python笔记（16）模块

模块是组织代码、实现复用、提升开发效率的关键元素。它们如同积木块一样，构成了Python程序的基石。本

一、理解Python模块：定义与基本特性

1. 定义

模块，简单来说，就是包含Python定义和语句的文件。它可以是一个.py文件，也可以是一个目录（含有__init__.py文件），甚至是一个自定义的C扩展。模块为代码提供了封装、复用和命名空间管理的功能，使得大型项目能够以更清晰、模块化的形式进行组织。

2. 基本特性

代码复用：模块允许开发者将常用功能、类或函数封装在一个单独的文件中，便于在多个地方重复使用，避免代码冗余。
命名空间管理：每个模块都有自己的命名空间，通过模块导入机制，可以有效避免变量名冲突，提高代码可读性和维护性。
模块化设计：模块化使程序结构清晰，易于理解和分工协作，遵循"高内聚、低耦合"的原则，有利于复杂项目的开发和管理。
系统资源隔离：模块有助于将不同功能的代码隔离开来，减少全局变量的使用，降低系统间的相互影响。

二、Python模块的结构与创建

1. 模块结构

一个典型的Python模块文件通常包含以下部分：

文档字符串（docstring） ：位于模块文件开头，用于描述模块的功能、接口、使用方法等，可通过内置函数help()或pydoc工具访问。
变量定义：包括常量、数据结构等，供模块内部或外部使用。
函数定义：实现特定功能的独立代码块，对外提供服务。
类定义：定义对象的属性和行为，实现面向对象编程。
模块级代码：在模块文件顶层执行的代码，如初始化工作、注册信号处理器等。

2. 创建模块

创建一个Python模块非常简单，只需按照上述结构编写.py文件即可。例如，创建一个名为utils.py的模块，内容如下：

python 复制代码

"""
Utils module: Provides common utility functions.

Functions:
    greeting(name: str) -> str: Returns a personalized greeting message.
"""

def greeting(name: str) -> str:
    return f"Hello, {name}!"

# ... 其他函数和类定义

三、Python模块的导入与使用

1. 导入模块

Python提供了多种导入模块的方式，包括：

常规导入 ：import module_name，直接导入整个模块，通过module_name.访问其中的成员。
别名导入 ：import module_name as alias，为模块指定别名，方便调用。
从模块导入特定成员 ：from module_name import member，直接导入模块内的某个成员，无需通过模块名引用。
星号（*）导入 ：from module_name import *，导入模块的所有成员到当前命名空间。不推荐使用，易导致命名冲突和代码不易理解。

2. 使用模块

导入模块后，即可使用其提供的变量、函数、类等资源。例如，对于上文创建的utils模块：

如想要导入模块 utils.py，需要把命令放在脚本的顶端：

python 复制代码

import utils

print(utils.greeting("Alice"))  # 输出：Hello, Alice!

# 或者使用别名导入
import utils as ut

print(ut.greeting("Bob"))  # 输出：Hello, Bob!

3. 定位模块

当你导入一个模块，Python 解析器对模块位置的搜索顺序是：

当前目录
如果不在当前目录，Python 则搜索在 shell 变量 PYTHONPATH 下的每个目录。
如果都找不到，Python 会察看默认路径。UNIX下，默认路径一般为 /usr/local/lib/python/

模块搜索路径存储在 system 模块的 sys.path 变量中。变量里包含当前目录，PYTHONPATH 和由安装过程决定的默认目录。

4. 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。如果一个局部变量和一个全局变量重名，则局部变量会覆盖全局变量。

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。

Python 会智能地猜测一个变量是局部的还是全局的，它假设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。

python 复制代码

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

'''
执行会报错如下：
Traceback (most recent call last):
  File "f:\学习\python\测试\test2.py", line 9, in <module>
    AddMoney()
    ^^^^^^^^^^
  File "f:\学习\python\测试\test2.py", line 6, in AddMoney
    Money=Money+1
          ^^^^^
UnboundLocalError: cannot access local variable 'Money' where it is not associated with a value
PS F:\学习\python\测试> 
因为money在这里是局部变量没有定义
money到底是什么呢？当你读到这行代码时，完全不知道money是什么，money是整数呢？还是字符串呢？换用更专业的术语，也就是说，变量money没有被定义。
当去掉注释后可以当做全局变量不会报错，也可以在函数里写money=0，但是外面打印出来的结果还是2000，因为局部变量不能被外面的引用

'''

四、Python标准库与第三方模块

1. Python标准库

Python自带一系列丰富的标准库模块，涵盖了网络通信、文件操作、数据处理、算法实现、系统接口等诸多领域。如os、sys、datetime、json、requests等，这些都是Python编程的强大工具箱，极大地提高了开发效率。

2. 第三方模块

除了标准库外，Python生态还拥有庞大的第三方模块库，如numpy、pandas用于数据分析，tensorflow、pytorch用于深度学习，flask、django用于Web开发等。这些模块可通过pip包管理器轻松安装，极大地扩展了Python的应用范围。

3.name

一个模块被另一个程序第一次引入时，其主程序将运行。如果我们想在模块被引入时，模块中的某一程序块不执行，我们可以用 name 属性来使该程序块仅在该模块自身运行时执行。

python 复制代码

#下面代码是test2.py下的代码
if __name__ == '__main__':
    print('程序自身在运行')
else:
    print('我被其他模块导入了，执行了else代码块')

#在test2.py里执行会输出：程序自身在运行

#下面是test.py里的代码
import test2 

#执行后会输出：我被其他模块导入了，执行了else代码块

说明：

每个模块都有一个 name 属性，当其值是 'main' 时，表明该模块自身在运行，否则是被引入。
name 与 main 底下是双下划线，是"_ _"去掉中间的空格。

4.dir()函数

会把模块下的函数都列出来

python 复制代码

import sys
print(dir(sys))

#输出如下
['__breakpointhook__', '__displayhook__', '__doc__', '__excepthook__', '__interactivehook__', '__loader__', 
'__name__', '__package__', '__spec__', '__stderr__', '__stdin__', '__stdout__', '__unraisablehook__', '_base_executable', '_clear_type_cache', '_current_exceptions', '_current_frames', '_debugmallocstats', '_enablelegacywindowsfsencoding', '_framework', '_getframe', '_getquickenedcount', '_git', '_home', '_stdlib_dir', '_xoptions', 'addaudithook', 'api_version', 'argv', 'audit', 'base_exec_prefix', 'base_prefix', 'breakpointhook', 'builtin_module_names', 'byteorder', 'call_tracing', 'copyright', 'displayhook', 'dllhandle', 'dont_write_bytecode', 'exc_info', 'excepthook', 'exec_prefix', 'executable', 'exit', 'flags', 'float_info', 'float_repr_style', 'get_asyncgen_hooks', 'get_coroutine_origin_tracking_depth', 'getallocatedblocks', 'getdefaultencoding', 'getfilesystemencodeerrors', 'getfilesystemencoding', 'getprofile', 'getrecursionlimit', 'getrefcount', 'getsizeof', 'getswitchinterval', 'gettrace', 'getwindowsversion', 'hash_info', 'hexversion', 'implementation', 'int_info', 'intern', 'is_finalizing', 'maxsize', 'maxunicode', 'meta_path', 'modules', 'orig_argv', 
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