1. 模块化(module)程序设计理念
1.1 模块和包概念的进化史
“量变引起质变”是哲学中一个重要的理论。量变为什么会引起质变呢？本质上理解， 随着数量的增加，管理方式会发生本质的变化；旧的管理方式完全不适合，必须采用新的管 理方式。程序越来越复杂，语句多了，怎么管理？很自然的，我们会将实现同一个功能的语句封 装到函数中，统一管理和调用，于是函数诞生了。 程序更加复杂，函数和变量多了，怎么管理？同样的思路，“物以类聚”，我们将同一 类型对象的“数据和行为”，也就是“变量和函数”，放到一起统一管理和调用，于是“类 和对象”诞生了。 程序继续复杂，函数和类更加多了，怎么办？好，我们将实现类似功能的函数和类统统 放到一个模块中，于是“模块”诞生了。 程序还要复杂，模块多了，怎么办？ 于是，我们将实现类似功能的模块放到一起，于 是“包”就诞生了。
- Python 程序由模块组成。一个模块对应 python 源文件，一般后缀名是：.py。
- 模块由语句组成。运行 Python 程序时，按照模块中语句的顺序依次执行。
- 语句是 Python 程序的构造单元，用于创建对象、变量赋值、调用函数、控制语句等。
1.2 标准库模块(standard library)
与函数类似，模块也分为标准库模块和用户自定义模块。 Python 标准库提供了操作系统功能、网络通信、文本处理、文件处理、数学运算等基 本的功能。比如：random(随机数)、math(数学运算)、time(时间处理)、file(文件处理)、 os(和操作系统交互)、sys(和解释器交互)等。
另外，Python 还提供了海量的第三方模块，使用方式和标准库类似。功能覆盖了我们 能想象到的所有领域，比如：科学计算、WEB 开发、大数据、人工智能、图形系统等。
1.3 为什么需要模块化编程
模块(module)对应于 Python 源代码文件(.py 文件)。模块中可以定义变量、函数、 类、普通语句。 这样，我们可以将一个 Python 程序分解成多个模块，便于后期的重 复应用。
模块化编程（Modular Programming）将一个任务分解成多个模块。每个模块就像一个积木一样，便于后期的反复使用、反复搭建。
模块化编程有如下几个重要优势：
- 便于将一个任务分解成多个模块，实现团队协同开发，完成大规模程序
- 实现代码复用。一个模块实现后，可以被反复调用。
- 可维护性增强。
1.4 模块化编程的流程
模块化编程的一般流程：
- 设计 API，进行功能描述。
- 编码实现 API 中描述的功能。
- 在模块中编写测试代码，并消除全局代码。
- 使用私有函数实现不被外部客户端调用的模块函数。
1.5 模块的 API 和功能描述要点
API(Application Programming Interface 应用程序编程接口)是用于描述模 块中提供的函数和类的功能描述和使用方式描述。
模块化编程中，首先设计的就是模块的 API（即要实现的功能描述），然后开始编 码实现 API 中描述的功能。最后，在其他模块中导入本模块进行调用。
我们可以通过help(模块名)查看模块的API。一般使用时先导入模块 然后通过help函数查看
1.6 模块的创建和测试代码
每个模块都有一个名称，通过特殊变量__name__可以获取模块的名称。在正常情况下，模块名字对应源文件名。 仅有一个例外，就是当一个模块被作为程序入口时（主 程序、交互式提示符下），它的__name__的值为“main”。我们可以根据这个特 点，将模块源代码文件中的测试代码进行独立的处理。
1.7 模块文档字符串和 API 设计
我们可以在模块的第一行增加一个文档字符串，用于描述模块的相关功能。然后，通过 __doc__可以获得文档字符串的内容。
2.模块的导入
模块化设计的好处之一就是“代码复用性高”。写好的模块可以被反复调用，重复使用。 模块的导入就是“在本模块中使用其他模块”。
2.1 import 语句导入
import 语句的基本语法格式如下：
import 模块名 #导入一个模块
import 模块 1，模块 2… #导入多个模块
import 模块名 as 模块别名 #导入模块并使用新名字import 加载的模块分为四个通用类别：
a.使用 python 编写的代码（.py 文件）；
b.已被编译为共享库或 DLL 的 C 或 C++扩展；
c.包好一组模块的包
d.使用 C 编写并链接到 python 解释器的内置模块；
我们一般通过 import 语句实现模块的导入和使用，import 本质上是使用了内置函数 import()。 当我们通过 import 导入一个模块时，python 解释器进行执行，最终会生成一个对象， 这个对象就代表了被加载的模块。
import math
print(id(math))
print(type(math))
print(math.pi) #通过 math.成员名来访问模块中的成员执行结果是：
31840800
<class ‘module’>
由上，我们可以看到 math 模块被加载后，实际会生成一个 module 类的对象，该对象被 math 变量引用。我们可以通过 math 变量引用模块中所有的内容。
