么你可以使用from sys import argv语句。如果你想要输入所有sys模块使用的名字，那么可以使用from sys import *语句。这对于所有模块都适用。一般说来，避免使用from..import而使用import语句，因为这样可以使你的程序更加易读，也可以避免名称的冲突。

下面是一个使用from..import语法的版本。

#!/usr/bin/python# Filename: mymodule_demo2.pyfrom mymodule import sayhi, version# Alternative:# from mymodule import *sayhi()print 'Version', version

命名空间和作用域

变量是拥有匹配对象的名字（标识符）。
命名空间是一个包含了变量名称们（键）和它们各自相应的对象们（值）的字典。

一个Python表达式可以访问局部命名空间和全局命名空间里的变量。同名隐藏的原则同C/C++
每个函数都有自己的命名空间。类的方法的作用域规则和通常函数的一样。默认任何在函数内赋值的变量都是局部的。因此，如果要给全局变量在一个函数里赋值，必须使用global语句。global VarName的表达式会告诉Python， VarName是一个全局变量，这样Python就不会在局部命名空间里寻找这个变量了。

例如，我们在全局命名空间里定义一个变量money。我们再在函数内给变量money赋值，然后Python会假定money是一个局部变量。然而，我们并没有在访问前声明一个局部变量money，结果就是会出现一个UnboundLocalError的错误。 取消global语句的注释就能解决这个问题。

Money = 2000def AddMoney():    # 想改正代码就取消以下注释:    # global Money    Money = Money + 1print MoneyAddMoney()print Money

globals()和locals()函数

根据调用地方的不同，globals()和locals()函数可被用来返回全局和局部命名空间里的名字。
如果在函数内部调用locals()，返回的是所有能在该函数里访问的命名。
如果在函数内部调用globals()，返回的是所有在该函数里能访问的全局名字。
两个函数的返回类型都是字典。所以名字们能用keys()函数摘取

模块的__name__

每个模块都有一个名称，在模块中可以通过语句来找出模块的名称。这在一个场合特别有用——就如前面所提到的，当一个模块被第一次输入的时候，这个模块的主块将被运行。假如我们只想在程序本身被使用的时候运行主块，而在它被别的模块输入的时候不运行主块，我们该怎么做呢？这可以通过模块的__name__属性完成。

#!/usr/bin/python# Filename: using_name.pyif __name__ == '__main__':    print 'This program is being run by itself'else:    print 'I am being imported from another module'输出$ python using_name.pyThis program is being run by itself$ python>>> import using_nameI am being imported from another module>>> >>>print __name__>>>__main__

它如何工作

每个Python模块都有它的__name__，如果它是'__main__'，这说明这个模块被用户单独运行，我们可以进行相应的恰当操作。

创建你自己的模块

#!/usr/bin/python# Filename: mymodule.pydef sayhi():    print 'Hi, this is mymodule speaking.'version = '0.1'# End of mymodule.py

上面是一个 模块 的例子。你已经看到，它与我们普通的Python程序相比并没有什么特别之处。我们接下来将看看如何在我们别的Python程序中使用这个模块。

记住这个模块应该被放置在我们输入它的程序的同一个目录中，或者在sys.path所列目录之一。

#!/usr/bin/python# Filename: mymodule_demo.pyimport mymodulemymodule.sayhi()print 'Version', mymodule.version输出$ python mymodule_demo.pyHi, this is mymodule speaking.Version 0.1 

