2023學(xué)年完整公開課版模塊和包

第5章模塊和包標(biāo)題42目錄1.為什么使用模塊2.模塊的創(chuàng)建與使用3概述概述本章要解決的問題如下：什么是模塊為什么使用模塊如何使用模塊包以及實(shí)例41.為什么使用模塊1.1為什么使用模塊首先，提高了代碼的可維護(hù)其次，提高了代碼的可重用性最后，避免了函數(shù)名和變量名沖突51.為什么使用模塊1.2模塊角色從抽象的視角來看，模塊至少有三個(gè)角色

代碼的重用

系統(tǒng)命名空間的劃分

服務(wù)和數(shù)據(jù)的共享6目錄1.為什么使用模塊2.模塊的創(chuàng)建與使用3.包導(dǎo)入實(shí)例72.模塊的創(chuàng)建與使用2.1

Python程序架構(gòu)1．Python程序架構(gòu)實(shí)例圖82.模塊的創(chuàng)建與使用假設(shè)上圖中的文件b.py定義了一個(gè)名為spam的函數(shù)，如下所示：defspam(text):print(text,'spam') 現(xiàn)在，假設(shè)a.py想要使用spam，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，a.py中包含如下Python語句：importbb.spam('gumby')92.模塊的創(chuàng)建與使用2.1

Python程序架構(gòu)2．模塊程序和模塊：Python中，程序是作為一個(gè)主體的、頂層的文件來構(gòu)造的，配合零個(gè)或多個(gè)支持文件，這些支持文件都可以稱作模塊。頂層文件：包含了程序的主要的控制流程，即需要運(yùn)行來啟動(dòng)應(yīng)用的文件。102.1

Python程序架構(gòu)2．模塊模塊文件：可看作是工具的倉庫，這些倉庫是用來收集頂層文件（或其他可能的地方）使用的組件。頂層文件與模塊文件：頂層文件使用了在模塊文件中定義的工具，這些模塊文件也使用了其他模塊所定義的工具。2.模塊的創(chuàng)建與使用112.模塊的創(chuàng)建與使用2.1

Python程序架構(gòu)模塊的執(zhí)行環(huán)境：模塊包含變量、函數(shù)、類以及其他的模塊（如果導(dǎo)入的話），而函數(shù)也有自己的本地變量。右圖描述了模塊內(nèi)的情況以及與其他模塊的交互。模塊構(gòu)成及工作原理圖122.模塊的創(chuàng)建與使用2.1

Python程序架構(gòu)模塊間的關(guān)系：模塊可以被導(dǎo)入，但模塊也會(huì)導(dǎo)入和使用其他模塊，這些模塊可以用Python或其他語言寫成。132.模塊的創(chuàng)建與使用2.1

Python程序架構(gòu)3．模塊導(dǎo)入定義：一個(gè)文件可通過加載一個(gè)模塊（文件），從而讀取這個(gè)模塊（文件）的內(nèi)容，即導(dǎo)入。（1）模塊導(dǎo)入的三種方式importXfromXimport*fromXimporta,b,c142.1

Python程序架構(gòu)3．模塊導(dǎo)入（2）導(dǎo)入模塊時(shí)，Python都做了哪些事情？152.模塊的創(chuàng)建與使用2.1

