Python 3.x可能是史上最详解的【导入（import）】

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win10+Python 3.6.3

一旦使用多层文件架构就很容易遇上import的坑！哈哈。

一、理解一些基本概念

1、模块、包
模块 module：一般情况下，是一个以.py为后缀的文件。其他可作为module的文件类型还有”.pyo”、”.pyc”、”.pyd”、”.so”、”.dll”，但Python初学者几乎用不到。
module 可看作一个工具类，可共用或者隐藏代码细节，将相关代码放置在一个module以便让代码更好用、易懂，让coder重点放在高层逻辑上。
module能定义函数、类、变量，也能包含可执行的代码。module来源有3种：
①Python内置的模块（标准库）；
②第三方模块；
③自定义模块。

包 package： 为避免模块名冲突，Python引入了按目录组织模块的方法，称之为 包（package）。包 是含有Python模块的文件夹。

当一个文件夹下有   init   .py时，意为该文件夹是一个包（package），其下的多个模块（module）构成一个整体，而这些模块（module）都可通过同一个包（package）导入其他代码中。

其中   init   .py文件 用于组织包（package），方便管理各个模块之间的引用、控制着包的导入行为。
该文件可以什么内容都不写，即为空文件（为空时，仅仅用import [该包]形式 是什么也做不了的），存在即可，相当于一个标记。
但若想使用from pacakge_1 import *这种形式的写法，需在  init  .py中加上：   all    = [‘file_a’, ‘file_b’] #package_1下有file_a.py和file_b.py，在导入时   init   .py文件将被执行。
但不建议在   init   .py中写模块，以保证该文件简单。不过可在   init   .py导入我们需要的模块，以便避免一个个导入、方便使用。

其中，   all   是一个重要的变量，用来指定此包（package）被import *时，哪些模块（module）会被import进【当前作用域中】。不在   all   列表中的模块不会被其他程序引用。可以重写  all  ，如   all    = [‘当前所属包模块1名字’, ‘模块1名字’]，如果写了这个，则会按列表中的模块名进行导入。

在模糊导入时，形如from package import *，*是由__all__定义的。

精确导入，形如 from package import *、import package.class。

   path   也是一个常用变量，是个列表，默认情况下只有一个元素，即当前包（package）的路径。修改   path   可改变包（package）内的搜索路径。

当我们在导入一个包（package）时（会先加载   init   .py定义的引入模块，然后再运行其他代码），实际上是导入的它的   init   .py文件（导入时，该文件自动运行，助我们一下导入该包中的多个模块）。我们可以在   init   .py中再导入其他的包（package）或模块 或自定义类。

2、sys.modules、命名空间、模块内置属性
2.1 sys.modules
官方解释：链接
sys.modules 是一个 将模块名称（module_name）映射到已加载的模块（modules） 的字典。可用来强制重新加载modules。Python一启动，它将被加载在内存中。
当我们导入新modules，sys.modules将自动记录下该module；当第二次再导入该module时，Python将直接到字典中查找，加快运行速度。

它是个字典，故拥有字典的一切方法，如sys.modules.keys()、sys.modules.values()、sys.modules[‘os’]。但请不要轻易替换字典、或从字典中删除某元素，将可能导致Python运行失败。

import sys
print(sys.modules)#打印，查看该字典具体内容。

2.2 命名空间
如同一个dict，key 是变量名字，value 是变量的值。

• 每个函数function 有自己的命名空间，称local namespace，记录函数的变量。
• 每个模块module 有自己的命名空间，称global namespace，记录模块的变量，包括functions、classes、导入的modules、module级别的变量和常量。
• build-in命名空间，它包含build-in function和exceptions，可被任意模块访问。

某段Python代码访问 变量x 时，Python会所有的命名空间中查找该变量，顺序是：

1. local namespace 即当前函数或类方法。若找到，则停止搜索；
2. global namespace 即当前模块。若找到，则停止搜索；
3. build-in namespace Python会假设变量x是build-in的函数函数或变量。若变量x不是build-in的内置函数或变量，Python将报错NameError。
4. 对于闭包，若在local namespace找不到该变量，则下一个查找目标是父函数的local namespace。

