Python Import 详解与datetime

一 module
通常模块为一个文件，直接使用import来导入就好了。可以作为module的文件类型有".py"、".pyo"、".pyc"、".pyd"、".so"、".dll"。

二 package
通常包总是一个目录，可以使用import导入包，或者from + import来导入包中的部分模块。包目录下为首的一个文件便是 __init__.py。然后是一些模块文件和子目录，假如子目录中也有 __init__.py 那么它就是这个包的子包了。

 

参考：http://wiki.woodpecker.org.cn/moin/PythonEssentialRef8

 

一模块
你可以使用import语句将一个源代码文件作为模块导入.例如:

# file : spam.py
a = 37                    # 一个变量
def foo:                  # 一个函数
    print "I'm foo"
class bar:                # 一个类
    def grok(self):
        print "I'm bar.grok"
b = bar()                 # 创建一个实例

使用import spam 语句就可以将这个文件作为模块导入。系统在导入模块时，要做以下三件事： 
1.为源代码文件中定义的对象创建一个名字空间，通过这个名字空间可以访问到模块中定义的函数及变量。

2.在新创建的名字空间里执行源代码文件.

3.创建一个名为源代码文件的对象，该对象引用模块的名字空间，这样就可以通过这个对象访问模块中的函数及变量，如：  

 import spam           # 导入并运行模块 spam
 print spam.a          # 访问模块 spam 的属性
 spam.foo()
 c = spam.bar()
 ...

用逗号分割模块名称就可以同时导入多个模块: 
import socket, os, regex模块导入时可以使用 as 关键字来改变模块的引用对象名字:

import os as system
import socket as net, thread as threads
system.chdir("..")
net.gethostname()

使用from语句可以将模块中的对象直接导入到当前的名字空间. from语句不创建一个到模块名字空间的引用对象，而是把被导入模块的一个或多个对象直接放入当前的名字空间:

from socket import gethostname
                               # 将gethostname放如当前名字空间
print gethostname()            # 直接调用
socket.gethostname()           # 引发异常NameError: socket

from语句支持逗号分割的对象，也可以使用星号(*)代表模块中除下划线开头的所有对象: 

from socket import gethostname, socket
from socket import *   # 载入所有对象到当前名字空间

 

不过，如果一个模块如果定义有列表__all__，则from module import * 语句只能导入__all__列表中存在的对象。

# module: foo.py
__all__ = [ 'bar', 'spam' ]     # 定义使用 `*` 可以导入的对象

 

另外, as 也可以和 from 联合使用:

from socket import gethostname as hostname
h = hostname()

 

import 语句可以在程序的任何位置使用，你可以在程序中多次导入同一个模块，但模块中的代码*仅仅*在该模块被首次导入时执行。后面的import语句只是简单的创建一个到模块名字空间的引用而已。sys.modules字典中保存着所有被导入模块的模块名到模块对象的映射。这个字典用来决定是否需要使用import语句来导入一个模块的最新拷贝. 
from module import * 语句只能用于一个模块的最顶层.*特别注意*：由于存在作用域冲突，不允许在函数中使用from 语句。 
每个模块都拥有 __name__ 属性，它是一个内容为模块名字的字符串。最顶层的模块名称是 __main__ .命令行或是交互模式下程序都运行在__main__ 模块内部. 利用__name__属性，我们可以让同一个程序在不同的场合（单独执行或被导入)具有不同的行为，象下面这样做：

# 检查是单独执行还是被导入

if __name__ == '__main__':
      # Yes
      statements
else:
      # No (可能被作为模块导入)
      statements 

 

模块搜索路径
导入模块时,解释器会搜索sys.path列表,这个列表中保存着一系列目录。一个典型的sys.path 列表的值：

Linux:
['', '/usr/local/lib/python2.0',
     '/usr/local/lib/python2.0/plat-sunos5',
     '/usr/local/lib/python2.0/lib-tk',
     '/usr/local/lib/python2.0/lib-dynload',
     '/usr/local/lib/python2.0/site-packages']
Windows:
['', 'C:\\WINDOWS\\system32\\python24.zip', 'C:\\Documents and Settings\\weizhong', 'C:\\Python24\\DLLs', 'C:\\Python24\\lib', 'C:\\Python24\\lib\\plat-win', 'C:\\Python24\\lib\\lib-tk', 'C:\\Python24\\Lib\\site-packages\\pythonwin', 'C:\\Python24', 'C:\\Python24\\lib\\site-packages', 'C:\\Python24\\lib\\site-packages\\win32', 'C:\\Python24\\lib\\site-packages\\win32\\lib', 'C:\\Python24\\lib\\site-packages\\wx-2.6-msw-unicode']

空字符串 代表当前目录. 要加入新的搜索路径,只需要将这个路径加入到这个列表. 