Python程序架構(gòu)3．模塊導(dǎo)入（3）導(dǎo)入模塊時(shí)的路徑搜索順序。①程序的主目錄：即程序（頂層）文件所在的目錄，而非啟動(dòng)程序所在的目錄（當(dāng)前工作目錄。②環(huán)境變量（PYTHONPATH）目錄。③標(biāo)準(zhǔn)鏈接庫目錄。④任何.pth文件的內(nèi)容（如果存在的話），在安裝目錄下找到該文件，以行的形式加入所需要的目錄即可。162.模塊的創(chuàng)建與使用2.2模塊搜索路徑172.模塊的創(chuàng)建與使用2.2模塊搜索路徑1．模塊搜索路徑sys.path的初始值來自于以下地方。包含腳本的當(dāng)前路徑。PYTHONPATH。默認(rèn)安裝路徑。編譯過的Python文件（.pyc文件）。built-in模塊。182.模塊的創(chuàng)建與使用2.2模塊搜索路徑2．配置搜索路徑方法一：添加環(huán)境變量PYTHONPATH。python會(huì)添加此路徑下的模塊，在.bashrc文件（這個(gè)文件主要保存一些個(gè)性化設(shè)置，如命令別名，路徑等）中添加如下類似行。exportPYTHONPATH=$PYTHONPATH:/usr/local/lib/python3.0/site-packages192.模塊的創(chuàng)建與使用2.2模塊搜索路徑方法二：在包內(nèi)添加。在site-packages添加一個(gè)路徑文件，如mypkpath.pth，必須以.pth為后綴，寫上你要加入的模塊文件所在的目錄名稱。①windowsc:\python3.0\site-packages②linux(ubuntu)/usr/local/lib/python3.0/dist-packages③linux(redhat)/usr/lib/python3.0/site-packages202.模塊的創(chuàng)建與使用2.2模塊搜索路徑方法三：函數(shù)添加。sys.path.append()函數(shù)添加搜索路徑，參數(shù)值即為要添加的路徑。①importsys②查看sys.path③添加sys.path.append("c:\\")212.模塊的創(chuàng)建與使用2.3模塊導(dǎo)入語句1．import語句import導(dǎo)入為絕對(duì)導(dǎo)入。import只能導(dǎo)入模塊，不能導(dǎo)入模塊中的對(duì)象（類、函數(shù)、變量等）222.模塊的創(chuàng)建與使用2.3模塊導(dǎo)入語句2．嵌套import（1）順序嵌套例如：本模塊導(dǎo)入A模塊（importA），A中又importB，B模塊還可以import其他模塊。232.模塊的創(chuàng)建與使用2.3模塊導(dǎo)入語句2．嵌套import（2）循環(huán)嵌套，程序如下：#A.pyfromBimportDclassC:pass文件[B.py]fromAimportCclassD:pass為什么執(zhí)行A的時(shí)候不能加載D呢？242.模塊的創(chuàng)建與使用2.3模塊導(dǎo)入語句如果將A.py改為：importB就可以了。這是怎么回事呢？這跟Python內(nèi)部import的機(jī)制是有關(guān)的，具體到fromBimportD，Python內(nèi)部會(huì)分成以下幾個(gè)步驟（具體如右圖所示）。252.模塊的創(chuàng)建與使用2.3模塊導(dǎo)入語句這個(gè)例子的執(zhí)行順序如下（具體如右圖所示）。262.模塊的創(chuàng)建與使用2.3模塊導(dǎo)入語句3．from語句因?yàn)閒rom會(huì)把變量名復(fù)制到另外一個(gè)作用域，所以它就可以直接在腳本中使用復(fù)制后的變量名，而不需要通過模塊（例如printer）。>>>frommodule1importprinter#復(fù)制一個(gè)變量>>>printer('Helloworld!')272.模塊的創(chuàng)建與使用2.3模塊導(dǎo)入語句4．from*語句當(dāng)使用from*時(shí)，會(huì)取得模塊頂層所有賦了值的變量名。在腳本中就可以直接使用得到的變量名printer，而不需要通過模塊名。>>>frommodule1import*#復(fù)制所有變量>>>print('Helloworld!')Helloworld!282.模塊的創(chuàng)建與使用2.3模塊導(dǎo)入語句5．導(dǎo)入只發(fā)生一次模塊會(huì)在第一次import或from時(shí)載入并執(zhí)行，并且只在第一次如此。292.模塊的創(chuàng)建與使用2.3模塊導(dǎo)入語句6．import和from是賦值語句（1）from將一個(gè)或多個(gè)變量名賦值給另一個(gè)模塊中同名的對(duì)象，例子如下：x=1y=[1,2]%python>>>fromsmallimportx,y #復(fù)制兩個(gè)變量>>>x=42 #修改x值>>>y[0]=42 #修改共享變量302.