在Python中，一个.py文件就称之为一个模块（Module）。模块的名字就是文件的名字。

　　比如有这样一个文件test.py，在test.py中定义了函数add：

#test.pydef add(a,b):    return a+b

那么在其他文件中就可以先import test，然后通过test.add(a,b)来调用了，当然也可以通过from test import add来引入。

dir()函数

你可以使用内建的dir函数来列出模块定义的标识符。标识符有函数、类和变量。

当你为dir()提供一个模块名的时候，它返回模块定义的名称列表。如果不提供参数，它返回当前模块中定义的名称列表。

$ python>>> import sys>>> dir(sys) # get list of attributes for sys module['__displayhook__', '__doc__', '__excepthook__', '__name__', '__stderr__','__stdin__', '__stdout__', '_getframe', 'api_version', 'argv','builtin_module_names', 'byteorder', 'call_tracing', 'callstats','copyright', 'displayhook', 'exc_clear', 'exc_info', 'exc_type','excepthook', 'exec_prefix', 'executable', 'exit', 'getcheckinterval','getdefaultencoding', 'getdlopenflags', 'getfilesystemencoding','getrecursionlimit', 'getrefcount', 'hexversion', 'maxint', 'maxunicode','meta_path','modules', 'path', 'path_hooks', 'path_importer_cache','platform', 'prefix', 'ps1', 'ps2', 'setcheckinterval', 'setdlopenflags','setprofile', 'setrecursionlimit', 'settrace', 'stderr', 'stdin', 'stdout','version', 'version_info', 'warnoptions']>>> dir() # get list of attributes for current module['__builtins__', '__doc__', '__name__', 'sys']>>>>>> a = 5 # create a new variable 'a'>>> dir()['__builtins__', '__doc__', '__name__', 'a', 'sys']>>>>>> del a # delete/remove a name>>>>>> dir()['__builtins__', '__doc__', '__name__', 'sys']>>> 

它如何工作

首先，我们来看一下在输入的sys模块上使用dir。我们看到它包含一个庞大的属性列表。

接下来，我们不给dir函数传递参数而使用它——默认地，它返回当前模块的属性列表。注意，输入的模块同样是列表的一部分。

为了观察dir的作用，我们定义一个新的变量a并且给它赋一个值，然后检验dir，我们观察到在列表中增加了以上相同的值。我们使用del语句删除当前模块中的变量/属性，这个变化再一次反映在dir的输出中。

关于del的一点注释——这个语句在运行后被用来 删除 一个变量/名称。在这个例子中，del a，你将无法再使用变量a——它就好像从来没有存在过一样。

包

如果不同的人编写的模块名相同怎么办？为了避免模块名冲突，Python又引入了按目录来组织模块的方法，称为包（Package）。

举个例子，一个abc.py的文件就是一个名字叫abc的模块，一个xyz.py的文件就是一个名字叫xyz的模块。

假设abc和xyz这两个模块名字与其他模块冲突了，可以通过包来组织模块，避免冲突。方法是选择一个顶层包名，比如mycompany，按照如下目录存放：

引入了包以后，只要顶层的包名不与别人冲突，那所有模块都不会与别人冲突。

现在，abc.py模块的名字就变成了mycompany.abc，类似的，xyz.py的模块名变成了mycompany.xyz。

请注意，每一个包目录下面都会有一个__init__.py的文件，这个文件是必须存在的，否则，Python就把这个目录当成普通目录，而不是一个包。

__init__.py可以是空文件，也可以有Python代码，因为__init__.py本身就是一个模块，而它的模块名就是mycompany。

类似的，可以有多级目录，组成多级层次的包结构。比如如下的目录结构：

文件www.py的模块名就是mycompany.web.www，两个文件utils.py的模块名分别是mycompany.utils和mycompany.web.utils。

mycompany.web也是一个模块，请指出该模块对应的.py文件。

安装第三方模块

在Python中，安装第三方模块，是通过setuptools这个工具完成的。Python有两个封装了setuptools的包管理工具：easy_install和pip。目前官方推荐使用pip。

强烈推荐安装 pip 安装 python 第三方模块

安装一个第三方库——Python Imaging Library，这是Python下非常强大的处理图像的工具库。

一般来说，第三方库都会在Python官方的网站pypi.python.org注册，要安装一个第三方库，必须先知道该库的名称，可以在官网或者pypi上搜索，比如Python Imaging Library的名称叫PIL，因此，安装Python Imaging Library的命令就是：pip install PIL

有了PIL，处理图片易如反掌。随便找个图片生成缩略图：

>>> import Image>>> im = Image.open('test.png')>>> print im.format, im.size, im.modePNG (400, 300) RGB>>> im.thumbnail((200, 100))>>> im.save('thumb.jpg', 'JPEG')

模块搜索路径
默认情况下，Python解释器会搜索当前目录、所有已安装的内置模块和第三方模块，搜索路径存放在sys模块的path变量中：

>>> import sys>>> sys.path['', '/Library/Python/2.7/site-packages/pycrypto-2.6.1-py2.7-macosx-10.9-intel.egg', '/Library/Python/2.7/site-packages/PIL-1.1.7-py2.7-macosx-10.9-intel.egg', ...]