 

模块导入和汇编
到现在为止，本章介绍的模块都是包含Python源代码的文本文件. 不过模块不限于此，可以被 import 语句导入的模块共有以下四类: 
•使用Python写的程序( .py文件)

•C或C++扩展(已编译为共享库或DLL文件)

•包(包含多个模块)

•内建模块(使用C编写并已链接到Python解释器内)

当查询模块 foo 时,解释器按照 sys.path 列表中目录顺序来查找以下文件(目录也是文件的一种): 
1.定义为一个包的目录 foo

2.foo.so, foomodule.so, foomodule.sl,或 foomodule.dll (已编译扩展)

3.foo.pyo (只在使用 -O 或 -OO 选项时)

4.foo.pyc

5.foo.py

 

对于.py文件,当一个模块第一次被导入时,它就被汇编为字节代码,并将字节码写入一个同名的 .pyc文件.后来的导入操作会直接读取.pyc文件而不是.py文件.(除非.py文件的修改日期更新,这种情况会重新生成.pyc文件) 在解释器使用 -O 选项时，扩展名为.pyo的同名文件被使用. pyo文件的内容虽去掉行号,断言,及其他调试信息的字节码，体积更小,运行速度更快.如果使用-OO选项代替-O,则文档字符串也会在创建.pyo文件时也被忽略. 
如果在sys.path提供的所有路径均查找失败,解释器会继续在内建模块中寻找,如果再次失败，则引发ImportError 异常. 
.pyc和.pyo文件的汇编,当且仅当import 语句执行时进行. 
当 import 语句搜索文件时,文件名是大小写敏感的。即使在文件系统大小写不敏感的系统上也是如此(Windows等). 这样, import foo 只会导入文件foo.py而不会是FOO.PY.

 

重新导入模块
如果更新了一个已经用import语句导入的模块，内建函数reload()可以重新导入并运行更新后的模块代码.它需要一个模块对象做为参数.例如: 
import foo
... some code ...
reload(foo)          # 重新导入 foo

在reload()运行之后的针对模块的操作都会使用新导入代码，不过reload()并不会更新使用旧模块创建的对象，因此有可能出现新旧版本对象共存的情况。 *注意* 使用C或C++编译的模块不能通过 reload() 函数来重新导入。记住一个原则，除非是在调试和开发过程中，否则不要使用reload()函数.

 

二包
多个关系密切的模块应该组织成一个包，以便于维护和使用。这项技术能有效避免名字空间冲突。创建一个名字为包名字的文件夹并在该文件夹下创建一个__init__.py 文件就定义了一个包。你可以根据需要在该文件夹下存放资源文件、已编译扩展及子包。举例来说，一个包可能有以下结构:

Graphics/
      __init__.py
      Primitive/
         __init__.py
         lines.py
         fill.py
         text.py
         ...
      Graph2d/
         __init__.py
         plot2d.py
         ...
      Graph3d/
         __init__.py
         plot3d.py
         ...
      Formats/
         __init__.py
         gif.py
         png.py
         tiff.py
         jpeg.py

 

import语句使用以下几种方式导入包中的模块: 
* import Graphics.Primitive.fill 导入模块Graphics.Primitive.fill,只能以全名访问模块属性,例如Graphics.Primitive.fill.floodfill(img,x,y,color). 
* from Graphics.Primitive import fill 导入模块fill ,只能以 fill.属性名这种方式访问模块属性,例如fill.floodfill(img,x,y,color). 
* from Graphics.Primitive.fill import floodfill 导入模块fill ,并将函数floodfill放入当前名称空间,直接访问被导入的属性，例如 floodfill(img,x,y,color).

无论一个包的哪个部分被导入, 在文件__init__.py中的代码都会运行.这个文件的内容允许为空,不过通常情况下它用来存放包的初始化代码。导入过程遇到的所有 __init__.py文件都被运行.因此 import Graphics.Primitive.fill语句会顺序运行 Graphics 和 Primitive 文件夹下的__init__.py文件.

下边这个语句具有歧义: 
from Graphics.Primitive import * 
这个语句的原意图是想将Graphics.Primitive包下的所有模块导入到当前的名称空间.然而,由于不同平台间文件名规则不同(比如大小写敏感问题), Python不能正确判定哪些模块要被导入.这个语句只会顺序运行 Graphics 和 Primitive 文件夹下的__init__.py文件. 要解决这个问题，应该在Primitive文件夹下面的__init__.py中定义一个名字all的列表，例如: 
# Graphics/Primitive/__init__.py
__all__ = ["lines","text","fill",...]

