如果某个项目的文件结构如上，想要在f1.py中导入pkg包的时候，可能会这样写：
from .... import pkg
但是很遗憾，这样会引发ImportError异常。
直接运行f1.py时，异常信息是ImportError: attempted relative import with no known parent package。如果在f2.py中导入f1.py（import d1.d2.d3.f1）再运行f2.py，异常信息是ImportError: attempted relative import beyond top-level package。
下面通过Python字节码和CPython源码（3.10版本）浅析一下Python的相对导入过程，找出这些异常出现的原因，并寻求解决方法。
字节码
在code.py中写入以下代码：
from dis import dis
origin_code = 'from .... import a, b'
code_obj = compile(origin_code, 'non-file', 'exec')
print('consts:', code_obj.co_consts)
print('names:', code_obj.co_names)
dis(code_obj)
运行结果：
consts: (4, ('a', 'b'), None)
names: ('', 'a', 'b')
1 0 LOAD_CONST 0 (4)
2 LOAD_CONST 1 (('a', 'b'))
4 IMPORT_NAME 0
6 IMPORT_FROM 1 (a)
8 STORE_NAME 1 (a)
10 IMPORT_FROM 2 (b)
12 STORE_NAME 2 (b)
14 POP_TOP
16 LOAD_CONST 2 (None)
18 RETURN_VALUE
这段字节码的含义如下：
LOAD_CONST 0：从co_consts里取出下标为0的元素并放入栈顶。这里这个元素是4。LOAD_CONST 1：同上，这里这个元素是元组('a', 'b')，代表后面要import进来两个子包a和b。（注意，就算只import进来一个子包，这个元素依然会是一个元组，只是元组的元素个数为1。）IMPORT_NAME 0：从co_names里取出下标为0的元素并放入栈顶。这里这个元素是空字符串，因为代码中from后面没有指定包名。在执行IMPORT_NAME字节码时，会弹出当前栈顶元素（即元组('a', 'b')），然后把搜索到的包放到栈顶。- 6-14就是搜索子包并把它们和相应的名字绑定在一起，然后从栈顶弹出该包。
- 16-18是没有指定返回值的语句常规返回
None。
关键是IMPORT_NAME的执行过程。下面结合源码分析。
IMPORT_NAME
该字节码的源码如下：
case TARGET(IMPORT_NAME): {
PyObject *name = GETITEM(names, oparg);
PyObject *fromlist = POP();
PyObject *level = TOP();
PyObject *res;
res = import_name(tstate, f, name, fromlist, level);
Py_DECREF(level);
Py_DECREF(fromlist);
SET_TOP(res);
if (res == NULL)
goto error;
DISPATCH();
}
关键语句含义如下：
PyObject *name = GETITEM(names, oparg);：得到要导入的包的名字，其中names就对应于Python层面的co_names，oparg是字节码IMPORT_NAME的操作数，也就是0。对照co_names可知这里是空字符串。PyObject *fromlist = POP();：从栈顶弹出需要导入的子包元组。PyObject *level = TOP();：得到相对路径需要向上寻找的层级。这个例子里是4，由compile函数根据....解析得到。PyObject *res;res = import_name(tstate, f, name, fromlist, level);SET_TOP(res);：得到要导入的包并放到栈顶。
这里又有一个关键问题：import_name()函数的执行过程。
但是这个函数太过复杂，超出了本篇文章索要关注的路径问题，因此只把关注点放在执行过程中调用的resolve_name()函数的执行过程。
直接运行
.py文件不管是导入还是直接运行，都会先被构造成一个module类型的对象，通常的说法就是变成一个模块。module对象包含有__name__、__package__和__spec__等属性。其中__name__就是常见的if __name__ == '__main__'中用到的；__package__表示模块所在的包的名字（包含相对路径），__spec__则记录跟详细的所在包的信息，两者都和相对路径解析有关。
在f1.py中写入以下内容：
import sys
IDENTIFIER = 'RELATIVE_IMPORT_f1'
this = None
# sys.modules是一个字典，保存了所有已导入的模块，当前模块自然是已经导入了
for m in sys.modules.values():
if hasattr(m, 'IDENTIFIER') and getattr(m, 'IDENTIFIER') == IDENTIFIER:
this = m
print('in f1.py:')
print('\tname:', this.__name__)
print('\tpackage:', this.__package__)
print('\tspec:', this.__spec__)
直接运行的结果为：
in f1.py:
name: __main__
package: None
spec: None
可以看到，这里的__name__为'__main__'，__package__和__spec__为None，因为默认__main__模块不包含在任何包中。
因为__package__是None，所以再继续向上一层相对路径解析时，便会引发ImportError: attempted relative import with no known parent packag异常。
导入
在f2.py中写入以下代码：
from d1.d2.d3 import f1
执行f2.py的结果为：
in f1.py:
name: d1.d2.d3.f1
package: d1.d2.d3
spec: ModuleSpec(name='d1.d2.d3.f1', loader=<_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x000002A9C747AE50>, origin='D:\\Projects\\Space\\Test\\relative-import\\d1\\d2\\d3\\f1.py')
可以看到，这时候__package__已经包含了相应的路径信息，所以可以向上层寻找。
但是此时f1.py中如果有from .... import pkg依然会报错。原因在于resolve_name()函数中的这段代码：
for (level_up = 1; level_up < level; level_up += 1) {
last_dot = PyUnicode_FindChar(package, '.', 0, last_dot, -1);
if (last_dot == -2) {
goto error;
}
else if (last_dot == -1) {
_PyErr_SetString(tstate, PyExc_ImportError,
"attempted relative import beyond top-level "
"package");
goto error;
}
}
结合本文的例子，这里的level值为4，也就是循环时执行3次，从右开始寻找__package__中的下一个.号。因为__package__中只有两个.号，所以在第三次循环时便会引发ImportError: attempted relative import beyond top-level package。
解决方法
按照从相对路径导入包的流程来看，f1.py要想导入pkg包，要么把pkg所在的目录加入sys.path；要么在pkg和d1所在的目录的更上一层的模块中导入f1.py，使模块f1的__package__中包含有pkg所在的目录的信息。