模块和库

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模块的概念

前面的练习中，我们的例子都是一个Python代码文件就实现了功能。

那是因为现在我们实现的功能都比较简单，一个代码文件就够了。

如果大家进入到企业里面，成为一名苦逼程序猿，就可以发现，我们要开发的系统会复杂的多。需要开发的代码长达上万行，甚至数十万行、数百万行。

这么多的代码放在一个代码文件里显然是不合理的。

项目开发的的代码文件，可能有成百上千个。

不同的代码文件，实现了不同的功能模块，就像一块块积木一样。这些功能模块文件最后合起来，实现了一个完整的软件。

所以，在Python中，一个代码文件（也就是一个.py文件），我们也叫它一个模块（Module）。

比如

a.py 文件，我们就可以称之为模块a，

b.py 文件，我们就可以称之为模块b

模块之间的调用

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那么模块之间是怎么互相联系的呢？

我们来看一个例子。

几个同事午餐经常一起去饭店聚餐，我们开发一个程序，记录每人的账单，月末可以结算

我们可以把 输入总费用和聚餐人员，计算人均费用 的功能，单独实现在一个模块文件 aa.py, 其内容如下

fee = input('请输入午餐费用：')
members = input('请输入聚餐人姓名，以英文逗号,分隔：')

# 将人员放入一个列表
memberlist = members.split(',') 
# 得到人数
headcount = len(memberlist) 

# 计算人均费用
avgfee = int (fee) / headcount
print(avgfee)

好了，人均费用计算比较简单。

但是我们还需要将每次账单 记录到文件中，这样才好定期结算。

我们可以创建另外的一个模块文件 save.py。 在里面定义一个函数, 该函数实现记录消费信息到文件功能。 其内容如下

def savetofile(memberlist, avgfee):
    with open('record.txt','a',encoding='utf8') as f:
        # 通过列表推导式，产生    人：费用  这样的列表
        recordList = [f'{member}:{avgfee}' for member in memberlist]
        f.write(' | '.join(recordList) + '\n')

注意：目前我们把 save.py 和 aa.py 放在一个目录中

现在我们要在aa 模块里面使用save模块里面的函数 savetofile，该怎么做呢？

方法一

在aa.py里面 通过import关键字导入模块save ,

import save

这样save 就成了模块 aa 里面的的一个变量，这个变量指向的是一个 模块对象

不要感到奇怪，在Python中， 模块 也是一个对象。

这样我们就可以通过save.savetofile 访问到 save模块里面的函数

完整代码如下：

# 导入 save 模块 
# 导入后 save 就成为模块aa中的一个变量，对应一个模块对象
import save

fee = input('请输入午餐费用：')
members = input('请输入聚餐人姓名，以英文逗号,分隔：')

# 将人员放入一个列表
memberlist = members.split(',') 
# 得到人数
headcount = len(memberlist) 

# 计算人均费用
avgfee = int(fee) / headcount
print(avgfee)

# 使用 模块save里面的 savetofile 函数
save.savetofile(memberlist, avgfee)

方法二

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还可以在 aa.py 里面 通过 from import 关键字导入其它模块里面的标识符（包括变量名和函数名等）。

导入之后，这些其它模块的变量名和函数名就成为 模块aa 里面 变量名，函数名了。

这样，我们就可以直接使用它们了。

完整代码如下：

# 从 save 模块 导入标识符  savetofile ，
# 导入后 savetofile 就成为模块aa中的一个变量，对应一个函数对象
from save import savetofile

fee = input('请输入午餐费用：')
members = input('请输入聚餐人姓名，以英文逗号,分隔：')

