模块与包

一、模块介绍

1.1 什么是模块？

一个函数封装一个功能，比如现在有一个软件，不可能将所有程序都写入一个文件，所以咱们应该分文件，组织结构要好，代码不冗余，所以要分文件，但是分文件，分了5个文件，每个文件里面可能都有相同的功能（函数），怎么办？所以将这些相同的功能封装到一个文件中，谁用谁拿。
怎么拿？模块就是文件，存放一堆函数，谁用谁拿。
比如：我要策马奔腾共享人世繁华，应该怎么样？我应该骑马，你也要去浪，你是不是也要骑马。
模块是一系列常用功能的集合体，一个py文件就是一个模块。

1.2 为什么要使用模块？

#1、从文件级别组织程序，更方便管理
随着程序的发展，功能越来越多，为了方便管理，我们通常将程序分成一个个的文件，这样做程序的结构更清晰，方便管理。这时我们不仅仅可以把这些文件当做脚本去执行，还可以把他们当做模块来导入到其他的模块中，实现了功能的重复利用

#2、拿来主义，提升开发效率
同样的原理，我们也可以下载别人写好的模块然后导入到自己的项目中使用，这种拿来主义，可以极大地提升我们的开发效率，避免重复造轮子。

#ps：
如果你退出python解释器然后重新进入，那么你之前定义的函数或者变量都将丢失，因此我们通常将程序写到文件中以便永久保存下来，需要时就通过python test.py方式去执行，此时test.py被称为脚本script。

下面我会以tbjx.py 为例来介绍模块的使用：文件名tbjx.py 模块名tbjx

print('from the tbjx.py')

name = '太白金星'


def read1():
    print('tbjx模块：',name)


def read2():
    print('tbjx模块')
    read1()


def change():
    
    global name
    name = 'barry'

二 ，import

2.1 import的使用。

#模块可以包含可执行的语句和函数的定义，这些语句的目的是初始化模块，它们只在模块名第一次遇到导入import语句时才执行（import语句是可以在程序中的任意位置使用的,且针对同一个模块很import多次,为了防止你重复导入，python的优化手段是：第一次导入后就将模块名加载到内存了，后续的import语句仅是对已经加载到内存中的模块对象增加了一次引用，不会重新执行模块内的语句），如下 

import spam #只在第一次导入时才执行spam.py内代码,此处的显式效果是只打印一次'from the spam.py',当然其他的顶级代码也都被执行了,只不过没有显示效果.

代码示例：
'''
import tbjx
import tbjx
import tbjx
import tbjx
import tbjx
'''
'''
执行结果：只是打印一次：
from the tbjx.py
'''

2.2 第一次导入模块执行三件事。

#1.为源文件(tbjx模块)创建新的名称空间，在tbjx中定义的函数和方法若是使用到了global时访问的就是这个名称空间。

#2.在新创建的命名空间中执行模块中包含的代码，见初始导入import tbjx
    提示:导入模块时到底执行了什么？
    In fact function definitions are also ‘statements’ that are 
    ‘executed’; the execution of a module-level function definition 
    enters the function name in the module’s global symbol table.
    事实上函数定义也是“被执行”的语句，模块级别函数定义的执行将函数名放
    入模块全局名称空间表，用globals()可以查看

#3.创建名字tbjx来引用该命名空间
    这个名字和变量名没什么区别，都是‘第一类的’，且使用tbjx.名字的方式
    可以访问tbjx.py文件中定义的名字，tbjx.名字与test.py中的名字来自
    两个完全不同的地方。

ps：重复导入会直接引用内存中已经加载好的结果

2.3 被导入模块有独立的名称空间。

　　每个模块都是一个独立的名称空间，定义在这个模块中的函数，把这个模块的名称空间当做全局名称空间，这样我们在编写自己的模块时，就不用担心我们定义在自己模块中全局变量会在被导入时，与使用者的全局变量冲突

示例：

name = 'alex'
print(name)
print(tbjx.name)
'''
from the tbjx.py
alex
太白金星
'''

def read1():
    print(666)
tbjx.read1()
'''
from the tbjx.py
tbjx模块： 太白金星
'''

name = '日天'
tbjx.change()
print(name)
print(tbjx.name)
'''
from the tbjx.py
日天
barry
'''

