Python 简明教程 --- 17，Python 模块与包
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正确的判断来源于经验，然而经验来源于错误的判断。
—— Fred Brooks
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我们已经知道函数是一种重复利用代码的机制。
本节我们来介绍模块，Python 中的模块，也是一种重复利用代码的机制。我们可以将有特定功能的代码（比如函数，类等）写在模块中，供他人使用，便于重复利用，便于维护。
在前面的章节中，我们也接触过模块。Python 功能强大的一个重要的原因，就是它有各种方便使用的模块。
Python 中的模块可以分为两种：
- 内建模块：Python 自带的模块，安装好Python 解释器后，内建模块就已经安装好了，直接
import就可使用 - 第三方模块：由个人，公司或组织开发的模块，使用之前需要先安装，再
import
1，定义模块
我们写的Python 代码都是以.py 为后缀，Python 模块也是以.py 为后缀，其实每个Python 代码文件，都可以看做是一个Python 模块。
我们编写如下代码：
#! /usr/bin/env python3
# 定义一个字符串
PY = 'Hi Python.'
# 定义一个函数
def hello_py():
print('Hello Python.')
将该代码写在一个名为hello.py 的文件中，该文件就是一个hello 模块，将该文件放在~/hi 目录中。
注意：
在定义模块时，要避免与已有的模块起相同的名字，会引起冲突
2，使用模块
我们进入~/hi 目录，打开python3 交互式环境。
dir() 函数
在引入模块之前，我们先使用dir() 函数，来查看当前环境可用的函数/变量：
>>> dir()
['__annotations__', '__builtins__',
'__doc__', '__loader__', '__name__',
'__package__', '__spec__']
可以看到，除了几个魔法方法外，没有任何其他可用的函数/变量。
我们定义一个变量s：
>>> s = 'abc'
再用dir() 函数查看，可以看到多了一个s 变量：
>>> dir()
['__annotations__', '__builtins__',
'__doc__', '__loader__', '__name__',
'__package__', '__spec__', 's']
import 模块
在使用模块时，需要先引入模块。引入模块，需要使用import 关键字。
我们输入如下代码将hello 模块引入：
>>> import hello
再用dir() 函数，来查看当前环境可用的函数/变量：
>>> dir()
['__annotations__', '__builtins__',
'__doc__', '__loader__', '__name__',
'__package__', '__spec__', 'hello', 's']
可以看到，多了一个hello。这是因为引入的模块会使用模块名来作为可用的标识符。
我们可以用dir(hello) 来查看hello 模块支持的函数/变量：
>>> dir(hello)
['__builtins__', '__cached__', '__doc__',
'__file__', '__loader__', '__name__',
'__package__', '__spec__', 'PY', 'hello_py']
可以看到，有两个标识符PY 和 hello_py 可以使用，但并不能看出PY 和hello_py 是一个函数，还是一个变量。
可以通过type(hello.标识符) 来查看标识符的类型：
>>> type(hello.PY) # 字符串
<class 'str'>
>>> type(hello.hello_py) # 函数
<class 'function'>
可见PY 是一个字符串， hello_py 是一个函数。
注意：
引用一个模块中的
标识符，使用的是点.操作符比如这里的
hello.PY和hello.hello_py
我们可以这样来调用一个模块中的函数/变量：
>>> hello.PY
'Hi Python.'
>>> hello.hello_py()
hello python.
3，模块文档注释
我们知道编写函数时可以有文档注释，同样模块中也可以有文档注释，任何模块的第一个字符串将作为该模块的文档注释，如下：
#! /usr/bin/env python3
'''这是hello 模块的说明文档'''
# 定义一个字符串
PY = 'Hi Python.'
# 定义一个函数
def hello_py():
print('Hello Python.')
可以用魔法方法__doc__ 来访问文档字符串：
>>> hello.__doc__
'这是hello 模块的说明文档'
4，私有变量和私有函数
在Python 模块中，规定以单下划线_ 和双下划线__ 开头的函数/变量，被称为私有函数/变量（private），不应该被外部模块使用。
不以_ 和__ 开头的函数/变量，被称为共有函数/变量 （public），可被外部使用。
如下：
#! /usr/bin/env python3
'''这是hello 模块的说明文档'''
PY = 'Hi Python.'
def _hello(s):
print('hello %s.' % s)
def hello_py():
_hello('python')
def hello_java():
_hello('java')
在该模块中，hello_py ，hello_java 和 PY 是提供给外部使用的，而_hello 只建议在模块内部使用。
其实在Python 中的这种访问权限的控制，实际上是“假的”，因为从技术上来说，这种方式，并不能完全的禁止外部调用，只是相当于一种编程规范。
如果我们非要使用这种以下划线开头的函数，从技术上来说也是行得通的，如下：
>>> import hello
>>> hello._hello('python')
hello python.
