Python程序开发——第七章 模块与包

一、模块的定义

简单的来说，模块就是每个以.py为后缀的Python文件，可以通过在一个Python文件中导入其它Python文件，从而使用该模块中的类、函数、变量等等，模块可分为内置模块、第三方模块以及自定义模块。

每一个python文件都可作为一个模块存在，文件名即为模块名，在程序开发中，会将耦合度较低的多个功能写入不同的文件中，制作成模块，并在其它文件中以导入模块的方式使用自定义模块中的内容。

二、导入模块、调用模块

（一）import语句

通过import语句可以一次导入一个或多个模块，多个模块中各模块使用逗号隔开，如下:

import 模块
import 模块1,模块2,…,模块n

另外可通过.来使用导入的模块中的类或函数，即模块名称.类名称/函数名称()的形式。
若模块名称较长，还可通过as对模块起别名，在调用时即可通过别名来调用模块中的内容，即import 模块名称 as 别名。
下列python代码，这是一个名为module.py的文件，作为模块：

def input_number():
    print("HELLO WORLD!")
print("该模块被调用！")

下列python代码，这是一个名为123.py的文件，在该文件中引用module.py模块文件中的input_number()函数，即module.input_number()：

import module
module.input_number()

运行结果如下：

（二）from…import语句

from…import…语句的格式如下:

from 模块名称 import 变量名称/类名称/函数名称

和import语句一样，可一次导入多个类、变量或函数，中间使用逗号隔开。另外还可以通过from … import *导入模块中的全部内容。

三、标准模块库

python中自带一些标准模块库，比如sys模块、os模块、random模块以及time模块等等，以下简单地介绍这几种标准模块库。

（一）sys模块

sys模块用于python运行时的环境操作，比如
sys.agrv获取命令行参数列表，列表中第一个元素是该程序本身所在路径；
sys.path用于获取模块的搜索路径；
sys.exit()函数用于退出当前程序，其后的代码不再执行，正常退出返回值为0。
下列python代码，通过import sys引用sys模块：

import sys

print(sys.argv)
print(sys.path)
print("退出程序：")
sys.exit()

运行结果如下：

（二）os模块

os模块提供访问操作系统（OS）服务的功能，比如os.getcwd()函数用于获取当前脚本的工作路径；os.chdir()函数用于改变当前脚本的工作路径；os.remove()用于删除指定文件；
os._exit()用于终止python程序，与sys.exit()不同，sys.exit()在执行后会引发一个SystemExit异常，若捕获该异常则仍然会执行sys.exit()之后的代码。
下列python代码，通过import os引用os模块：

import os

print(os.getcwdb())

运行结果如下：

（三）random模块

random模块用于产生随机数，比如
random.random()用于返回(0,1]之间的随机实数；
random.randint(x,y)用于返回[x,y]之间的随机整数；
random.uniform(x,y)用于返回[x,y]之间的随机浮点数；
random.choice(seq)用于从序列seq中随机返回一个元素。
下列python代码，通过import random引用random模块：

import random

print(random.random())
print(random.randint(1, 10))
print(random.uniform(1, 10))
number = [1, 0, 10, -10, 3]
print(random.choice(number))

运行结果如下：

（四）time模块

time模块提供一系列关于时间处理的函数，比如
1、time.time()用于获取当前时间，可通过该函数计算程序的执行时间。
下列python代码，这里计算10000！，即10000的阶乘，通过time()函数计算计算10000的阶乘所耗费的时间：

import time

begin = time.time()
print(begin)
i = 1
result = 1
while i <= 10000:
    result = result * i
    i = i + 1
end = time.time()
print(end)
spend_time = end - begin
print(f"程序执行时间为：{
      
      spend_time}")

运行结果如下：

2、time.sleep(secs)函数使程序进入休眠态，休眠时间由secs参数决定，单位为秒，通过该函数可使程序中某个功能代码设置休眠时间，即设置一段时间间隔后执行；
下列python代码，通过random和time模块库，使用random.choice()函数随机选择列表中的一个元素，使用time.sleep(2)表示每隔2秒执行一次循环，另外remove() 函数用于移除列表中某个值的第一个匹配项：

import random, time

class_name = ["1班", "2班", "3班", "4班"]
for i in range(len(class_name)):
    if len(class_name) != 0:
        name = random.choice(class_name)
        print(f"本次随机选择的班级是：{
      
      name}")
        class_name.remove(name)
        print(f"被选择的{
      
      name}已被移除，2s后将进行下一次随机选择！")
        time.sleep(2)
print("已随机选择完成！")

