Python模块篇（五）

模块

• • 模块与包
  • • 模块的导入与使用
    • 标准库的常用模块
    • 第三方库的安装与使用（如：pip工具）

模块与包

模块是一个包含 Python 代码的文件，通常以 .py 作为扩展名。一个模块可以包含函数、类、变量，以及可执行的代码段。模块的作用是将代码分割成逻辑上独立的部分，以便更好地组织和复用

包是一个包含多个模块的目录。包通过在目录中包含一个特殊的 init .py 文件来区分普通目录和包目录。init.py 文件可以是空的，也可以包含包的初始化代码

模块的导入与使用

在 Python 中，导入和使用模块可以通过几种不同的方式来实现

• 使用 import 语句导入整个模块
  这种方式导入整个模块，然后通过模块名访问其中的函数、类或变量

# math_operations.py
def add(a, b):
    return a + b

def subtract(a, b):
    return a - b

导入并使用模块

import math_operations

result = math_operations.add(5, 3)
print(result)  # 输出：8

result = math_operations.subtract(5, 3)
print(result)  # 输出：2

• 使用 from ... import ... 导入模块中的指定部分
  这种方式可以只导入模块中的某个函数、类或变量，直接使用而不需要前缀模块名

from math_operations import add, subtract

result = add(5, 3)
print(result)  # 输出：8

result = subtract(5, 3)
print(result)  # 输出：2

• 使用 as 关键字给模块或函数起别名
  如果模块名或函数名较长，可以使用 as 关键字起一个别名，以简化后续的调用

import math_operations as mo

result = mo.add(5, 3)
print(result)  # 输出：8

from math_operations import subtract as sub

result = sub(5, 3)
print(result)  # 输出：2

• 导入包中的模块
  当模块位于包中时，可以使用点号 (.) 来导入包中的模块

math_utils/
    __init__.py
    basic_operations.py
    advanced_operations.py

可以导入并使用 basic_operations.py 中的函数

from math_utils.basic_operations import add

result = add(5, 3)
print(result)  # 输出：8

标准库的常用模块

Python 的标准库中包含了大量预先编写好的模块，可以直接导入并使用，极大地方便了开发。以下是一些常用的标准库模块及其功能简介

• os 模块
  os 模块提供了与操作系统交互的功能，比如文件和目录操作、环境变量、进程管理等。

常用功能：

• os.listdir(path)：列出指定目录下的文件和子目录。
• os.mkdir(path)：创建目录。
• os.remove(path)：删除文件。
• os.rename(src, dst)：重命名文件或目录。
• os.getenv(key)：获取环境变量的值。

import os

current_dir = os.getcwd()  # 获取当前工作目录
print(current_dir)

files = os.listdir('.')  # 列出当前目录下的文件和目录
print(files)

• sys 模块
  sys 模块提供了与 Python 解释器相关的功能和变量，可以访问命令行参数、控制 Python 运行环境等。

常用功能：

• sys.argv：获取命令行参数列表。
• sys.exit([status])：退出程序，status 是退出状态码。
• sys.path：获取模块的搜索路径

import sys

print(sys.argv)  # 输出命令行参数列表
sys.exit(0)  # 正常退出程序

• datetime 模块
  datetime 模块用于处理日期和时间，可以创建、操作日期和时间对象。

常用功能：

• datetime.datetime.now()：获取当前日期和时间。
• datetime.date(year, month, day)：创建一个日期对象。
• datetime.timedelta(days=, seconds=, ...)：表示时间间隔，用于时间的加减运算。

from datetime import datetime, timedelta

now = datetime.now()
print(now)

yesterday = now - timedelta(days=1)
print(yesterday)

• math 模块
  math 模块提供了数学函数和常数，如三角函数、对数、平方根等。

常用功能：

• math.sqrt(x)：计算平方根。
• math.sin(x)、math.cos(x)：计算三角函数。
• math.log(x, base)：计算对数。

import math

print(math.sqrt(16))  # 输出：4.0
print(math.sin(math.pi / 2))  # 输出：1.0

• random 模块
  random 模块用于生成随机数，可以用于随机选择、打乱顺序等。

常用功能：

• random.random()：生成 0 到 1 之间的随机浮点数。
• random.randint(a, b)：生成 [a, b] 之间的随机整数。
• random.choice(seq)：从序列中随机选择一个元素。
• random.shuffle(seq)：随机打乱序列。

import random

print(random.random())  # 输出一个随机浮点数
print(random.randint(1, 10))  # 输出 1 到 10 之间的随机整数

• re 模块
  re 模块用于正则表达式操作，可以进行复杂的字符串匹配、查找、替换等。

常用功能：

• rre.match(pattern, string)：从字符串开头进行正则匹配。
• rre.search(pattern, string)：在字符串中搜索符合正则的内容。
• rre.findall(pattern, string)：查找所有匹配的内容。

import re

pattern = r'\d+'  # 匹配一个或多个数字
text = "There are 123 apples and 456 oranges."

matches = re.findall(pattern, text)
print(matches)  # 输出：['123', '456']

• json 模块
  json 模块用于处理 JSON 数据，可以将 Python 对象与 JSON 数据进行相互转换。

常用功能：

• json.dumps(obj)：将 Python 对象转换为 JSON 字符串。
• json.loads(json_str)：将 JSON 字符串转换为 Python 对象。
• json.dump(obj, file)：将 Python 对象以 JSON 格式保存到文件中。
• json.load(file)：从文件中读取 JSON 数据并转换为 Python 对象。

import json

data = {'name': 'Alice', 'age': 25}
json_str = json.dumps(data)
print(json_str)  # 输出：{"name": "Alice", "age": 25}

data_from_json = json.loads(json_str)
print(data_from_json)  # 输出：{'name': 'Alice', 'age': 25}

第三方库的安装与使用（如：pip工具）

在 Python 中，第三方库 是由社区或开发者提供的额外功能包，可以通过包管理工具 pip 来安装和管理。这些库可以极大地扩展 Python 的功能

pip 工具简介

• pip 是 Python 官方推荐的包管理工具，用于安装、升级和卸载 Python 包。使用 pip，你可以从 * Python 包索引（PyPI）中下载和安装各种第三方库。

现在基本使用pip3，pip 和 pip3 都是用于安装和管理Python包的工具，但它们的区别主要在于它们所对应的Python版本：

pip: 通常与 Python 2.x 版本绑定。当你使用 pip 命令时，它会默认安装和管理 Python 2.x 版本的包。

pip3: 专门用于 Python 3.x 版本。当你使用 pip3 命令时，它会默认安装和管理 Python 3.x 版本的包。

• 安装第三方库
  要安装一个第三方库，比如requests（一个流行的HTTP库）

pip3 install requests

在联网环境中下载库，不安装

pip3 download requests -d /path/to/save

离线安装库

pip3 install --no-index --find-links=/path/to/save requests

升级第三方库

pip3 install --upgrade requests

卸载第三方库

pip3 uninstall requests

查看已安装的库

pip3 list

查看库的详细信息

pip3 show requests

• 使用requirements文件安装库
  在实际项目中，通常会使用一个requirements.txt文件来列出项目所需的所有库及其版本

pip3 install -r requirements.txt

生成requirements文件

pip3 freeze > requirements.txt