Python包和模块Day8

一车小面包2025-07-30 16:36

一、包和模块

在Python中，包和模块是代码组织和管理的重要概念。它们将代码分割成易于维护和复用的结构。

1. 模块

Module，模块

1.1 基本概念

  • 定义：模块是一个Python文件，每个 .py 文件就是一个模块。

  • 作用：用于组织代码，避免代码重复，提高复用性。

  • 使用：通过 import 语句导入模块中的内容。

1.2 快速上手

1.2.1 定义模块

定义一个名为 math_utils.py 的模块：

复制代码 
def add(a, b):
    return a + b
​
def subtract(a, b):
    return a - b
1.2.2 导入模块
  • 语法
复制代码 
import 模块名  [as 模块新名字1]

导入一个模块到当前程序

复制代码 
from 模块名 import 模块属性名 [as 属性新名]

导入一个模块内部的部分属性到当前程序

复制代码 
from 模块名 import *

导入一个模块内部的全部属性到当前程序

复制代码 
import math_utils
​
print(math_utils.add(3, 5))  # 输出: 8
print(math_utils.subtract(10, 4))  # 输出: 6

也可以使用 from ... import 导入特定内容：

复制代码 
from math_utils import add
​
print(add(3, 5))  # 输出: 8
1.2.3 内部属性
复制代码 
__file__  绑定模块的路径
__name__  绑定模块的名称
       如果是主模块（首先启动的模块）则绑定 '__main__'
       如果不是主模块则 绑定 xxx.py 中的 xxx 这个模块名

1.3 模块分类

Python 的模块可以分为系统模块、自定义模块和第三方模块

1.3.1 系统模块

Pytho内置的模块，安装Python时已包含，提供基础功能，比如数学运算、文件操作、网络通信等。

特点

  • 即用即导入 ：直接import即可使用。

  • 性能高效：通常使用 C 语言实现。

1.3.1.1 常见模块
模块 功能 官方文档
math 数学运算 math --- 数学函数 --- Python 3.12.10 文档
os 操作系统接口 os --- 多种操作系统接口 --- Python 3.13.5 文档
os.path 路径相关 os.path --- 常用的路径操作 --- Python 3.13.5 文档
datetime 日期和时间 datetime --- 基本日期和时间类型 --- Python 3.13.5 文档
random 随机数生成 random --- 生成伪随机数 --- Python 3.13.5 文档
time 时间 time --- 时间的访问和转换 --- Python 3.13.5 文档
1.3.1.2 方法示例

random模块：

复制代码 
import random
random.randint(1, 6)  # random.randint(a,b) 生产 a~b的随机整数
random.randint(1, 6)
random.random()   # random.random  生成包含0 但不包含1 的浮点数
random.choice("ABCD")    # 从一个序列中，随机返回一个元素
random.choice("ABCD")
L = [1, 2, 3, 6, 9]
random.choice(L)
random.shuffle(L)   # random.shuffer(x)  # 把列表X 打乱
print(L)
​

随机生成密码：

复制代码 
import random
import time
​
​
## 生成 n 位的数字密码
def get_random_password(n):
    r_str = ''
    for _ in range(n):
        r_str += str(random.randint(0, 9))
    return r_str
​
​
## 生成 n 位的数字和字母组成的密码
charactors = '0123456789abcdefghijklmnopqrstwuxyz'
​
​
def get_random_password2(n):
    r_str = ''
    for _ in range(n):
        r_str += random.choice(charactors)
    return r_str
​
​
print(get_random_password(6))
print(get_random_password(6))
​
time.sleep(2)
​
print(get_random_password2(10))

time模块：

复制代码 
import time
​
time.time()  # 返回当前时间的时间戳
time.ctime()  #返回当前的UTC 时间的字符串
t1 = time.localtime()  # 返回当前的本地时间元组
time.sleep(3)  # 让程序睡眠 n 秒
time.strftime("%Y-%m-%d", t1)  # 格式化时间
time.strftime("%y-%m-%d", t1)
time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S', t1)

os模块：

复制代码 
# 1. os.getcwd(): 获取当前工作目录
import os
current_directory = os.getcwd()
print("当前工作目录:", current_directory)
​
# 2. os.chdir(path): 改变当前工作目录
new_directory = "F:\\01.AI07.深度学习框架\\00.上课课件"
os.chdir(new_directory)
print("工作目录已更改为:", os.getcwd())
​
# 3. os.listdir(path='.'): 返回指定目录下的所有文件和目录列表
directory_path = "."
files_and_dirs = os.listdir(directory_path)
print("指定目录下的文件和目录列表:", files_and_dirs)
​
# 4. os.mkdir(path): 创建目录
new_directory = "new_folder"
os.mkdir(new_directory)
print(f"目录 '{new_directory}' 已创建")
​
# 5. os.rmdir(path): 删除目录
directory_to_remove = "new_folder"
os.rmdir(directory_to_remove)
print(f"目录 '{directory_to_remove}' 已删除")
​
# 6. os.remove(path): 删除文件
file_to_remove = "example.txt"
os.remove(file_to_remove)
print(f"文件 '{file_to_remove}' 已删除")
1.3.2 第三方模块