运行结果如下：

3、time.strptime()函数用于将一个时间格式的字符串解析为时间元组，而time.mktime()函数用于将时间元组转换为秒数，通过这两个模块函数即可自定义时间戳。
下列python代码，time…strptime()函数将2021-11-10 22:21:41转换为时间元组，time.mktime()函数将时间元组转换为时间戳：

import time

str_time = "2021-11-10 22:21:41"
time_struct = time.strptime(str_time, "%Y-%m-%d %H:%M:%S")
print(time_struct)
timestamp = time.mktime(time_struct)
print(timestamp)

运行结果如下：

四、模块导入特性

（一）__all__属性

通过在python模块的开头定义一个__all__属性，可以说这个属性是一个列表，其中包含的元素规定了在通过使用from…import*语句导入模块时所包含的模块内内容。
下列python代码，module.py模块中设置了__all__属性，即规定导入该模块时只能使用out_number和out_page两个函数：

#module.py模块
__all__ = ["out_number", "out_page"]


def out_word():
    print("HELLO WORLD!")


def out_number():
    a = input("请输入一个数字：")
    print(f"输入的数字为{
      
      a}")


def out_page(x, y):
    return x * y

下列python文件test.py中导入module模块：

#test.py
from module import *
print(out_page(2, 0))
out_number()
out_word()

这里使用了out_word()，所以程序会报错，显示未定义：

正确的运行结果如下，去掉out_word() ，因为module.py模块中__all__属性中只允许使用out_number和out_page两个函数：

（二）__name__属性

__name__属性用于在导入一个模块时，使该模块中的某一程序块不执行，通常该属性与if-else语句共同使用，若当前模块是启动模块，即非测试时，设定其值为__name__=="__main__"。

__name__属性用于在项目开发整合前避免项目运行时执行测试代码。

下列python代码，使用if-else条件语句：

#module.py模块
def out_word():
    print("HELLO WORLD!")


def out_number():
    a = input("请输入一个数字：")
    print(f"输入的数字为{
      
      a}")


def out_page(x, y):
    return x * y


if __name__ == "__main__":
    out_word()
    print(out_page(2, 0))
    out_number()
else:
    print("另一模块")

运行结果如下：

在另一个模块，即test.py中导入该模块：

#test.py模块
from module import *

out_word()
print(out_page(2, 0))
out_number()

运行结果如下，可看到“另一模块”：

五、dir() 模块查找函数

dir()函数是一个内置函数，可以通过它查找到模块内所有定义的名称，并且以字符串列表的形式返回。

#module.py模块
__all__ = ["out_number", "out_page"]


def out_word():
    print("HELLO WORLD!")


def out_number():
    a = input("请输入一个数字：")
    print(f"输入的数字为{
      
      a}")


def out_page(x, y):
    return x * y

查找module模块中所有定义的名称，可分为有参和无参，无参时则会返回所有定义的名称：

#test.py
import module

print(dir())
print(dir(module))

运行结果如下：

六、包

（一）包的定义

为了更好理清python代码，根据不同类别将模块归类划分，并将功能相近的模块放在同一个目录下，使其层次化，从而形成了包，包是一个包含__init__.py文件的目录，且该文件必须存在但可以为空，另外目录下还有子包以及一些模块。

包的存在可在一定程度上避免合作开发中模块重名的问题，包中的init文件作用是标识当前目录是一个python包以及模糊导入，即当该文件中没有声明__all__属性时，则使用from…import*导入的内容为空。

（二）包的创建

这里只介绍PyCharm中如何创建一个包的步骤，版本为 Community Edition 2021.2.1。
1、点击左上角的新建：

或在项目中右键新建：

2、选择python软件包（python package），点击设置文件名称。

3、可在项目栏看到创建的package1软件包。
可以展开看到有个默认的__init__.py文件：

（三）包的导入

包的导入与模块的导入一样，使用import语句以及from…import语句，但在导入包中的模块时，使用时需要在模块名称前加上包的名称，即包的名称.模块名称，若是使用已导入模块中的函数则通过包的名称.模块名称.函数名称实现。
下列python代码，创建package1软件包，其中包括__init__.py文件、module1.py和module2.py文件：

#__init__.py

#module1.py
def out_word():
    print("HELLO WORLD!")

#module2.py
def out_number():
    a = input("请输入一个数字：")
    print(f"输入的数字为{
      
      a}")


def out_page(x, y):
    return x * y
    

项目栏中：

使用另一个模块test.py导入该包，且通过import语句导入该包：

#test.py
import package1.module1
import package1.module2

package1.module1.out_word()
package1.module2.out_number()
print(package1.module2.out_page(2, 3))

运行结果如下：