 2.4 为模块起别名。

为模块起别名的作用：

　　1，可以将过长的模块命名改成短的，便于操作。

import tbjx as sm
sm.read1()

　　2，有利于代码的拓展，优化。

#mysql.py
def sqlparse():
    print('from mysql sqlparse')
#oracle.py
def sqlparse():
    print('from oracle sqlparse')

#test.py
db_type=input('>>: ')
if db_type == 'mysql':
    import mysql as db
elif db_type == 'oracle':
    import oracle as db

db.sqlparse() 

2.5 导入多个模块

import sys,os,json # 可以这样写，但是不推荐

#推荐应该这样：
import sys
import os
import json

三，from ... import ...

3.1 from...import...使用

from tbjx import name, read1
print(name)
read1()
'''
执行结果：
from the tbjx.py
太白金星
tbjx模块： 太白金星

'''

.2 from...import... 与import对比

#唯一的区别就是：使用from...import...则是将spam中的名字直接导入到当前的名称空间中，所以在当前名称空间中，直接使用名字就可以了、无需加前缀：tbjx.

#from...import...的方式有好处也有坏处
    好处：使用起来方便了
    坏处：容易与当前执行文件中的名字冲突

　　演示示例：

　　　　1,执行文件有与模块同名的变量或者函数名，会有覆盖效果。

name = 'oldboy'
from tbjx import name, read1, read2
print(name)  
'''
执行结果：
太白金星
'''
----------------------------------------
from tbjx import name, read1, read2
name = 'oldboy'
print(name)  

'''
执行结果：
oldboy

'''
----------------------------------------
def read1():
    print(666)
from tbjx import name, read1, read2
read1()

'''
执行结果：
tbjx模块： 太白金星
'''
----------------------------------------

from tbjx import name, read1, read2
def read1():
    print(666)
read1()

'''
执行结果：
tbjx模块： 666
'''

　　　　2,当前位置直接使用read1和read2就好了，执行时，仍然以spam.py文件全局名称空间

#测试一：导入的函数read1，执行时仍然回到tbjx.py中寻找全局变量money
#test.py
from tbjx import read1
name = 'alex'
read1()
'''
执行结果:
from the spam.py
spam->read1->name = '太白金星'
'''

#测试二:导入的函数read2，执行时需要调用read1(),仍然回到tbjx.py中找read1()
#test.py
from tbjx import read2
def read1():
    print('==========')
read2()

'''
执行结果:
from the tbjx.py
tbjx->read2 calling read
tbjx->read1->tbjx 'barry'
'''

3.3 也支持as

from tbjx import read1 as read
read()

3.4 一行导入多个。

from tbjx import read1,read2,name

3.5 from ... import *

#from spam import * 把spam中所有的不是以下划线(_)开头的名字都导入到当前位置

#大部分情况下我们的python程序不应该使用这种导入方式，因为*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，在交互式环境中导入时没有问题。

可以使用__all__来控制*（用来发布新版本），在tbjx.py中新增一行

__all__=['money','read1'] #这样在另外一个文件中用from spam import *就这能导入列表中规定的两个名字

3.6 模块循环导入问题

模块循环/嵌套导入抛出异常的根本原因是由于在python中模块被导入一次之后，就不会重新导入，只会在第一次导入时执行模块内代码

在我们的项目中应该尽量避免出现循环/嵌套导入，如果出现多个模块都需要共享的数据，可以将共享的数据集中存放到某一个地方

在程序出现了循环/嵌套导入后的异常分析、解决方法如下（了解，以后尽量避免）

#示范文件内容如下
#m1.py
print('正在导入m1')
from m2 import y

x='m1'

#m2.py
print('正在导入m2')
from m1 import x

y='m2'