例：namespace_test.py代码

def func(a=1):
    b = 2
    print(locals())#打印当前函数（方法）的局部命名空间
    '''
    locs = locals()#只读，不可写。将报错！
    locs['c'] = 3
    print(c)
    '''
    return a+b
func()
glos = globals()
glos['d'] = 4
print(d)

print(globals())#打印当前模块namespace_test.py的全局命名空间

内置函数locals()、globals()返回一个字典。区别：前者只读、后者可写。

命名空间 在from module_name import 、import module_name中的体现：from关键词是导入模块或包中的某个部分。

1. from module_A import X：会将该模块的函数/变量导入到当前模块的命名空间中，无须用module_A.X访问了。
2. import module_A：modules_A本身被导入，但保存它原有的命名空间，故得用module_A.X方式访问其函数或变量。

2.3 模块内置属性

1.    name   直接运行本模块，   name   值为   main   ；import module，   name   值为模块名字。
2.    file   当前 module的绝对路径
3.    dict   
4.    doc   
5.    package   
6.    path   

3、绝对导入、相对导入

3.1 绝对导入：所有的模块import都从“根节点”开始。根节点的位置由sys.path中的路径决定，项目的根目录一般自动在sys.path中。如果希望程序能处处执行，需手动修改sys.path。
例1：c.py中导入B包/B1子包/b1.py模块

import sys,os
BASE_DIR = os.path.dirname(os.path.abspath(__file__))#存放c.py所在的绝对路径

sys.path.append(BASE_DIR)

from B.B1 import b1#导入B包中子包B1中的模块b1

例2：b1.py中导入b2.py模块

from B.B1 import b2#从B包中的子包B1中导入模块b2

3.2 相对导入：只关心相对自己当前目录的模块位置就好。不能在包（package）的内部直接执行（会报错）。不管根节点在哪儿，包内的模块相对位置都是正确的。
b1.py代码

#from . import b2 #这种导入方式会报错。
import b2#正确
b2.print_b2()

b2.py代码

def print_b2():
    print('b2')

运行b1.py，打印：b2。

在使用相对导入时，可能遇到ValueError: Attempted relative import beyond toplevel package
解决方案：参考这篇文章，链接。

3.3 单独导入包（package）：单独import某个包名称时，不会导入该包中所包含的所有子模块。
c.py导入同级目录B包的子包B1包的b2模块，执行b2模块的print_b2()方法：
c.py代码

import B
B.B1.b2.print_b2()

运行c.py，会报错。

解决办法：
B/   init   .py代码

from . import B1#其中的.表示当前目录

B/B1/   init   .py代码

from . import b2

此时，执行c.py，成功打印：b2。

3.4 额外
①一个.py文件调用另一个.py文件中的类。
如 a.py（class A）、b.py（class B），a.py调用b.py中类B用：from b import B
②一个.py文件中的类 继承另一个.py文件中的类。如 a.py（class A）、b.py（class B），a.py中类A继承b.py类B。

from b import B
class A(B):
pass

二、Python运行机制：理解Python在执行import语句（导入内置（Python自个的）或第三方模块（已在sys.path中））时，进行了啥操作？

step1：创建一个新的、空的module对象（它可能包含多个module）；
step2：将该module对象 插入sys.modules中；
step3：装载module的代码（如果需要，需先编译）；
step4：执行新的module中对应的代码。

在执行step3时，首先需找到module程序所在的位置，如导入的module名字为mod_1，则解释器得找到mod_1.py文件，搜索顺序是：
当前路径（或当前目录指定sys.path）—–>PYTHONPATH—–>Python安装设置相关的默认路径。

对于不在sys.path中，一定要避免用import导入 自定义包（package）的子模块（module），而要用from…import… 的绝对导入 或相对导入，且包（package）的相对导入只能用from形式。

1、“标准”import，顶部导入

有上述基础知识，再理解这个思维导图，就很容易了。在运用模块的变量或函数时，就能得心应手了。

2、嵌套import

2.1 顺序导入-import

PS：各个模块的Local命名空间的独立的。即：
test模块 import moduleA后，只能访问moduleA模块，不能访问moduleB模块。虽然moduleB已加载到内存中，如需访问，还得明确地在test模块 import moduleB。实际上打印locals()，字典中只有moduleA，没有moduleB。

2.2 循环导入/嵌套导入-import

形如from moduleB import ClassB语句，根据Python内部import机制，执行细分步骤：
1. 在sys.modules中查找 符号“moduleB”；
2. 如果符号“moduleB”存在，则获得符号“moduleB”对应的module对象；
从的   dict__中获得 符号“ClassB”对应的对象。如果“ClassB”不存在，则抛出异常“ImportError: cannot import name ‘classB’”
3. 如果符号“moduleB”不存在，则创建一个新的 module对象。不过此时该新module对象的   dict   为空。然后执行moduleB.py文件中的语句，填充的   dict   。