模塊的創(chuàng)建與使用2.3模塊導(dǎo)入語句6．import和from是賦值語句（2）文件變量名的改變312.模塊的創(chuàng)建與使用2.3模塊導(dǎo)入語句6．import和from是賦值語句（3）import和from的對(duì)等性像這樣的from語句：frommoduleimportname1,name2#復(fù)制兩個(gè)變量與下面這些語句是等效的：importmodule #獲取模塊對(duì)象name1=1 #賦值name2=2delmodule #刪除模塊名322.模塊的創(chuàng)建與使用2.3模塊導(dǎo)入語句7．from語句潛在的陷阱from語句會(huì)讓變量位置更隱秘和模糊，且從理論上講，from語句有破壞命名空間的“潛質(zhì)”。如果使用from導(dǎo)入變量，而那些變量碰巧和作用域中現(xiàn)有變量同名，變量就會(huì)被悄悄地覆蓋掉。另一方面，和reload調(diào)用同時(shí)使用時(shí)，from語句有比較嚴(yán)重的問題，因?yàn)閷?dǎo)入的變量名可能引用之前版本的對(duì)象。332.模塊的創(chuàng)建與使用2.4模塊命名空間模塊最好理解為變量名的封裝，也就是定義想讓系統(tǒng)其余部分看見變量名的場(chǎng)所。簡而言之，模塊就是命名空間（變量名建立所在的場(chǎng)所），而存在于模塊之內(nèi)的變量名就是模塊對(duì)象的屬性。342.模塊的創(chuàng)建與使用2.4模塊命名空間1．文件生成命名空間模塊語句會(huì)在首次導(dǎo)入時(shí)執(zhí)行頂層的賦值語句會(huì)創(chuàng)建模塊屬性模塊的命名空間能通過屬性__dict__或dir(M)獲取352.模塊的創(chuàng)建與使用2.4模塊命名空間LEGB（用來規(guī)定命名空間查找順序的規(guī)則）含義解釋如下。L-Local(function)：函數(shù)內(nèi)的名字空間。E-Enclosingfunctionlocals：外部嵌套函數(shù)的名字空間（例如closure）。G-Global(module)：函數(shù)定義所在模塊（文件）的名字空間。B-Builtin(Python)：Python內(nèi)置模塊的名字空間。362.模塊的創(chuàng)建與使用2.4模塊命名空間假設(shè)往文本編輯器中建立如下的模塊文件，并將其命名為module2.py。print('startingtoload...')importsysname=42deffunc(): pass #定義一個(gè)空函數(shù)，pass是占位符classklass: pass #定義一個(gè)空類，pass是占位符print('doneloading.')執(zhí)行結(jié)果>>>importmodule2startingtoload...doneloading.372.模塊的創(chuàng)建與使用2.4模塊命名空間但是，一旦模塊加載后，它的作用域就變成模塊對(duì)象（由import取得）的屬性的命名空間，然后可以結(jié)合其模塊名，通過它來獲取命名空間內(nèi)的屬性。>>>module2.sys<module'sys'(built-in)>>>>42>>>module2.func<functionfuncatox026D3BBB>>>>module2.klass<class'module2.klass'>382.模塊的創(chuàng)建與使用2.4模塊命名空間2．屬性名的點(diǎn)號(hào)運(yùn)算點(diǎn)號(hào)運(yùn)算其實(shí)就是表達(dá)式，傳回和對(duì)象相配的屬性名的值，LEGB規(guī)則只適用于無點(diǎn)號(hào)運(yùn)算的純變量名。其規(guī)則如下：簡單變量點(diǎn)號(hào)運(yùn)算通用性。392.模塊的創(chuàng)建與使用2.4模塊命名空間3．導(dǎo)入和作用域無論程序中的導(dǎo)入結(jié)構(gòu)或函數(shù)調(diào)用的結(jié)構(gòu)是什么情況，變量的含義一定是由源代碼中的賦值語句的位置決定的，而屬性總是伴隨著對(duì)對(duì)象的請(qǐng)求。換句話說，導(dǎo)入操作不會(huì)賦予被導(dǎo)入文件中的代碼對(duì)上層代碼的可見度。被導(dǎo)入文件無法看見進(jìn)行導(dǎo)入的文件內(nèi)的變量名。402.模塊的創(chuàng)建與使用2.4模塊命名空間4．命名空間的嵌套雖然模塊導(dǎo)入不會(huì)使命名空間發(fā)生向上的嵌套，但會(huì)發(fā)生向下的嵌套。利用屬性的點(diǎn)號(hào)運(yùn)算路徑，有可能深入到任意嵌套的模塊中并讀取其屬性。412.模塊的創(chuàng)建與使用2.5