#run.py
import m1

#测试一
执行run.py会抛出异常
正在导入m1
正在导入m2
Traceback (most recent call last):
  File "/Users/linhaifeng/PycharmProjects/pro01/1 aaaa练习目录/aa.py", line 1, in <module>
    import m1
  File "/Users/linhaifeng/PycharmProjects/pro01/1 aaaa练习目录/m1.py", line 2, in <module>
    from m2 import y
  File "/Users/linhaifeng/PycharmProjects/pro01/1 aaaa练习目录/m2.py", line 2, in <module>
    from m1 import x
ImportError: cannot import name 'x'

#测试一结果分析
先执行run.py--->执行import m1，开始导入m1并运行其内部代码--->打印内容"正在导入m1"
--->执行from m2 import y 开始导入m2并运行其内部代码--->打印内容“正在导入m2”--->执行from m1 import x,由于m1已经被导入过了，所以不会重新导入，所以直接去m1中拿x，然而x此时并没有存在于m1中，所以报错


#测试二:执行文件不等于导入文件，比如执行m1.py不等于导入了m1
直接执行m1.py抛出异常
正在导入m1
正在导入m2
正在导入m1
Traceback (most recent call last):
  File "/Users/linhaifeng/PycharmProjects/pro01/1 aaaa练习目录/m1.py", line 2, in <module>
    from m2 import y
  File "/Users/linhaifeng/PycharmProjects/pro01/1 aaaa练习目录/m2.py", line 2, in <module>
    from m1 import x
  File "/Users/linhaifeng/PycharmProjects/pro01/1 aaaa练习目录/m1.py", line 2, in <module>
    from m2 import y
ImportError: cannot import name 'y'


#测试二分析
执行m1.py，打印“正在导入m1”，执行from m2 import y ，导入m2进而执行m2.py内部代码--->打印"正在导入m2"，执行from m1 import x，此时m1是第一次被导入，执行m1.py并不等于导入了m1，于是开始导入m1并执行其内部代码--->打印"正在导入m1"，执行from m1 import y，由于m1已经被导入过了，所以无需继续导入而直接问m2要y，然而y此时并没有存在于m2中所以报错



# 解决方法:
方法一:导入语句放到最后
#m1.py
print('正在导入m1')

x='m1'

from m2 import y

#m2.py
print('正在导入m2')
y='m2'

from m1 import x

方法二:导入语句放到函数中
#m1.py
print('正在导入m1')

def f1():
    from m2 import y
    print(x,y)

x = 'm1'

# f1()

#m2.py
print('正在导入m2')

def f2():
    from m1 import x
    print(x,y)

y = 'm2'

#run.py
import m1

m1.f1()

示例文件

四，模块的重载（了解）

考虑到性能的原因，每个模块只被导入一次,放入字典sys.module中，如果你改变了模块的内容，你必须重启程序，python不支持重新加载或卸载之前导入的模块，

有的同学可能会想到直接从sys.module中删除一个模块不就可以卸载了吗，注意了，你删了sys.module中的模块对象仍然可能被其他程序的组件所引用，因而不会被清楚。

特别的对于我们引用了这个模块中的一个类，用这个类产生了很多对象，因而这些对象都有关于这个模块的引用。

如果只是你想交互测试的一个模块，使用 importlib.reload(), e.g. import importlib; importlib.reload(modulename)，这只能用于测试环境。

def func1():
    print('func1')

1 import time,importlib
2 import aa
3 
4 time.sleep(20)
5 # importlib.reload(aa)
6 aa.func1()

在20秒的等待时间里，修改aa.py中func1的内容，等待test.py的结果。

打开importlib注释，重新测试

五，py文件的两种功能

#编写好的一个python文件可以有两种用途：
    一：脚本，一个文件就是整个程序，用来被执行
    二：模块，文件中存放着一堆功能，用来被导入使用


#python为我们内置了全局变量__name__，
    当文件被当做脚本执行时：__name__ 等于'__main__'
    当文件被当做模块导入时：__name__等于模块名

#作用：用来控制.py文件在不同的应用场景下执行不同的逻辑（或者是在模块文件中测试代码）
    if __name__ == '__main__':

print('from the tbjx.py')

__all__ = ['name', 'read1',]

name = '太白金星'


def read1():
    print('tbjx模块：',name)


def read2():
    print('tbjx模块')
    read1()


def change():
    
    global name
    name = 'barry'
    
if __name__ == '__main__':  
    # 在模块文件中测试read1()函数
    # 此模块被导入时 __name__ == tbjx 所以不执行
    read1()