但一般我们并不建议这样做。
5，__name__ 属性
每个模块中都自带一个__name__ 属性，运行当前模块时，该属性的值为__main__，这经常与if 语句一起，被用来测试代码使用，这类似其它编程语言中的main() 函数。
如下，文件名为hello.py：
#! /usr/bin/env python3
'''这是hello 模块的说明文档'''
PY = 'Hi Python.'
def hello_py():
print('hello python.')
if __name__ == '__main__':
hello_py()
当我们在命令行执行python3 hello.py 时，if __name__ == '__main__': 内的代码块都会被执行。
但当在其它模块引入hello 模块时，if __name__ == '__main__': 内的代码块并不会被执行。
6，Python 包
Python 包是比模块更高层的概念，一个Python 包中可以包含一个或多个模块。
一个包含多个模块的Python 包结构如下：
my_abc/
├── __init__.py
├── a.py
├── b.py
└── c/
├── __init__.py
└── d.py
my_abc 是顶层包名，my_abc 目录中有一个__init__.py 文件，拥有这个__init__.py 文件的目录才会被认为是一个Python 包，否则，只是一个普通的目录。
__init__.py 文件可以为空，也可以有Python 代码，my_abc/c/ 目录中的__init__.py 文件也是同样的道理。
向my_abc/__init__.py 文件中写入如下内容：
#! /usr/bin/env python3
print('这是my_abc 模块中的 __init__ 文件')
向my_abc/c/__init__.py 文件中写入如下内容：
#! /usr/bin/env python3
print('这是my_abc.c 模块中的 __init__ 文件')
我们在my_abc 同级目录下运行python3 解释器，当我们引入my_abc 包时，my_abc/__init__.py 文件中的代码就会被执行：
>>> import my_abc # 第一次引入
这是my_abc 模块中的 __init__ 文件
>>> import my_abc # 第二次引入
可以看到当输入import my_abc 代码时，字符串这是my_abc 模块中的 __init__ 文件 被输出，说明my_abc/__init__.py 文件中的内容被执行了。
紧接着再次输入import my_abc 代码时，并没有任何输出，说明某个模块中的__init__.py 文件中的内容，只有在第一次导入该模块时，才会执行。
此时，当前环境中多了一个可用的my_abc 标识符：
>>> dir()
['__annotations__', '__builtins__',
'__doc__', '__loader__', '__name__',
'__package__', '__spec__', 'my_abc']
同样，当我们引入my_abc.c 包时，my_abc/c/__init__.py 文件中的代码就会被执行：
>>> import my_abc.c
这是my_abc.c 模块中的 __init__ 文件
from ... import ... 语法
我们可以使用from... import... 语法来引入一个包中的模块，比如我们引入my_abc 包中的a 模块，如下：
>>> from my_abc import a
这是my_abc 模块中的 __init__ 文件
>>> dir()
['__annotations__', '__builtins__',
'__doc__', '__loader__', '__name__',
'__package__', '__spec__', 'a']
可以看到，使用该语法引入a 模块时，my_abc/__init__.py 文件中的内容也执行了，此时，当前环境中多了一个可用的a 标识符。
from ... import ... as... 语法
可以使用as 关键字为模块重命名，例如将a 模块重命名为a_test：
>>> from my_abc import a as a_test
这是my_abc 模块中的 __init__ 文件
>>> dir()
['__annotations__', '__builtins__',
'__doc__', '__loader__', '__name__',
'__package__', '__spec__', 'a_test']
可以看到本次导入时，没有a 标识符，取而代之的a_test。
from ... import * 语法
from ... import * 语法会导入某个包中__init__.py 文件内的__all__ 列表的所有内容，当__all__ 列表不存在时，该语法将导入__init__.py 文件中的所有可用标识符。
例如，my_abc/__init__.py 文件中内容如下，没有__all__ 列表：
#! /usr/bin/env python3
print('这是my_abc 模块中的 __init__ 文件')
i = 1
j = 2
def hello():
print('hello')
使用from ... import * 语法，将导入__init__.py 文件中所有可用的标识符：
>>> from my_abc import *
这是my_abc 模块中的 __init__ 文件
>>> dir()
['__annotations__', '__builtins__',
'__doc__', '__loader__', '__name__',
'__package__', '__spec__',
'hello', 'i', 'j']
可见__init__.py 文件中的所有可用标识符，都被导入到了当前环境中。
如果在__init__.py 文件中声明一个__all__ 列表，如下：
#! /usr/bin/env python3
print('这是my_abc 模块中的 __init__ 文件')
__all__ = ['i', 'hello']
i = 1
j = 2
def hello():
print('hello')
from ... import * 语法将只会导入__all__ 列表中的内容，如下
>>> from my_abc import *
这是my_abc 模块中的 __init__ 文件
>>> dir()
['__annotations__', '__builtins__',
'__doc__', '__loader__', '__name__',
'__package__', '__spec__',
'hello', 'i']
因为__all__ 列表中只有i, hello 两个元素，所以只导入了这两个标识符。
7，模块的导入路径
从内建模块sys 中的path 标识符可查看导入模块的路径：
>>> import sys
>>> sys.path
['',
'/usr/lib/python36.zip',
'/usr/lib/python3.6',
'/usr/lib/python3.6/lib-dynload',
'/usr/local/lib/python3.6/dist-packages',
'/usr/lib/python3/dist-packages']
其中，第一个'' 表示从当前目录中导入，其它的目录是系统中的标准包路径。
Python 会按照该列表，从前往后依次从这些路径中导入你想import 的模块，先从当前目录中尝试导入你想导入的模块，如果没有找到，会依次从后边的路径去查找，如果都没有找到，最后会抛出异常。
比如，现在有一个test 目录，该目录下有一个a.py 文件：
test/
└── a.py
如果在test 同级目录下导入a.py，将出现异常，因为无法从sys.path 中找到a.py：
>>> import a
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
ModuleNotFoundError: No module named 'a'
此时，可以将./test 目录append 到sys.path 中，然后再import：
>>> import sys
>>> sys.path.append('./test')
>>> import a # 没有出现异常，说明导入成功
>>> dir()
['__annotations__', '__builtins__',
'__doc__', '__loader__', '__name__',
'__package__', '__spec__',
'a', 'sys'] # a 模块被成功导入
（完。）
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文章作者 @码农加油站
上次更改 2020-06-15