由社区或公司开发，通过包管理工具（如pip ）安装，用于实现更高级或更具体的功能，如数据科学、图像处理、网络爬虫等。

1.3.2.1 常见模块

那这可就太多了~这里随便举的例子

模块 功能 示例
numpy 数值计算 科学运算、矩阵操作
pandas 数据分析 数据清洗与处理
matplotlib 数据可视化 绘制图表
requests HTTP请求处理 爬取网页内容，调用API
flask Web应用框架 快速搭建Web服务
1.3.2.2 使用示例

  1. 安装模块：

    复制代码 
    pip install numpy pandas requests

  2. 使用：

    复制代码 
    # numpy 模块
import numpy as np
array = np.array([1, 2, 3])
print(array.mean())  # 输出: 平均值 2.0
​
# pandas 模块
import pandas as pd
df = pd.DataFrame({"Name": ["Alice", "Bob"], "Age": [25, 30]})
print(df)
​
# requests 模块
import requests
response = requests.get("https://jsonplaceholder.typicode.com/posts/1")
print(response.json())
1.3.3 自定义模块

  • 用户自己编写的模块，用于复用代码。

  • 文件名以 .py 结尾，存放自定义的函数、类等。

1.3.3.1 创建模块

创建一个utils.py文件：

复制代码 
# utils.py
def add(a, b):
    return a + b
​
def greet(name):
    return f"Hello, {name}!"
1.3.3.2 使用模块

创建一个main.py文件，并导入自定义模块：

复制代码 
# main.py
import utils
​
print(utils.add(3, 5))  # 输出: 8
print(utils.greet("Alice"))  # 输出: Hello, Alice!
1.3.3.3 跨文件夹使用

假设目录结构如下：

复制代码 
project/
    utils/
        __init__.py
        math_utils.py
    main.py

在main.py中：

复制代码 
from utils.math_utils import add
​
print(add(3, 5))  # 输出: 8
1.3.4 总结对比
分类 获取方式 使用场景 示例
系统模块 随Python自带 常用功能，性能高效 math, os, random
第三方模块 pip 安装 高级功能，特定领域 numpy, requests
自定义模块 自己编写 项目特定需求，灵活控制 utils.py

2. 包

Package

2.1 基本概念

  • 定义：

    • 包是包含多个模块的目录。

    • 包的本质是一个包含 __init__.py 文件的文件夹。

    • 文件 __init__.py 可为空，也可以包含初始化代码。

  • 作用：用于组织模块的集合，形成层次化的结构，便于管理大型项目。

  • 结构：

    复制代码 
    my_package/
    __init__.py
    module1.py
    module2.py
    subpackage/
        __init__.py
        module3.py

2.2 导入包和子包

  • 使用import关键字可以导入包和子包，以访问其中的模块和内容。
复制代码 
    # 同模块的导入规则
    import 包名 [as 包别名]
    import  包名.模块名 [as 模块新名]
    import  包名.子包名.模块名 [as 模块新名]
    
    from 包名 import 模块名 [as 模块新名]
    from 包名.子包名 import 模块名 [as 模块新名]
    from 包名.子包名.模块名 import 属性名 [as 属性新名]
    
    # 导入包内的所有子包和模块
    from 包名 import *
    from 包名.模块名 import *

参考案例：

复制代码 
# 导入包中的模块
import matplotlib.pyplot as plt
​
# 导入子包中的模块
from sklearn.linear_model import LinearRegression