六，模块的搜索路径

模块的查找顺序是：内存中已经加载的模块->内置模块->sys.path路径中包含的模块

#模块的查找顺序
1、在第一次导入某个模块时（比如spam），会先检查该模块是否已经被加载到内存中（当前执行文件的名称空间对应的内存），如果有则直接引用
    ps：python解释器在启动时会自动加载一些模块到内存中，可以使用sys.modules查看
2、如果没有，解释器则会查找同名的内建模块
3、如果还没有找到就从sys.path给出的目录列表中依次寻找spam.py文件。


#sys.path的初始化的值来自于：
The directory containing the input script (or the current directory when no file is specified).
PYTHONPATH (a list of directory names, with the same syntax as the shell variable PATH).
The installation-dependent default.

#需要特别注意的是：我们自定义的模块名不应该与系统内置模块重名。虽然每次都说，但是仍然会有人不停的犯错。 

#在初始化后，python程序可以修改sys.path,路径放到前面的优先于标准库被加载。
>>> import sys
>>> sys.path.append('/a/b/c/d')
>>> sys.path.insert(0,'/x/y/z') #排在前的目录，优先被搜索
注意：搜索时按照sys.path中从左到右的顺序查找，位于前的优先被查找，sys.path中还可能包含.zip归档文件和.egg文件，python会把.zip归档文件当成一个目录去处理，

#首先制作归档文件：zip module.zip foo.py bar.py 
import sys
sys.path.append('module.zip')
import foo,bar

#也可以使用zip中目录结构的具体位置
sys.path.append('module.zip/lib/python')


#windows下的路径不加r开头，会语法错误
sys.path.insert(0,r'C:UsersAdministratorPycharmProjectsa')
 

#至于.egg文件是由setuptools创建的包，这是按照第三方python库和扩展时使用的一种常见格式，.egg文件实际上只是添加了额外元数据(如版本号，依赖项等)的.zip文件。

#需要强调的一点是：只能从.zip文件中导入.py，.pyc等文件。使用C编写的共享库和扩展块无法直接从.zip文件中加载（此时setuptools等打包系统有时能提供一种规避方法），且从.zip中加载文件不会创建.pyc或者.pyo文件，因此一定要事先创建他们，来避免加载模块是性能下降。

七，编译Python文件（了解）

为了提高加载模块的速度，强调强调强调：提高的是加载速度而绝非运行速度。python解释器会在__pycache__目录中下缓存每个模块编译后的版本，格式为：module.version.pyc。通常会包含python的版本号。例如，在CPython3.3版本下，spam.py模块会被缓存成__pycache__/spam.cpython-33.pyc。这种命名规范保证了编译后的结果多版本共存。

Python检查源文件的修改时间与编译的版本进行对比，如果过期就需要重新编译。这是完全自动的过程。并且编译的模块是平台独立的，所以相同的库可以在不同的架构的系统之间共享，即pyc使一种跨平台的字节码，类似于JAVA火.NET,是由python虚拟机来执行的，但是pyc的内容跟python的版本相关，不同的版本编译后的pyc文件不同，2.5编译的pyc文件不能到3.5上执行，并且pyc文件是可以反编译的，因而它的出现仅仅是用来提升模块的加载速度的，不是用来加密的。

#python解释器在以下两种情况下不检测缓存
#1 如果是在命令行中被直接导入模块，则按照这种方式，每次导入都会重新编译，并且不会存储编译后的结果（python3.3以前的版本应该是这样）
    python -m spam.py

#2 如果源文件不存在，那么缓存的结果也不会被使用，如果想在没有源文件的情况下来使用编译后的结果，则编译后的结果必须在源目录下
sh-3.2# ls
__pycache__ spam.py
sh-3.2# rm -rf spam.py 
sh-3.2# mv __pycache__/spam.cpython-36.pyc ./spam.pyc
sh-3.2# python3 spam.pyc 
spam
 