# 将人员放入一个列表
memberlist = members.split(',') 
# 得到人数
headcount = len(memberlist) 

# 计算人均费用
avgfee = fee / headcount
print(avgfee)

# 直接使用 savetofile 函数
savetofile(memberlist, avgfee) 

一些技巧

如果在一个模块文件中需要导多个其它模块，可以分开写导入语句，像这样

import aa
import bb
import cc

也可以一起导入，模块之间用逗号隔开，像这样

import aa, bb, cc

如果我们要从1个模块里导入多个标识符，可以这样

from aa import func1,var1,func2,var2

如果我们要导入1个模块里面的很多个标识符，可以使用*代表所有可导入的标识符（包括变量名，函数名等）

from aa import *

这里 import * 把aa模块所有可以导入的对象全部都导入了。

如果我们需要从两个模块导入函数，恰好这两个函数是同名的，这是我们可以给其中一个起个别名，避免冲突，比如

from save import savetofile
from save2 import savetofile as savetofile2

注意点

当一个b模块从a模块导入了名字 var1 后，注意，b模块和a模块 是 各自有一个 名为 var1 的变量 ， 而不是两个模块共享一个 名为 var1 的变量。

我们看下面的一个例子

有一个模块文件 a.py，如下

# a.py 
var1 = 1

def changeVar1():
    global var1
    var1 = 2
    print(f'in a: var1 is {var1}')

另外一个模块文件 b.py， 从a中导入了名字 var1 ，如下

# b.py 
from a import var1,changeVar1

changeVar1()
print(f'in b: var1 is {var1}')

当我们执行 b.py 时，显示结果如下

e:\tmp>python b.py
in a: var1 is 2
in b: var1 is 1

发现没有？

虽然 b模块 从 a模块 导入了名字 var1， 但是a模块和b模块中的 var1 是两个不同名字 。

在刚刚执行导入时，这两个var1指向同一个对象，但是后来可以通过赋值语句，分别指向不同的数据对象。

这个过程如图所示

如果要在多个模块中共享同一个数据对象，并且这个数据对象的值将来可能会改变。

即使共享的只是一个数字或者字符串变量， 也应该放在一个值可以变动的对象类型中。 比如：列表， 或者后面要学习的 字典 和 自定义类型。

我们再试一下：

模块文件 a.py，如下

# a.py 
var1 = [1]

def changeVar1():
    global var1
    var1[0] = 2
    print(f'in a: var1 is {var1}')

另外一个模块文件 b.py， 如下

# b.py 
from a import var1,changeVar1

changeVar1()
print(f'in b: var1 is {var1}')

当我们执行 b.py 时，显示结果如下

e:\tmp>python b.py
in a: var1 is [2]
in b: var1 is [2]

将模块放入包中

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当我们的项目模块文件特别多的时候，我们还需要将这些模块文件根据功能划分到不同的目录中。

这些放模块文件的目录，Python中把他们称之为 包 (Package) 。

在 Python 3.3 以前的版本，包目录里面需要有一个名字为 __init__.py 的初始化文件，有了它，Python才认为这是一个Python包。

通常，这个初始化文件里面不需要什么代码，一个空文件就可以了。

当然你也可以在里面加入代码，当这个包里面的模块被导入的时候，这些代码就会执行。

Python 3.3 以后版本的解释器， 如果目录只是用来存放模块文件，就不需要一个空的 __init__.py 了。

但是 __init__.py 可以作为包的初始化文件，里面放入一些初始化代码，有独特的作用。这个英文帖子有细致的描述，感兴趣的朋友可以阅读一下。

下面是一个商城产品目录结构的例子（点击这里下载代码zip包）

stock/                        ---   顶层包
        __init__.py           ---   stock包的初始化文件
        food/                 ---   food子包
                __init__.py
                pork.py
                beef.py
                lobster.py
                ...
        furniture/            ---   furniture子包
                __init__.py
                bed.py
                desk.py
                chair.py
                ...
        kitchen/              ---   kitchen子包
                __init__.py
                knife.py
                pot.py
                bowl.py
                ...