我们通过 import 导入多个模块，本质上也是生成多个 module 类的对象而已。
有时候，我们也需要给模块起个别名，本质上，这个别名仅仅是新创建一个变量引用加 载的模块对象而已。
import math as m #import math
#m = math
print(m.sqrt(4)) 2.2 from…import 导入
Python 中可以使用 from…import 导入模块中的成员。基本语法格式如下：
from 模块名 import 成员 1，成员 2，…如果希望导入一个模块中的所有成员，则可以采用如下方式：
from 模块名 import * **【注】**尽量避免“from 模块名 import ”这种写法。 它表示导入模块中所有的不 是以下划线(_)开头的名字都导入到当前位置。 但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。一般生产环境中尽量避免使用， 学习时没有关系。
from math import pi,sin
print(sin(pi/2)) #输出 1.02.3 import 语句和 from…import 语句的区别
import 导入的是模块。from…import 导入的是模块中的一个函数/一个类。
如果进行类比的话，import 导入的是“文件”，我们要使用该“文件”下的内容，必 须前面加“文件名称”。from…import 导入的是文件下的“内容”，我们直接使用这 些“内容”即可，前面再也不需要加“文件名称”了。
2.4 import()动态导入
import 语句本质上就是调用内置函数__import__()，我们可以通过它实现动态导入。给 import()动态传递不同的的参数值，就能导入不同的模块。
使用__import__()动态导入指定的模块
s = "math"
m = __import__(s) #导入后生成的模块对象的引用给变量 m
print(m.pi)注意：一般不建议我们自行使用__import__()导入，其行为在 python2 和 python3 中 有差异，会导致意外错误。如果需要动态导入可以使用 importlib 模块。
import importlib
a = importlib.import_module("math")
print(a.pi) 2.5 模块的加载问题
当导入一个模块时， 模块中的代码都会被执行。不过，如果再次导入这个模块， 则不会再次执行。
Python 的设计者为什么这么设计？因为，导入模块更多的时候需要的是定义模块 中 的 变 量 、 函 数 、 对 象 等 。 这 些 并 不 需 要 反 复 定 义 和 执 行 。 “ 只 导 入 一 次 import-only-once”就成了一种优化。
一个模块无论导入多少次，这个模块在整个解释器进程内有且仅有一个实例对象。
重新加载 有时候我们确实需要重新加载一个模块，这时候可以使用：importlib.reload() 方法：
import test02
import test02
print("####")
import importlib
importlib.reload(test02)3. 包 package 的使用
3.1 包(package)的概念和结构
当一个项目中有很多个模块时，需要再进行组织。我们将功能类似的模块放到一起， 形成了“包”。本质上，“包”就是一个必须有__init__.py 的文件夹。包下面可以包含“模块(module)”，也可以再包含“子包(subpackage)”。就像文件 夹下面可以有文件，也可以有子文件夹一样。
3.2 导入包操作和本质
包结构，我们需要导入 module_AA.py。方式如下：
- import a.aa.module_AA 在使用时，必须加完整名称来引用，比如a.aa.module_AA.fun_AA()
- from a.aa import module_AA 在使用时，直接可以使用模块名。 比如：module_AA.fun_AA()
- from a.aa.module_AA import fun_AA 直接导入函数 在使用时，直接可以使用函数名。 比如：fun_AA()
【注】
- from package import item 这种语法中，item 可以是包、模块，也可以是函数、 类、变量。
- import item1.item2 这种语法中，item 必须是包或模块，不能是其他。
导入包的本质其实是“导入了包的__init__.py”文件。也就是说，”import pack1”意味 着执行了包 pack1
下面的__init__.py 文件。 这样，可以在__init__.py 中批量导入我们需要 的模块，而不再需要一个个导
入。 init.py 的三个核心作用：
- 作为包的标识，不能删除。
- 用来实现模糊导入
- 导入包实质是执行__init__.py 文件，可以在__init__.py 文件中做这个包的初始化、以及
需要统一执行代码、批量导入。 3.3 用*导入包
import * 这样的语句理论上是希望文件系统找出包中所有的子模块，然后导入它们。 这可能会花长时间等。Python 解决方案是提供一个明确的包索引