2.4 __init__.py文件

__init__.py 的作用

  1. 标识包：

    • __init__.py 文件的存在标志着该目录是一个 Python 包。

    • 如果没有 __init__.py 文件，Python 会将目录视为普通目录，无法通过包的方式导入其中的模块。

  2. 初始化包：

    • 当包或包中的模块被导入时，__init__.py 文件中的代码会自动执行。

    • 可以在这里编写包的初始化逻辑，例如设置包级别的变量、导入子模块或执行其他初始化操作。

  3. 定义包的接口：

    • 可以在 __init__.py 中定义 __all__ 变量，明确指定通过 from package import * 导入时哪些模块或对象是公开的。

    • 也可以在 __init__.py 中导入包内的模块或子包，简化用户的导入方式。

  4. 命名空间管理：

    • __init__.py 文件可以帮助管理包的命名空间，确保包内的模块和子包能够正确导入和使用。

__all__ 的作用

  1. 控制 from module import \* 的行为：

    • 默认情况下，from module import * 会导入模块中所有不以 _ 开头的对象。

    • 如果定义了 __all__，则只有 __all__ 中列出的对象会被导入。

  2. 明确公开接口：

    • 通过 __all__，开发者可以明确告诉用户哪些对象是模块或包的公开接口，哪些是内部实现细节。

    • 这是一种良好的编程实践，有助于提高代码的可维护性和可读性。

  3. 防止意外导入：

    • 如果没有 __all__，from module import * 可能会导入一些不希望暴露的内部对象。

    • 通过 __all__，可以避免这种情况。

示例1 ：在 __init__.py 中定义变量

可以在 __init__.py 中定义包级别的变量

复制代码 
version = "1.0.0"

在其它模块使用时：

复制代码 
import my_package
print(my_package.version)  # 输出: 1.0.0

示例2 ：在 __init__.py 中导入模块

可以在 __init__.py 中导入包内的模块，简化用户的导入方式

复制代码 
# __init__.py
from .module1 import func1
from .module2 import func2

在其它模块使用时：

复制代码 
from my_package import func1, func2
func1()
func2()

示例3：使用 __all__ 定义公开接口

可以在 __init__.py 中定义 __all__，明确指定通过 from package import * 导入时哪些对象是公开的

复制代码 
# __init__.py
__all__ = ["func1", "func2"]
​
from .module1 import func1
from .module2 import func2

使用时：

复制代码 
from my_package import *
func1()
func2()

3. 模块与包的区别

模块 包
一个Python文件 一个包含__init__.py的文件夹
提供基本功能单元 用于组织多个模块
文件名为.py 目录名

二、Python文件操作

文件操作是Python中常见的任务之一，用于创建、读取、写入和管理文件。以下是一些常见的文件操作任务的思路、总结和示例代码：

1. 打开文件

要执行文件操作，首先需要打开文件。使用open()函数可以打开文件，指定文件名以及打开模式（读取、写入、追加等）。

2. 读取文件

一旦文件被打开，可以使用不同的方法来读取文件内容。

复制代码 
# 打开一个文本文件以读取内容
file = open("example.txt", "r")
# 读取整个文件内容
content = file.read()
​
# 逐行读取文件内容
for line in file:  #直接遍历文件对象，每次读取一行。这种方式更内存友好，因为不需要将所有行读入内存。
    print(line)
复制代码 
with open('example.txt', 'r') as file:
    lines = file.readlines() # 读取文件的所有行，并将其作为一个列表返回。
    for line in lines:
        print(line, end='') 代码和file = open("example.txt", "r")for line in file:
    print(line) 代码的区别

3. 写入文件

要写入文件，需要打开文件以写入模式（'w'），然后使用write()方法。

复制代码 
# 打开文件以写入内容
file = open("example.txt", "w")
​
# 写入内容
file.write("这是一个示例文本。")

4. 关闭文件

完成文件操作后，应该关闭文件，以释放资源和确保文件的完整性。

复制代码 
file.close()

5. 使用with

更安全的方法是使用with语句，它会自动关闭文件。

复制代码 
with open("example.txt", "r") as file:
    content = file.read()
    # 文件自动关闭

6. 检查是否存在

可以使用os.path.exists()来检查文件是否存在。

复制代码 
import os
if os.path.exists("example.txt"):
    print("文件存在")