最上层的是stock包，里面有3个子包 food、furniture、kitchen。

每个子包里面的模块文件都有名为stockleft的函数，显示该货物还剩多少件。

如果我们要调用这些模块里面的函数，可以像这样:

import stock.food.beef
# 注意导入的是 stock.food.beef，调用的时候一定要加上所有的包路径前缀
stock.food.beef.stockleft()

我们也可以使用from...import… 的方式，像这样

from stock.food.beef import stockleft
stockleft()

库的概念

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如果你写的 模块文件 里面的函数， 实现了通用的功能，经常被其它模块所调用， 我们就可以把这些被调用的模块文件称之为 库

库是个抽象的概念，只要 某个模块 或者 一组模块 ， 开发它们的目的 就是给 其它模块调用的，就可以称之为库。

Python标准库

Python语言提供了功能丰富的标准库 。 这些标准库把开发中常用的功能都做好了。

我们可以直接使用它们。

这些标准库里面 有一部分叫做 内置类型 built-in types） 和 内置函数 （built-in functions） 。

内置类型 和 内置函数 无须使用import导入，可以直接使用。

内置类型有：int、float、str、list、tuple等

内置函数前面我们介绍过，可以在Python的官方文档查看到，点击这里查看。

比如像 int，str，print，type，len 等等

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还有些标准库，需要使用import导入，才能使用。

常见有 sys, os, time, datetime, json，random 等

比如，我们要结束Python程序，就可以使用sys库里面的exit函数

import sys
sys.exit(0)

比如，我们要得到字符串形式的当前日期和时间，可以使用datetime库

import datetime

# 返回这样的格式 '20160423'
datetime.date.today().strftime("%Y%m%d") 

# 返回这样的格式 '20160423 19:37:36'
datetime.datetime.now().strftime("%Y%m%d %H:%M:%S")

比如，我们要获取随机数字，可以使用random库

from random import randint

# 在 数字 1 到 8 之间(包括1和8本身)，随机取出一个数字
num = randint(1,8)
print(num)

解释器怎么寻找模块文件？

边看下面两个视频讲解，边学习以下内容

视频讲解1

视频讲解2

当Python解释器执行

import xxx

或者

from xxx import  yyy

这样的语句时， Python 解释器是到什么地方查找模块文件xxx的？

内置模块

它首先在解释器 内置模块 （ builtin modules ） 中寻找 是否有 xxx。

所谓内置模块，就是内置在Python解释器程序中的模块，它们是用C语言编写，编译链接在解释器里面。

也就是说它们就是解释器的一部分，所以解释器运行时，它们就在解释器里面，无需查找。

比如：time, sys, gc, math, mmap等，就是内置模块

大家可以通过 sys.builtin_module_names的值来查看哪些模块是直接包含在解释器里面的。

很容易把 内置模块 和前面提到的 内置类型、内置函数 这些名词搞糊涂。

我特地在 Stack Overflow 上 提出过这个问题

根据专家的解释 ：

概念上 内置类型、内置函数 应该也是属于 内置模块的，在名叫 builtins 的内置模块里面。

内置类型、内置函数 因为它们特别常用，所以被解释器特别优待，可以无需导入直接使用。

sys.path

如果内置模块没有 xxx 这样的名字 ，接下来到什么地方查找？

Python的 sys 库 里面有个属性 path。你可以运行下面的语句看看 sys.path 的内容

import sys
for path in sys.path:
    print (path)

通常可以得到类似下面这样的结果

C:\projects\first
C:\Python\Python36\python36.zip
C:\Python\Python36\DLLs
C:\Python\Python36\lib
C:\Python\Python36
C:\Python\Python36\lib\site-packages

这个 sys.path 是一个列表，这个列表里面包含了一些 路径 。

当我们import 一个模块时 ，解释器会 依次到 sys.path 包含的目录下去寻找 有没有同名的模块 。

那么， sys.path 里的路径是怎么来的呢？

解释器启动的时候，是从根据下面这些规则 添加路径到 sys.path 列表里的

• 启动脚本文件所在的目录

启动脚本就是执行Python程序后面 的参数 脚本文件。

比如 python d:\mydir\first.py 那么这个 first.py 就是 启动脚本文件， 脚本文件所在的目录 ，这里就是 d:\mydir 会被加到 sys.path 中作为模块搜索路径。

如果启动命令行，没有指定脚本文件，而是像这样 python ，直接 启动了 python 交互命令行，

或者 像这样 python -m pytest [...] 通过 -m 参数 执行某个模块，

那么 当前工作目录 会被加到 sys.path 中作为模块搜索路径。

• PYTHONPATH 环境变量里的目录

我们可以在 PYTHONPATH 环境变量里面添加上 多个目录作为 模块搜索路径。 多个目录之间的分隔符根据操作系统而定。 Windows下面是分号，Linux下面是冒号。