这个索引由 init.py 定义 all 变量，该变量为一列表，如上例 a 包下的 init.py 中，可定义 all = [“module_A”,“module_A2”] 这意味着， from sound.effects import * 会从对应的包中导入以上两个子模块；
3.4 包内引用
如果是子包内的引用，可以按相对位置引入子模块 以 aa 包下的 module_AA 中导入 a 包下内容为例：
from .. import module_A #..表示上级目录 .表示同级目录
from . import module_A2 #.表示同级目录 3.5 sys.path 和模块搜索路径
当我们导入某个模块文件时， Python 解释器去哪里找这个文件呢？只有找到这个文 件才能读取、装载运行该模块文件。它一般按照如下路径寻找模块文件（按照顺序寻找，找 到即停不继续往下寻找）：
1. 内置模块
2. 当前目录
3. 程序的主目录
4. pythonpath 目录（如果已经设置了 pythonpath 环境变量）
5. 标准链接库目录
6. 第三方库目录（site-packages 目录）
7. .pth 文件的内容（如果存在的话）
8. sys.path.append()临时添加的目录当任何一个 python 程序启动时，就将上面这些搜索路径(除内置模块以外的路径)进行收集， 放到 sys 模块的 path 属性中（sys.path）。
4. 模块发布和安装
当我们完成了某个模块开发后，可以将他对外发布，其他开发者也可以以“第三方扩展 库”的方式使用我们的模块。我们按照如下步骤即可实现模块的发布：
1.为模块文件创建如下结构的文件夹（一般，文件夹的名字和模块的名字一样）：
2.在文件夹中创建一个名为『setup.py』的文件，内容如下：
from distutils.core import setup
setup( name='baizhanMath2', # 对外我们模块的名字
version='1.0', # 版本号
description='这是第一个对外发布的模块，测试哦', #描述
author='lxy', # 作者
author_email='119*****5@qq.com', py_modules=['baizhanMath2.demo1','baizhanMath2.demo2'] # 要发布的模块
)- 构建一个发布文件。通过终端，cd 到模块文件夹 c 下面，再键入命令：
python setup.py sdist执行完毕后，目录结构变为：
4.2 本地安装模块
将发布安装到你的本地计算机上。仍在 cmd 命令行模式下操作，进 setup.py 所在目 录，键入命令：
python setup.py install安装成功后，我们进入 python 目录/Lib/site-packages 目录（第三方模块都安装的这 里,python 解释器执行时也会搜索这个路径）：
安装成功后，直接使用 import 导入即可。
import baizhanMath2.demo15. 库(Library)
Python 中库是借用其他编程语言的概念，没有特别具体的定义。模块和包侧重于代码 组织，有明确的定义。
一般情况，库强调的是功能性，而不是代码组织。我们通常将某个功能的“模块的集合”， 称为库
Python 拥有一个强大的标准库。Python 语言的核心只包含数字、字符串、列表、字典、 文件等常见类型和函数，而由 Python 标准库提供了系统管理、网络通信、文本处理、数据 库接口、图形系统、XML 处理等额外的功能。
Python 标准库的主要功能有：
1. 文本处理，包含文本格式化、正则表达式匹配、文本差异计算与合并、Unicode 支 持，二进制数据处理等功能
2. 文件处理，包含文件操作、创建临时文件、文件压缩与归档、操作配置文件等功能
3. 操作系统功能，包含线程与进程支持、IO 复用、日期与时间处理、调用系统函数、 日志（logging）等功能
4. 网络通信，包含网络套接字，SSL 加密通信、异步网络通信等功能
5. 网络协议，支持 HTTP，FTP，SMTP，POP，IMAP，NNTP，XMLRPC 等多种网 络协议，并提供了编写网络服务器的框架
6. W3C 格式支持，包含 HTML，SGML，XML 的处理
7. 其它功能，包括国际化支持、数学运算、HASH、Tkinter 等PyPI 网站和 PIP 模块管理工具
PyPI(Python Package Index)是 python 官方的第三方库的仓库，所有人都可以下载第三 方库或上传自己开发的库到 PyPI。PyPI 推荐使用 pip 包管理器来下载第三方库。 pip 是一个现代的，通用的 Python 包管理工具。提供了对 Python 包的查找、下载、安 装、卸载的功能。
pip 可正常工作在 Windows、Mac OS、Unix/Linux 等操作系统上，但 是需要至少 2.6+和 3.2+的 CPython 或 PyPy 的支持。python 2.7.9 和 3.4 以后的版本已 经内置累 pip 程序，所以不需要安装。