#提示：
1.模块名区分大小写，foo.py与FOO.py代表的是两个模块
2.你可以使用-O或者-OO转换python命令来减少编译模块的大小
    -O转换会帮你去掉assert语句
    -OO转换会帮你去掉assert语句和__doc__文档字符串
    由于一些程序可能依赖于assert语句或文档字符串，你应该在在确认需要
    的情况下使用这些选项。
3.在速度上从.pyc文件中读指令来执行不会比从.py文件中读指令执行更快，只有在模块被加载时，.pyc文件才是更快的

4.只有使用import语句是才将文件自动编译为.pyc文件，在命令行或标准输入中指定运行脚本则不会生成这类文件，因而我们可以使用compieall模块为一个目录中的所有模块创建.pyc文件

模块可以作为一个脚本（使用python -m compileall）编译Python源  
python -m compileall /module_directory 递归着编译
如果使用python -O -m compileall /module_directory -l则只一层
  
命令行里使用compile()函数时，自动使用python -O -m compileall
  
详见：https://docs.python.org/3/library/compileall.html#module-compileall

详细的

详细说明

八，包

8.1 什么是包？

#官网解释
Packages are a way of structuring Python’s module namespace by using “dotted module names”
包是一种通过使用‘.模块名’来组织python模块名称空间的方式。

#具体的：包就是一个包含有__init__.py文件的文件夹，所以其实我们创建包的目的就是为了用文件夹将文件/模块组织起来

#需要强调的是：
　　1. 在python3中，即使包下没有__init__.py文件，import 包仍然不会报错，而在python2中，包下一定要有该文件，否则import 包报错

　　2. 创建包的目的不是为了运行，而是被导入使用，记住，包只是模块的一种形式而已，包的本质就是一种模块

8.2 为何要使用包

包的本质就是一个文件夹，那么文件夹唯一的功能就是将文件组织起来
随着功能越写越多，我们无法将所以功能都放到一个文件中，于是我们使用模块去组织功能，而随着模块越来越多，我们就需要用文件夹将模块文件组织起来，以此来提高程序的结构性和可维护性

8.3 注意事项

#1.关于包相关的导入语句也分为import和from ... import ...两种，但是无论哪种，无论在什么位置，在导入时都必须遵循一个原则：凡是在导入时带点的，点的左边都必须是一个包，否则非法。可以带有一连串的点，如item.subitem.subsubitem,但都必须遵循这个原则。但对于导入后，在使用时就没有这种限制了，点的左边可以是包,模块，函数，类(它们都可以用点的方式调用自己的属性)。

#2、import导入文件时，产生名称空间中的名字来源于文件，import 包，产生的名称空间的名字同样来源于文件，即包下的__init__.py，导入包本质就是在导入该文件

#3、包A和包B下有同名模块也不会冲突，如A.a与B.a来自俩个命名空间

8.4 包的使用

　　8.4.1 示例文件

glance/                   #Top-level package

├── __init__.py      #Initialize the glance package

├── api                  #Subpackage for api

│   ├── __init__.py

│   ├── policy.py

│   └── versions.py

├── cmd                #Subpackage for cmd

│   ├── __init__.py

│   └── manage.py

└── db                  #Subpackage for db

    ├── __init__.py

    └── models.py

　　8.4.2 文件内容

#文件内容

#policy.py
def get():
    print('from policy.py')

#versions.py
def create_resource(conf):
    print('from version.py: ',conf)

#manage.py
def main():
    print('from manage.py')

#models.py
def register_models(engine):
    print('from models.py: ',engine)

包所包含的文件内容

文件内容

执行文件与示范文件在同级目录下

　　8.4.3 包的使用之import 

1 import glance.db.models
2 glance.db.models.register_models('mysql') 

单独导入包名称时不会导入包中所有包含的所有子模块，如

#在与glance同级的test.py中
import glance
glance.cmd.manage.main()

'''
执行结果：
AttributeError: module 'glance' has no attribute 'cmd'

''' 

解决方法：

1 #glance/__init__.py
2 from . import cmd
3 
4 #glance/cmd/__init__.py
5 from . import manage

执行：

1 #在于glance同级的test.py中
2 import glance
3 glance.cmd.manage.main()

　　8.4.4 包的使用之from ... import ...