如果要添加自己的搜索目录，有两种方法：

一是直接修改sys.path，添加要搜索的目录：

>>> import sys>>> sys.path.append('/Users/michael/my_py_scripts')

这种方法是在运行时修改，运行结束后失效。

第二种方法是设置环境变量PYTHONPATH，该环境变量的内容会被自动添加到模块搜索路径中。设置方式与设置Path环境变量类似。注意只需要添加你自己的搜索路径，Python自己本身的搜索路径不受影响。

使用__future__

Python每个新版本都会增加一些新功能，或对原来功能作一些改动。有些改动是不兼容旧版本的，即在当前版本运行正常的代码，到下一个版本运行就可能不正常。

从Python 2.7到Python 3.x就有不兼容的一些改动，比如2.x里的字符串用'xxx'表示str，Unicode字符串用u'xxx'表示unicode，而在3.x中，所有字符串都被视为unicode，因此，写u'xxx'和'xxx'是完全一致的，而在2.x中以'xxx'表示的str就必须写成b'xxx'，以此表示“二进制字符串”。

要直接把代码升级到3.x是比较冒进的，因为有大量的改动需要测试。相反，可以在2.7版本中先在一部分代码中测试一些3.x的特性，如果没有问题，再移植到3.x不迟。

Python提供了__future__模块，把下一个新版本的特性导入到当前版本，于是我们就可以在当前版本中测试一些新版本的特性。举例说明如下：

为了适应Python 3.x的新的字符串的表示方法，在2.7版本的代码中，可以通过unicode_literals来使用Python 3.x的新的语法：

# still running on Python 2.7from __future__ import unicode_literalsprint '\'xxx\' is unicode?', isinstance('xxx', unicode)print 'u\'xxx\' is unicode?', isinstance(u'xxx', unicode)print '\'xxx\' is str?', isinstance('xxx', str)print 'b\'xxx\' is str?', isinstance(b'xxx', str)

注意到上面的代码仍然在Python 2.7下运行，但结果显示去掉前缀u的'a string'仍是一个unicode，而加上前缀b的b'a string'才变成了str：

$ python task.py'xxx' is unicode? Trueu'xxx' is unicode? True'xxx' is str? Falseb'xxx' is str? True

类似的情况还有除法运算。在Python 2.x中，对于除法有两种情况，如果是整数相除，结果仍是整数，余数会被扔掉，这种除法叫“地板除”：

>>> 10 / 33

要做精确除法，必须把其中一个数变成浮点数：

>>> 10.0 / 33.3333333333333335

而在Python 3.x中，所有的除法都是精确除法，地板除用//表示：

$ python3Python 3.3.2 (default, Jan 22 2014, 09:54:40) [GCC 4.2.1 Compatible Apple LLVM 5.0 (clang-500.2.79)] on darwinType "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.>>> 10 / 33.3333333333333335>>> 10 // 33

如果你想在Python 2.7的代码中直接使用Python 3.x的除法，可以通过__future__模块的division实现：

from __future__ import divisionprint '10 / 3 =', 10 / 3print '10.0 / 3 =', 10.0 / 3print '10 // 3 =', 10 // 3结果如下：10 / 3 = 3.3333333333310.0 / 3 = 3.3333333333310 // 3 = 3

由于Python是由社区推动的开源并且免费的开发语言，不受商业公司控制，因此，Python的改进往往比较激进，不兼容的情况时有发生。Python为了确保你能顺利过渡到新版本，特别提供了__future__模块，让你在旧的版本中试验新版本的一些特性。