【python笔记】—— 模块

模块和包概念的进化史

1. Python程序由模块组成。一个模块对应python源文件，一般后缀名是：.py
2. 模块由语句组成。运行Python程序时，按照模块中语句的顺序依次执行
3. 语句是Python程序的构造单元，用于创建对象、变量赋值、调用函数、控制语句等

标准库模块(standard library) 

python模块分为标准库模块和用户自定义模块。

Python标准库提供了操作系统功能、网络通信、文本处理、文件处理、数学运算等基本的功能。比如：random(随机数)、math(数学运算)、time(时间处理)、file(文件处理)、os(和操作系统交互)、sys(和解释器交互)等。

另外，Python还提供了海量的第三方模块，使用方式和标准库类似。功能覆盖了我们能想象到的所有领域，比如：科学计算、WEB开发、大数据、人工智能、图形系统等。

为什么需要模块化编程

模块(module)对应于Python源代码文件(.py文件)。模块中可以定义变量、函数、类、普通语句。 这样，我们可以将一个Python程序分解成多个模块，便于后期的重复应用。

模块化编程（Modular Programming）将一个任务分解成多个模块。每个模块就像一个积木一样，便于后期的反复使用、反复搭建。

模块化编程有如下几个重要优势：

1. 便于将一个任务分解成多个模块，实现团队协同开发，完成大规模程序
2. 实现代码复用。一个模块实现后，可以被反复调用
3. 可维护性增强

模块化编程的流程

模块化编程的一般流程：

1. 设计API，进行功能描述。
2. 编码实现API中描述的功能。
3. 在模块中编写测试代码，并消除全局代码。
4. 使用私有函数实现不被外部客户端调用的模块函数。

模块的API和功能描述要点

API(Application Programming Interface 应用程序编程接口)是用于描述模块中提供的函数和类的功能描述和使用方式描述。

模块化编程中，首先设计的就是模块的API（即要实现的功能描述），然后开始编码实现API中描述的功能。最后，在其他模块中导入本模块进行调用。

可以通过help(模块名)查看模块的API。一般使用时先导入模块 然后通过help函数查看。

导入math模块，并通过help()查看math模块的API：

import math
help(math)

模块的导入

模块化设计的好处之一就是“代码复用性高”。写好的模块可以被反复调用，重复使用。模块的导入就是“在本模块中使用其他模块”。

import语句导入

import语句的基本语法格式如下：

import 模块名        #导入一个模块
import 模块1，模块2…   #导入多个模块
import 模块名  as 模块别名   #导入模块并使用新名字

from…import导入

Python中可以使用from…import导入模块中的成员。基本语法格式如下：

from 模块名 import 成员1，成员2，…

如果希望导入一个模块中的所有成员，则可以采用如下方式：

from 模块名 import *

import语句和from...import语句的区别

import导入的是模块。from...import导入的是模块中的函数/类。

我们自定义一个模块calculator.py：

"""一个实现四则运算的计算器"""
​
def add(a,b):
  return a+b
​
def minus(a,b):
  return a-b
​
​
class MyNum():
  def print123(self):
    print(123)

我们在另一个模块test.py测试：

import calculator
​
a = calculator.add(30,40)
# add(100,200)    #不加模块名无法识别
print(a)

模块的加载问题

当导入一个模块时， 模块中的代码都会被执行。不过，如果再次导入这个模块，则不会再次执行。

一个模块无论导入多少次，这个模块在整个解释器进程内有且仅有一个实例对象。

test02.py的源代码:

print("test模块被加载了...")

test03.py的源代码：

import test02  #会执行test02模块中的语句
import test02  #不会再执行test02模块中的语句

重新加载

有时候我们确实需要重新加载一个模块，这时候可以使用：importlib.reload()方法：

import test02
import test02
print("####")
import importlib
importlib.reload(test02)

包(package)的概念和结构

当一个项目中有很多个模块时，需要再进行组织。我们将功能类似的模块放到一起，形成了“包”。本质上，“包”就是一个必须有__init__.py的文件夹。典型结构如下：

包下面可以包含“模块(module)”，也可以再包含“子包(subpackage)”。就像文件夹下面可以有文件，也可以有子文件夹一样。

pycharm中创建包

在pycharm开发环境中创建包，非常简单。在要创建包的地方单击右键：New-->Python package即可。pycharm会自动帮助我们生成带有__init__.py文件的包。

用*导入包

import * 这样的语句理论上是希望文件系统找出包中所有的子模块，然后导入它们。这可能会花长时间等。Python 解决方案是提供一个明确的包索引。

这个索引由 __init__.py 定义 __all__ 变量，该变量为一个列表，如上例 a包下的 __init__.py 中，可定义 __all__ = ["module_A","module_A2"]

这意味着， from sound.effects import * 会从对应的包中导入以上两个子模块；

⚠️尽管提供import *的方法，仍不建议在生产代码中使用这种写法。