三、正则表达式

正则表达式是一个特殊的字符序列，它能帮助你方便的检查一个字符串是否与某种模式匹配。re模块使Python拥有正则表达式功能。

1. 字符匹配

正则表达式在网络爬虫、数据分析中有着广泛使用，掌握正则表达式能够达到事半功倍的效果。

1.1 方法和功能

方法 功能
match() 判断一个正则表达式是否从开始处匹配一个字符串
search() 遍历字符串，找到正则表达式匹配的第一个位置，返回匹配对象
findall() 遍历字符串，找到正则表达式匹配的所有位置，并以列表的形式返回。如果给出的正则表达式中包含子组，就会把子组的内容单独返回，如果有多个子组就会以元组的形式返回。
finditer() 遍历字符串，找到正则表达式匹配的所有位置，并以迭代器的形式返回
  • hqyj匹配文本中的hqyj
复制代码 
import re
text="hqyj牛皮6666,hqyj有个老师也牛皮666"
data=re.findall("hqyj",text)
print(data)#['hqyj', 'hqyj']
  • [hqyj]匹配h或者q或者y或者j字符
复制代码 
import re
text="hqyj牛皮6666,hqyj有个老师也牛皮666"
data=re.findall("[hqyj]",text)
print(data)#['h', 'q', 'y', 'j', 'h', 'q', 'y', 'j']
复制代码 
import re
text="hqyj牛皮6666,hqyj有个老师也牛皮666"
data=re.findall("[hqyj]牛",text)
print(data)#['j牛']
  • [^hqyj]匹配除了hqyj以外的其他字符
复制代码 
import re
text="hqyj牛皮6666,hqyj有个老师也牛皮666"
data=re.findall("[^hqyj]",text)
print(data)#['牛', '皮', '6', '6', '6', '6', ',', '有', '个', '老', '师', '也', '牛', '皮', '6', '6', '6']
​
  • [a-z]匹配a~z的任意字符([0-9]也可以)
复制代码 
import re
​
text = "hqyj牛皮6666,hqyj有个老师abchqyj也牛皮666"
data = re.findall("[a-z]hqyj", text)
print(data)  # ['chqyj']
  • .匹配除了换行符以外的任意字符
复制代码 
import re
text="hqyj牛皮6666,hqyj有个老师abchqyj也牛皮666"
data=re.findall(".hqyj",text)
print(data)#[',hqyj', 'chqyj']
复制代码 
import re
text="hqyj牛皮6666,hqyj有个老师abchqyj也牛皮666"
data=re.findall(".+hqyj",text) #贪婪匹配(匹配最长的)
print(data)#['hqyj牛皮6666,hqyj有个老师abchqyj']
复制代码 
import re
text="hqyj牛皮6666,hqyj有个老师abchqyj也牛皮666"
data=re.findall(".?hqyj",text)
print(data)#['hqyj', ',hqyj', 'chqyj']

1.2 特殊字符

特殊字符 含义
\d 匹配任何十进制数字；相当于类 [0-9]
\D 与 \d 相反，匹配任何非十进制数字的字符；相当于类 0-9
\s 匹配任何空白字符（包含空格、换行符、制表符等）；相当于类 [ \t\n\r\f\v]
\S 与 \s 相反，匹配任何非空白字符；相当于类 \t\n\r\f\v
\w 匹配任意一个文字字符，包括大小写字母、数字、下划线，等价于表达式[a-zA-Z0-9_]
\W 于 \w 相反 (注：re.ASCII 标志使得 \w 只能匹配 ASCII 字符)
\b 匹配单词的开始或结束
\B 与 \b 相反
  • \w 匹配字母数字下划线(汉字)
复制代码 
import re
​
text = "华清_远见abc 华清hqyj远见 华清牛皮远见"
data = re.findall(r"华清\w+远见", text)
print(data)  # ['华清_远见', '华清hqyj远见', '华清牛皮远见']
  • \d匹配数字
复制代码 
import re
​
text = "hqyj66d6 a1h43d3fd43s43d4 "
data = re.findall(r"d\d", text)  # 只匹配一个数字
print(data)  # ['d6', 'd3', 'd4', 'd4']
复制代码 
import re
​
text = "hqyj66d6 a1h43d3fd43s43d4 "
data = re.findall(r"d\d+", text)
print(data)  # ['d6', 'd3', 'd43', 'd4']
  • \s匹配任意空白符 包括空格,制表符等等
复制代码 
import re
​
text = "hqyj666  jack karen 666"
data = re.findall(r"\sj\w+\s", text)
print(data)  # [' jack ']

2. 数量控制

控制匹配规则的重复次数~

2.1 *重复0次或多次

复制代码 
import re
text="华清远见 华清666远见"
data=re.findall("华清6*远见",text)
print(data)#['华清远见', '华清666远见']

2.2 +重复1次或多次

复制代码 
import re
text="华清远见 华清666远见 华清6远见"
data=re.findall("华清6+远见",text)
print(data)#['华清666远见', '华清6远见']

2.3 ?重复1次或0次

复制代码 
import re
text="华清远见 华清666远见 华清6远见"
data=re.findall("华清6?远见",text)
print(data)#['华清远见', '华清6远见']