总结：from moduleB import ClassB有两个过程，先from module，后import ClassB。

当然将moduleA.py语句 from moduleB import ClassB改为：import moduleB，将在第二次执行moduleB.py语句from moduleA import ClassA时报错：ImportError: cannot import name ‘classA’

解决这种circular import循环导入的方法：
例比：安装无线网卡时，需上网下载网卡驱动；
安装压缩软件时，从网上下载的压缩软件安装程序是被压缩的文件。
方法1—–>延迟导入（lazy import）：把import语句写在方法/函数里，将它的作用域限制在局部。（此法可能导致性能问题）
方法2—–>将from x import y改成import x.y形式
方法3—–>组织代码（重构代码）：更改代码布局，可合并或分离竞争资源。
合并—–>都写到一个.py文件里；
分离–>把需要import的资源提取到一个第三方.py文件中。
总之，将循环变成单向。

3、包（package）import
在一个文件下同时有   init   .py文件、和其他模块文件时，该文件夹即看作一个包（package）。包的导入 和模块导入基本一致，只是导入包时，会执行这个   init   .py，而不是模块中的语句。
而且，如果只是单纯地导入包【形如：import xxx】，而包的   init   .py中有没有明确地的其他初始化操作，则：此包下的模块 是不会被自动导入的。当然该包是会成功导入的，并将包名称放入当前.py的Local命名空间中。

[D：youcaihua\test\PkgDemo\mod.py]文件
[D：youcaihua\test\PkgDemo\pkg1\pkg1_mod.py]文件
[D：youcaihua\test\PkgDemo\pkg2\pkg2_mod.py]文件，三个文件同样的代码：

def getName():
    print(__name__)

if __name__ == '__main__':
    getName()

[D：youcaihua\test\test.py]文件

import PkgDemo.mod#1
print(locals(),'\n')
import PkgDemo.pkg1#2
print(locals(),'\n')
import PkgDemo.pkg1.pkg1_mod as m1#3
print(locals(),'\n')
import PkgDemo.pkg2.pkg2_mod#4
PkgDemo.mod.getName()#5
print('调用mod.py----', locals(), '\n')
m1.getName()#6
PkgDemo.pkg2.pkg2_mod.getName()#7

执行 #1 后，将PkgDemo、PkgDemo.mod加入sys.modules中，此时可调用PkgDemo.mod的任何类、或函数。当不能调用包PkgDemo.pkg1或pkg2下任何模块。但当前test.py文件Local命名空间中只有 PkgDemo。

执行 #2 后，只是将PkgDemo.pkg1载入内存，sys.modules会有PkgDemo、PkgDemo.mod、PkgDemo.pkg1 三个模块。但PkgDemo.pkg1下的任何模块 都没有自动载入内存，所以在此时：PkgDemo.pkg1.pkg1_mod.getName()将会出错。当前test.py的Local命名空间依然只有PkgDemo。

执行 #3 后，会将pkg1_mod载入内存，sys.modules会有PkgDemo、PkgDemo.mod、PkgDemo.pkg1、PkgDemo.pkg1.pkg1_mod四个模块，此时可执行PkgDemo.pkg1.pkg1_mod.getName()。由于使用了as，当前Local命名空间将另外添加m1（作为PkgDemo.pkg1.pkg1_mod的别名）、当然还有PkgDemo。

执行 #4 后，会将PkgDemo.pkg2、PkgDemo.pkg2.pkg2_mod载入内存，sys.modules中会有PkgDemo、PkgDemo.mod、PkgDemo.pkg1、PkgDemo.pkg1.pkg1_mod、PkgDemo.pkg2、PkgDemo.pkg2.pkg2_mod六个模块，当然：当前Local命名空间还是只有PkgDemo、m1。

#5、#6、#7当然都可正确执行。

三、How to avoid Python circle import error？如何避免Python的循环导入问题？

代码布局、（架构）设计问题，解决之道是：将循环变成单向。采用分层、用时导入、相对导入（层次建议不要超过两个）

注意：在命令行执行Python xx.py、与IDE中执行，结果可能不同。

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参考：
官方规范