【Python模块】

Python模块是一个包含Python定义和语句的文件。

• 模块可以定义函数、类和变量。 模块也可以包含可执行的代码。
• 一个模块就是一个包含Python代码的文件，文件后缀是.py。
• 模块可以被其他程序引入（import），以使用该模块中的函数等功能。这也是使用Python标准库的方法。

一、Python模块的作用

1、代码重用：

模块的主要目的是提供代码重用。将一组相关的函数和类组织到一个模块中，在需要的地方导入并使用这个模块。

2. 组织代码：

通过模块化，将复杂的程序分解为多个更小、更易于管理的部分。有助于提高代码的可读性和可维护性。

3. 扩展Python功能：

Python的强大功能部分归功于其丰富的标准库和大量的第三方库。这些库都是以模块的形式提供的，它们可以扩展Python的基本功能，使其能够处理各种复杂的任务。

二、导入模块的方式

使用import语句来导入一个模块，使得模块中的函数、类和变量可以在你的代码中使用。

1 导入整个模块

import math  
  
# 使用模块中的函数  
print(math.sqrt(16))  # 输出：4.0

2 导入模块并为其指定别名

若模块名较长或者可能与你的代码中的其他部分发生冲突，可为模块指定一个别名。

import math as m  
  
# 使用别名来访问模块中的函数  
print(m.sqrt(16))  # 输出：4.0

3 从模块中导入特定的函数或变量

from math import sqrt  
  
# 直接使用函数  
print(sqrt(16))  # 输出：4.0

4 从模块中导入多个特定的函数或变量

from math import sqrt, pow  
  
# 直接使用这些函数  
print(sqrt(16))  # 输出：4.0  
print(pow(2, 3))  # 输出：8.0

5 导入模块中的所有内容（不推荐）

使用from module import *可以导入模块中的所有内容，但这通常不是一个好的做法，因为它可能导致命名冲突，使得代码难以理解和维护。

from math import *  
  
# 可以直接使用模块中的所有函数和变量，但不建议这样做  
print(sqrt(16))  # 输出：4.0  
print(pi)  # 输出：3.141592653589793

6 导入自定义模块

如果你有一个自定义的Python模块（即一个.py文件），你可以像导入标准库模块一样导入它。只需确保自定义模块的文件名（不包括.py后缀）是有效的Python标识符，并且该文件位于Python可以搜索的路径中。通常，这意味着它应该在你的脚本所在的同一目录下，或者在Python的site-packages目录中。

例如，如果你有一个名为sum1.py的文件，并且它位于你的脚本所在的同一目录中，你可以这样导入它：

#sum1.py模块

def sum1(var1,var2):
    total = var1+var2
    print("输出两数之和:",total)
    return total

在同一目录的另外一个function1.py里进行导入使用：

import sum1
sum1.sum1(2,3) # 输出两数之和: 5

一个模块只会被导入一次，不管你执行了多少次import。这样可以防止导入模块被一遍又一遍地执行。

注意：
Python解释器会按照特定的搜索路径来查找模块。如果你遇到“ModuleNotFoundError”，那么可能是因为模块不在搜索路径中。你可以通过修改sys.path或者将模块移动到合适的位置来解决这个问题。

三、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。

（1）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。

（2）如果要给函数内的全局变量赋值，必须使用 global 语句。global Var 的表达式会告诉 Python， Var 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。

示例：

number = 100
def num():
    # 想改正代码就取消以下注释:
    #global number
    number = number + 1


print(number)
num()
print(number)

运行结果：

UnboundLocalError: cannot access local variable 'number' where it is not associated with a value

全局命名空间定一个了一个全局变量number ，在函数内给number 赋值，python会认为number 是一个局部变量。但我们并没有声明一个局部变量number ，所以会报错：UnboundLocalError。此时只需要在函数内声明：global number。表示number第一个全局变量。
打开 函数内的global number，运行结果：

100
101

四、模块中的函数使用

1、dir()函数

dir() 函数一个排好序的字符串列表，内容是一个模块里定义过的名字。
返回的列表容纳了在一个模块里定义的所有模块，变量和函数。

# 导入内置math模块
import math
content = dir(math)
print(content)

运行结果：

['__doc__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'acos', 'acosh', 
'asin', 'asinh', 'atan', 'atan2', 'atanh', 'cbrt', 'ceil', 'comb', 'copysign', 
'cos', 'cosh', 'degrees', 'dist', 'e', 'erf', 'erfc', 'exp', 'exp2', 'expm1',
 'fabs', 'factorial', 'floor', 'fmod', 'frexp', 'fsum', 'gamma', 'gcd', 'hypot',
  'inf', 'isclose', 'isfinite', 'isinf', 'isnan', 'isqrt', 'lcm', 'ldexp', 
  'lgamma', 'log', 'log10', 'log1p', 'log2', 'modf', 'nan', 'nextafter',
   'perm', 'pi', 'pow', 'prod', 'radians', 'remainder', 'sin', 'sinh',
    'sqrt', 'sumprod', 'tan', 'tanh', 'tau', 'trunc', 'ulp']