解释器启动的时候 ， PYTHONPATH 环境变量里的目录 会被加到 sys.path 中作为模块搜索路径。

• Python解释器的 缺省安装目录（installation-dependent default）

比如： Windows下面就是 在 解释器安装目录中的 lib/site-packages 目录。

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如果我们自己想添加一些目录，作为模块搜索路径，怎么办呢？

一种方法是：把这些目录加到环境变量 PYTHONPATH 里。

因为Python解释器在启动后，会把 环境变量PYTHONPATH里包含的目录，自动添加到sys.path的路径列表里面。

比如，在windows下面，我们可以用这样的命令添加

set PYTHONPATH=c:\myproject;c:\myproject\mylib

那么解释器启动后， c:\myproject 和 c:\myproject\mylib 这两个目录就被添加到了sys.path里面。

注意这样的环境变量添加，只在当前命令行窗口有效。重新打开窗口就会失效了。

如果要确保持久有效，可以添加在windows 的 环境变量设置对话框中。

有上述的模块搜索路径的概念，接下来我们再来看一个例子。

如果我们有一个python 模块文件名为 m1，放在目录 d:\project\libs\p1\p2 下面

我们要在代码中这样写

import p1.p2.m1

或者

from p1.p2 import m1

为了让解释器能正确的找到 m1 这个模块，我们应该把什么路径加到sys.path 中呢？

有些实战班学员会这样写

set PYTHONPATH=d:\project\libs\p1

如果，这样写，就会到目录 d:\project\libs\p1 下面找 有没有 p1\p2\m1 这样的三级目录文件结构。 显然时不对的。

应该这样写

set PYTHONPATH=d:\project\libs

注意： 模块搜索路径 和 import 后面的路径合起来是一个完整的路径

在和小班学员的指导过程中，发现很多学员对 环境变量 没有概念。

了解环境变量非常重要，不仅仅是Python编程需要了解它，请点击这里，观看关于环境变量的视频讲解

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自己想添加一些目录，作为模块搜索路径，还有一种方法：

就是在代码中直接修改sys.path，使用 append 或者 insert方法，把目录直接添加到该列表中。

使用这种方法 同样要注意：

• sys.path.append 添加的模块搜索路径 和 import 后面的路径合起来是一个完整的路径

• 必须先 append， 然后再 import ，否则import时 还没有设定好模块搜索路径

而我们一个实战小班的学员， 一次练习就同时犯了2条错误，如下所示

安装其他的库

Python 之所以这么流行，就是因为它有太多的优秀的第三方库和框架。

有了这些库，Python才能在各行各业都这么受欢迎。因为这些库极大的提高了开发效率。

要使用这些库，我们需要安装到本地。

在Python中，安装第三方库，通常是使用pip命令。

那些优秀的第三方库，基本都是放在一个叫 PYPI 的网站上

pip命令会从该网站下载这些库的安装包进行安装。

例如，如果我们要安装 requests库，可以执行如下的命令

pip install requests

我们在国内，使用pip 安装的时候，可能由于网络原因，到国外访问 PYPI 会比较慢。

而国内有网站（比如 百度/清华大学 等）对PYPI 做了镜像备份。

我们可以通过在命令中加上参数 -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple ，这样就指定使用 清华大学源 作为安装包的下载网站。

如下所示：

# 使用清华大学源
pip install requests -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple

如果pip安装库的时候，出现SSL错误，可能是网络对 https证书 校验的问题，可以改用 http协议 下载，如下所示

pip install requests -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple  --trusted-host pypi.tuna.tsinghua.edu.cn

---

注意，很多初学者会在python shell里面执行pip命令，像这样

这个命令是一个程序，不是Python语句，要在cmd 命令行中直接执行，像这样

安装好以后，我们就可以使用import去导入这些库并且使用了

import requests
requests.get('http://www.baidu.com')

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