这样,上边的语句就可以导入列表中所有模块.

下面这个语句只会执行Graphics目录下的__init__.py文件，而不会导入任何模块: 
import Graphics
Graphics.Primitive.fill.floodfill(img,x,y,color)  # 失败!

不过既然 import Graphics 语句会运行 Graphics 目录下的 __init__..py文件,我们就可以采取下面的手段来解决这个问题： 
# Graphics/__init__.py
import Primitive, Graph2d, Graph3d

# Graphics/Primitive/__init__.py
import lines, fill, text, ...

这样import Graphics语句就可以导入所有的子模块(只能用全名来访问这些模块的属性).

三 sys.path 和sys.modules

sys.path包含了module的查找路径；

sys.modules包含了当前所load的所有的modules的dict（其中包含了builtin的modules）；

datetime是Python处理日期和时间的标准库。

获取当前日期和时间

我们先看如何获取当前日期和时间：

>>> from datetime import datetime
>>> now = datetime.now() # 获取当前datetime
>>> print(now)
2015-05-18 16:28:07.198690
>>> print(type(now))
<class 'datetime.datetime'>

注意到datetime是模块，datetime模块还包含一个datetime类，通过from datetime import datetime导入的才是datetime这个类。

如果仅导入import datetime，则必须引用全名datetime.datetime。

datetime.now()返回当前日期和时间，其类型是datetime。

获取指定日期和时间

要指定某个日期和时间，我们直接用参数构造一个datetime：

>>> from datetime import datetime
>>> dt = datetime(2015, 4, 19, 12, 20) # 用指定日期时间创建datetime
>>> print(dt)
2015-04-19 12:20:00

datetime转换为timestamp

在计算机中，时间实际上是用数字表示的。我们把1970年1月1日 00:00:00 UTC+00:00时区的时刻称为epoch time，记为0（1970年以前的时间timestamp为负数），当前时间就是相对于epoch time的秒数，称为timestamp。

你可以认为：

timestamp = 0 = 1970-1-1 00:00:00 UTC+0:00

对应的北京时间是：

timestamp = 0 = 1970-1-1 08:00:00 UTC+8:00

可见timestamp的值与时区毫无关系，因为timestamp一旦确定，其UTC时间就确定了，转换到任意时区的时间也是完全确定的，这就是为什么计算机存储的当前时间是以timestamp表示的，因为全球各地的计算机在任意时刻的timestamp都是完全相同的（假定时间已校准）。

把一个datetime类型转换为timestamp只需要简单调用timestamp()方法：

>>> from datetime import datetime
>>> dt = datetime(2015, 4, 19, 12, 20) # 用指定日期时间创建datetime
>>> dt.timestamp() # 把datetime转换为timestamp
1429417200.0

注意Python的timestamp是一个浮点数。如果有小数位，小数位表示毫秒数。

某些编程语言（如Java和JavaScript）的timestamp使用整数表示毫秒数，这种情况下只需要把timestamp除以1000就得到Python的浮点表示方法。

timestamp转换为datetime

要把timestamp转换为datetime，使用datetime提供的fromtimestamp()方法：

>>> from datetime import datetime
>>> t = 1429417200.0
>>> print(datetime.fromtimestamp(t))
2015-04-19 12:20:00

注意到timestamp是一个浮点数，它没有时区的概念，而datetime是有时区的。上述转换是在timestamp和本地时间做转换。

本地时间是指当前操作系统设定的时区。例如北京时区是东8区，则本地时间：

2015-04-19 12:20:00

实际上就是UTC+8:00时区的时间：

2015-04-19 12:20:00 UTC+8:00

而此刻的格林威治标准时间与北京时间差了8小时，也就是UTC+0:00时区的时间应该是：

2015-04-19 04:20:00 UTC+0:00

timestamp也可以直接被转换到UTC标准时区的时间：

>>> from datetime import datetime
>>> t = 1429417200.0
>>> print(datetime.fromtimestamp(t)) # 本地时间
2015-04-19 12:20:00
>>> print(datetime.utcfromtimestamp(t)) # UTC时间
2015-04-19 04:20:00

str转换为datetime

很多时候，用户输入的日期和时间是字符串，要处理日期和时间，首先必须把str转换为datetime。转换方法是通过datetime.strptime()实现，需要一个日期和时间的格式化字符串：

>>> from datetime import datetime
>>> cday = datetime.strptime('2015-6-1 18:19:59', '%Y-%m-%d %H:%M:%S')
>>> print(cday)
2015-06-01 18:19:59