需要注意的是from后import导入的模块，必须是明确的一个不能带点，否则会有语法错误，如：from a import b.c是错误语法

1 from glance.db import models
2 models.register_models('mysql')
3 
4 from glance.db.models import register_models
5 register_models('mysql')

　　8.4.5 from glance.api import *

在讲模块时，我们已经讨论过了从一个模块内导入所有*，此处我们研究从一个包导入所有*。

此处是想从包api中导入所有，实际上该语句只会导入包api下__init__.py文件中定义的名字，我们可以在这个文件中定义__all___:

1 #在__init__.py中定义
2 x=10
3 
4 def func():
5     print('from api.__init.py')
6 
7 __all__=['x','func','policy']

此时我们在于glance同级的文件中执行from glance.api import *就导入__all__中的内容（versions仍然不能导入）。

#在__init__.py中定义
x=10

def func():
    print('from api.__init.py')

__all__=['x','func','policy']

此时我们在于glance同级的文件中执行from glance.api import *就导入__all__中的内容（versions仍然不能导入）。

练习：

#执行文件中的使用效果如下，请处理好包的导入
from glance import *

get()
create_resource('a.conf')
main()
register_models('mysql')

#在glance.__init__.py中
from .api.policy import get
from .api.versions import create_resource

from .cmd.manage import main
from .db.models import  register_models

__all__=['get','create_resource','main','register_models']

　　8.4.6 绝对导入和相对导入

我们的最顶级包glance是写给别人用的，然后在glance包内部也会有彼此之间互相导入的需求，这时候就有绝对导入和相对导入两种方式：

绝对导入：以glance作为起始

相对导入：用.或者..的方式最为起始（只能在一个包中使用，不能用于不同目录内）

例如：我们在glance/api/version.py中想要导入glance/cmd/manage.py

1 在glance/api/version.py
2 
3 #绝对导入
4 from glance.cmd import manage
5 manage.main()
6 
7 #相对导入
8 from ..cmd import manage
9 manage.main()

测试结果：注意一定要在于glance同级的文件中测试

1 from glance.api import versions 

　　8.4.7 包以及包所包含的模块都是用来被导入的，而不是被直接执行的。而环境变量都是以执行文件为准的

比如我们想在glance/api/versions.py中导入glance/api/policy.py，有的同学一抽这俩模块是在同一个目录下，十分开心的就去做了，它直接这么做

1 #在version.py中
2 
3 import policy
4 policy.get()

没错，我们单独运行version.py是一点问题没有的，运行version.py的路径搜索就是从当前路径开始的，于是在导入policy时能在当前目录下找到

但是你想啊，你子包中的模块version.py极有可能是被一个glance包同一级别的其他文件导入，比如我们在于glance同级下的一个test.py文件中导入version.py，如下

 1 from glance.api import versions
 2 
 3 '''
 4 执行结果:
 5 ImportError: No module named 'policy'
 6 '''
 7 
 8 '''
 9 分析:
10 此时我们导入versions在versions.py中执行
11 import policy需要找从sys.path也就是从当前目录找policy.py,
12 这必然是找不到的
13 '''

　　8.4.8 绝对导入与相对导入总结

绝对导入与相对导入

# 绝对导入: 以执行文件的sys.path为起始点开始导入,称之为绝对导入
#        优点: 执行文件与被导入的模块中都可以使用
#        缺点: 所有导入都是以sys.path为起始点,导入麻烦

# 相对导入: 参照当前所在文件的文件夹为起始开始查找,称之为相对导入
#        符号: .代表当前所在文件的文件加,..代表上一级文件夹,...代表上一级的上一级文件夹
#        优点: 导入更加简单
#        缺点: 只能在导入包中的模块时才能使用
　　　　  #注意:
　　　　　　　　1. 相对导入只能用于包内部模块之间的相互导入,导入者与被导入者都必须存在于一个包内
　　　　　　　　2. attempted relative import beyond top-level package # 试图在顶级包之外使用相对导入是错误的,言外之意,必须在顶级包内使用相对导入,每增加一个.代表跳到上一级文件夹,而上一级不应该超出顶级包

 

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