2.4 {n}重复n次

复制代码 
import re
text="华清远见 华清666远见 华清6远见"
data=re.findall("华清6{3}远见",text)
print(data)#['华清666远见']

2.5 {n,}重复n次或多次

复制代码 
import re
text="华清远见 华清666远见 华清6远见 华清66远见"
data=re.findall("华清6{2,}远见",text)
print(data)#['华清666远见', '华清66远见']

2.6 {n,m}重复n到m次

复制代码 
import re
text="华清远见 华清666远见 华清6远见 华清66远见"
data=re.findall("华清6{0,2}远见",text)
print(data)#['华清远见', '华清6远见', '华清66远见']

3. 分组

  • ()提取兴趣区域
复制代码 
import re
​
text = "谢帝谢帝,我要迪士尼,我的电话号码18282832341,qq号码1817696843"
data = re.findall(r"号码(\d{10,})", text)
print(data)  # ['18282832341', '1817696843']
复制代码 
import re
​
text = "谢帝谢帝,我要迪士尼,我的电话号码18282832341,qq号码1817696843"
data = re.findall(r"(\w{2}号码(\d{10,}))", text)
print(data)  # ['18282832341', '1817696843']
  • (|)提取兴趣区域(| = or)
复制代码 
import re
​
text = "第一名张三 第一名物理149分 第一名数学150分 第一名英语148分 第一名总分740分"
data = re.findall(r"第一名(\w{2,}|\w{2,}\d{2,}分)", text)
print(data)  # ['张三', '物理149分', '数学150分', '英语148分', '总分740分']

4. 开始和结束

  • ^开始
复制代码 
import re
text = "hqyj66abc hqyj123"
data = re.findall(r"^hqyj\d+", text)
print(data)  # ['hqyj66']
  • $结尾
复制代码 
import re
text = "hqyj66abc hqyj123"
data = re.findall(r"hqyj\d+$", text)
print(data)  # ['hqyj123']

5. 特殊字符

由于正则表达式中* . \ {} () 等等符号具有特殊含义,如果你指定的字符正好就是这些符号,需要用\进行转义

复制代码 
import re
text = "数学中集合的写法是{2}"
data = re.findall(r"\{2\}", text)
print(data)  # ['{2}']

6. 常用方法

6.1 re.findall

获取匹配到的所有数据

复制代码 
import re
text="hqyj66d6 a1h43d3fd43s43d4 "
data=re.findall("d\d+",text)
print(data)#['d6', 'd3', 'd43', 'd4']

6.2 re.match

从字符串的起始位置匹配，成功返回一个对象否则返回none。

匹配成功返回对象,对象的方法:

方法 功能
group() 返回匹配的字符串
start() 返回匹配的开始位置
end() 返回匹配的结束位置
span() 返回一个元组表示匹配位置（开始，结束）
复制代码 
import re
​
# 在起始位置匹配，并返回一个包含匹配 (开始,结束) 的位置的元组
print(re.match('www', "www.python.com").span())     # (0, 3)
print(re.match('www', "www.python.com").start())    # 0
print(re.match('www', "www.python.com").end())      # 3
# 不在起始位置匹配
print(re.match('com', "www.python.com"))            # None

6.3 re.search

扫描整个字符串并返回第一个成功匹配的字符串。成功返回一个对象否则返回none

复制代码 
import re
​
# 在起始位置匹配
print(re.search('www', 'www.hqyj.com').span())  # (0, 3)
# 不在起始位置匹配
print(re.search('com', 'www.hqyj.com').span())  # (9, 12)

6.4 re.sub

替换匹配成功的字符

类似与字符串的replace函数

复制代码 
import re
​
text = "以前华清远见在四川大学旁边,现在华清远见在西南交大旁边"
data = re.sub("华清远见", "北京华清远见科技集团成都中心", text)
print(data)  # 以前北京华清远见科技集团成都中心在四川大学旁边,现在北京华清远见科技集团成都中心在西南交大旁边

6.5 re.split

根据匹配成功的位置对字符串进行分割

复制代码 
import re
​
text = "python is   very easy"
data = re.split(r"\s{1,}", text)
print(data)  # ['python', 'is', 'very', 'easy']

dd6.6 re.finditer

类似findall 但是不会全部返回出来 而是返回迭代器(比如匹配成功了10万个 全部返回就很吃内存了)

复制代码 
import re
​
text = "python is   very easy"
data = re.findall(r"\w+", text)
print(data)  # ['python', 'is', 'very', 'easy']
复制代码 
import re
​
text = "python is   very easy"
data = re.finditer(r"\w+", text)
print(data)
for el in data:
    print(el.group())
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