字符串'%Y-%m-%d %H:%M:%S'规定了日期和时间部分的格式。详细的说明请参考Python文档。

注意转换后的datetime是没有时区信息的。

datetime转换为str

如果已经有了datetime对象，要把它格式化为字符串显示给用户，就需要转换为str，转换方法是通过strftime()实现的，同样需要一个日期和时间的格式化字符串：

>>> from datetime import datetime
>>> now = datetime.now()
>>> print(now.strftime('%a, %b %d %H:%M'))
Mon, May 05 16:28

datetime加减

对日期和时间进行加减实际上就是把datetime往后或往前计算，得到新的datetime。加减可以直接用+和-运算符，不过需要导入timedelta这个类：

>>> from datetime import datetime, timedelta
>>> now = datetime.now()
>>> now
datetime.datetime(2015, 5, 18, 16, 57, 3, 540997)
>>> now + timedelta(hours=10)
datetime.datetime(2015, 5, 19, 2, 57, 3, 540997)
>>> now - timedelta(days=1)
datetime.datetime(2015, 5, 17, 16, 57, 3, 540997)
>>> now + timedelta(days=2, hours=12)
datetime.datetime(2015, 5, 21, 4, 57, 3, 540997)

可见，使用timedelta你可以很容易地算出前几天和后几天的时刻。

本地时间转换为UTC时间

本地时间是指系统设定时区的时间，例如北京时间是UTC+8:00时区的时间，而UTC时间指UTC+0:00时区的时间。

一个datetime类型有一个时区属性tzinfo，但是默认为None，所以无法区分这个datetime到底是哪个时区，除非强行给datetime设置一个时区：

>>> from datetime import datetime, timedelta, timezone
>>> tz_utc_8 = timezone(timedelta(hours=8)) # 创建时区UTC+8:00
>>> now = datetime.now()
>>> now
datetime.datetime(2015, 5, 18, 17, 2, 10, 871012)
>>> dt = now.replace(tzinfo=tz_utc_8) # 强制设置为UTC+8:00
>>> dt
datetime.datetime(2015, 5, 18, 17, 2, 10, 871012, tzinfo=datetime.timezone(datetime.timedelta(0, 28800)))

如果系统时区恰好是UTC+8:00，那么上述代码就是正确的，否则，不能强制设置为UTC+8:00时区。

时区转换

我们可以先通过utcnow()拿到当前的UTC时间，再转换为任意时区的时间：

# 拿到UTC时间，并强制设置时区为UTC+0:00:
>>> utc_dt = datetime.utcnow().replace(tzinfo=timezone.utc)
>>> print(utc_dt)
2015-05-18 09:05:12.377316+00:00
# astimezone()将转换时区为北京时间:
>>> bj_dt = utc_dt.astimezone(timezone(timedelta(hours=8)))
>>> print(bj_dt)
2015-05-18 17:05:12.377316+08:00
# astimezone()将转换时区为东京时间:
>>> tokyo_dt = utc_dt.astimezone(timezone(timedelta(hours=9)))
>>> print(tokyo_dt)
2015-05-18 18:05:12.377316+09:00
# astimezone()将bj_dt转换时区为东京时间:
>>> tokyo_dt2 = bj_dt.astimezone(timezone(timedelta(hours=9)))
>>> print(tokyo_dt2)
2015-05-18 18:05:12.377316+09:00

时区转换的关键在于，拿到一个datetime时，要获知其正确的时区，然后强制设置时区，作为基准时间。

利用带时区的datetime，通过astimezone()方法，可以转换到任意时区。

注：不是必须从UTC+0:00时区转换到其他时区，任何带时区的datetime都可以正确转换，例如上述bj_dt到tokyo_dt的转换。

小结

datetime表示的时间需要时区信息才能确定一个特定的时间，否则只能视为本地时间。

如果要存储datetime，最佳方法是将其转换为timestamp再存储，因为timestamp的值与时区完全无关。

练习

假设你获取了用户输入的日期和时间如2015-1-21 9:01:30，以及一个时区信息如UTC+5:00，均是str，请编写一个函数将其转换为timestamp：

# -*- coding:utf-8 -*-

import re
from datetime import datetime, timezone, timedelta

def to_timestamp(dt_str, tz_str):

# 测试:

t1 = to_timestamp('2015-6-1 08:10:30', 'UTC+7:00')
assert t1 == 1433121030.0, t1

t2 = to_timestamp('2015-5-31 16:10:30', 'UTC-09:00')
assert t2 == 1433121030.0, t2

print('Pass')