2、globals() 和 locals() 函数

globals() 和 locals() 是 Python 中的内置函数，它们分别用于返回当前全局和局部符号表的字典。全局符号表包含了所有的全局变量，而局部符号表包含了当前作用域中的局部变量。

globals()示例

print("-----全局变量------")
# 定义一些全局变量
global_var1 = "Hello"
global_var2 = 42

def show_globals():
    # 打印全局变量
    for name, value in globals().items():
        if name.startswith('global_var'):  # 只显示以 'global_var' 开头的全局变量
            print(f"{name} = {value}")

 # 调用函数以查看全局变量
show_globals()

# 修改全局变量
global_var1 = "大山很山"
global_var2 = 18

# 再次调用函数以查看修改后的全局变量
show_globals()

运行结果：

-----全局变量------
global_var1 = Hello
global_var2 = 42
global_var1 = 大山很山
global_var2 = 18

locals()示例

print("-----局部变量------")
def show_locals(x, y):
    # 定义一个局部变量
    local_var = "I'm a local variable"

    # 在函数内部调用 locals()
    print("Locals inside the function:")
    for name, value in locals().items():
        print(f"{name} = {value}")

 # 访问函数参数
    print(f"Function parameters: x = {x}, y = {y}")

# 调用函数
show_locals(10, 20)

运行结果：

-----局部变量------
Locals inside the function:
x = 10
y = 20
local_var = I'm a local variable
Function parameters: x = 10, y = 20

五、Python中的包

在Python中，包（package）是一个包含多个模块的目录，即一个分层次的文件目录结构。它允许你组织代码，将相关的模块分组在一起，并且提供了一个命名空间来避免命名冲突。包还可以包含子包，这样你可以创建复杂的代码组织结构。

简单来说，包就是文件夹，但该文件夹下必须存在 init.py 文件, 该文件的内容可以为空。init.py 用于标识当前文件夹是一个包。

1、创建包

• 创建一个目录，该目录的名称将成为包的名称。
• 在该目录中，创建一个__init__.py文件（这个文件可以是空的，但它告诉Python这个目录应该被视为一个包）。
• 在该目录中，添加你的模块文件（即.py文件）。
  示例;
  要求：
  创建一个名为mypackage的包，其中包含两个模块：module1.py和module2.py。目录结构如下：

mypackage/  
    __init__.py  
    module1.py  
    module2.py

2、使用包

要使用包中的模块，你需要导入它们。这可以通过使用import语句，并指定包的名称和模块名称来完成。

import mypackage.module1  
  
# 使用mypackage.module1中的函数或变量  
mypackage.module1.some_function()

如果你想从包中导入特定的函数或变量，可以使用from … import …语句：

from mypackage.module1 import some_function  
  
# 直接使用函数，不需要前缀  
some_function()

3、init.py 文件的作用

init.py 文件对于包来说非常重要，即使它是空的。
它告诉Python这个目录是一个包，而不是一个普通的目录。

此外，init.py 文件还可以用来初始化包的状态，或者定义__all__变量来指定当使用from package import *时应该导入哪些模块或变量。
例如，在__init__.py文件中，你可以这样定义__all__：

# __init__.py  
  
__all__ = ['module1', 'module2']

然后，当其他代码使用from mypackage import *时，只会导入module1和module2。

4、嵌套包

包也可以包含子包。子包就是包内部的另一个包。例如：

mypackage/  
    __init__.py  
    submodule/  
        __init__.py  
        submodule1.py  
        submodule2.py  
    module1.py  
    module2.py
在这个例子中，submodule是mypackage的一个子包，它包含自己的模块。
你可以通过import语句访问这些子模块，如import mypackage.submodule.submodule1。

注意事项

• 包应该有一个清晰、描述性的名称，以避免与其他包冲突。
• 避免循环导入，即包或模块之间相互导入对方，这会导致难以追踪的错误
• 使用相对导入时要小心，确保你的导入语句与你的包结构相匹配。

包是Python中组织大型项目代码的关键工具，它们帮助你将代码分解为可管理的部分，并提供了一种方式来避免命名冲突和重复代码。