reload在python中，每一個(gè)以.py結(jié)尾的Python文件都是一個(gè)模塊，其他的文件可以通過導(dǎo)入一個(gè)模塊來讀取該模塊的內(nèi)容。默認(rèn)情況下，模塊在第一次被導(dǎo)入之后，其他的導(dǎo)入都不再有效。那么想要使得Python在同一次會(huì)話中再次運(yùn)行文件，就需要調(diào)用imp標(biāo)準(zhǔn)庫模塊中的reload函數(shù)。422.模塊的創(chuàng)建與使用2.5

reloadreload與import和from的不同之處如下。reload是Python*的內(nèi)置函數(shù)，而不是語句。傳給reload的是已經(jīng)存在的模塊對(duì)象，而不是變量名。reload在Python3.0中位于模塊之中，并且必須導(dǎo)入自己。432.模塊的創(chuàng)建與使用2.5

reload此外，import語句和reload調(diào)用的語法并不相同，reload需要小括號(hào)，但import不需要。重載如下所示：importmodule #初始導(dǎo)入usemodule.attributes #使用模塊fromimpimportreload#獲取重載函數(shù)reload(module) #重載模塊usemodule.attributes…442.模塊的創(chuàng)建與使用2.5

reload程序重載任何引用該模塊對(duì)象的地方，自動(dòng)會(huì)受到reload的影響，下面是一些細(xì)節(jié)：reload會(huì)在模塊當(dāng)前命名空間內(nèi)執(zhí)行模塊文件的新代碼文件中頂層賦值語句會(huì)使得變量名換成新值重載會(huì)影響所有使用import讀取了模塊的客戶端重載只會(huì)對(duì)以后使用from的客戶端造成影響45目錄1.為什么使用模塊2.模塊的創(chuàng)建與使用3.包導(dǎo)入實(shí)例463.包導(dǎo)入實(shí)例包的組成Python的程序由包（package）、模塊（module）和函數(shù)組成。包是由一系列模塊組成的集合，模塊是處理某一類問題的函數(shù)和類的集合，它們之間的關(guān)系如右圖所示。473.包導(dǎo)入實(shí)例包與模塊的樹形圖

首先定義一個(gè)包parent，在parent包中創(chuàng)建兩個(gè)子包pack和pack2，pack包中定義一個(gè)模塊myModule，pack2包中定義一個(gè)模塊myModule2。最后在包parent中定義一個(gè)模塊main，調(diào)用子包pack和pack2，樹形圖如右圖所示。483.包導(dǎo)入實(shí)例包pack的__int__.py程序如下所示：if_name_=='_main_':print('作為主程序運(yùn)行')else：

print('pack初始化')

這段代碼初始化pack包，直接輸出一段字符串。當(dāng)pack包將其他模塊調(diào)用時(shí)，將輸出“pack初始化”。493.包導(dǎo)入實(shí)例包pack的myModule模塊如下所示：deffunc():print("pack.myModule.func()")if_name_=='_main_':print('作為主程序運(yùn)行')else：

print('pack初始化')當(dāng)pack2包被其他模塊調(diào)用時(shí)，先執(zhí)行__int__.py文件。503.包導(dǎo)入實(shí)例pack2包的__int__.py程序如下所示。if_name_=='_main_':p