Python学习笔记8：模块和datetime模块

一、模块

在前面我们脚本是用 Python 解释器来编程，如果你从 Python 解释器退出再进入，那么你定义的所有的方法和变量就都消失了。
为此 Python 提供了一个办法，把这些定义存放在文件中，为一些脚本或者交互式的解释器实例使用，这个文件被称为模块。
模块是一个包含所有你定义的函数和变量的文件，其后缀名是.py。模块可以被别的程序引入，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。

1.定义

• 容器 -> 数据的封装
• 函数 -> 语句的封装
• 类 -> 方法和属性的封装
• 模块 -> 程序文件

# 创建一个hello.py文件
def hi():
    print('Hello world')

2.命名空间

命名空间因为对象的不同，也有所区别，可以分为如下几种：

• 内置命名空间（Built-in Namespaces）：Python 运行起来，它们就存在了。内置函数的命名空间都属于内置命名空间，所以，我们可以在任何程序中直接运行它们，比如id(),不需要做什么操作，拿过来就直接使用了。
• 全局命名空间（Module：Global Namespaces）：每个模块创建它自己所拥有的全局命名空间，不同模块的全局命名空间彼此独立，不同模块中相同名称的命名空间，也会因为模块的不同而不相互干扰。
• 本地命名空间(局部命名空间)（Function & Class：Local Namespaces）：模块中有函数或者类，每个函数或者类所定义的命名空间就是本地命名空间。如果函数返回了结果或者抛出异常，则本地命名空间也结束了。

上述三种命名空间的关系：

程序在查询上述三种命名空间的时候，就按照从里到外的顺序，即：Local Namespaces --> Global Namesspaces --> Built-in Namesspaces。

import hello
hello.hi()
# Hello world
hi()
# NameError: name 'hi' is not defined

3.导入模块

# 创建一个模块 TemperatureConversion.py
def c2f(cel):
    fah = cel * 1.8 + 32
    return fah

def f2c(fah):
    cel = (fah - 32) / 1.8
    return cel

• 第一种：import 模块名

import TemperatureConversion

print('32摄氏度 = %.2f华氏度' % TemperatureConversion.c2f(32))
print('99华氏度 = %.2f摄氏度' % TemperatureConversion.f2c(99))
# 32摄氏度 = 89.60华氏度
# 99华氏度 = 37.22摄氏度

• 第二种：from 模块名 import 函数名

from TemperatureConversion import c2f, f2c

print('32摄氏度 = %.2f华氏度' % c2f(32))
print('99华氏度 = %.2f摄氏度' % f2c(99))
# 32摄氏度 = 89.60华氏度
# 99华氏度 = 37.22摄氏度

from import * 提供了一个简单的方法来导入一个模块中的所有项目，然而这种声明不该被过多地使用。

from TemperatureConversion import *

print('32摄氏度 = %.2f华氏度' % c2f(32))
print('99华氏度 = %.2f摄氏度' % f2c(99))
# 32摄氏度 = 89.60华氏度
# 99华氏度 = 37.22摄氏度

• 第三种：import 模块名 as 新名字

import TemperatureConversion as tc

print('32摄氏度 = %.2f华氏度' % tc.c2f(32))
print('99华氏度 = %.2f摄氏度' % tc.f2c(99))
# 32摄氏度 = 89.60华氏度
# 99华氏度 = 37.22摄氏度

4. if __name__ == '__main__'

对于很多编程语言来说，程序都必须要有一个入口，而 Python 则不同，它属于脚本语言，不像编译型语言那样先将程序编译成二进制再运行，而是动态的逐行解释运行。也就是从脚本第一行开始运行，没有统一的入口。

创建一个 const.py 文件：

PI = 3.14
def main():
    print("PI:", PI)

main()
# PI: 3.14

写一个用于计算圆面积的 area.py 文件，area.py 文件需要用到 const.py 文件中的 PI 变量，从 const.py 中，我们把 PI 变量导入 area.py：

from const import PI

def calc_round_area(radius):
    return PI * (radius ** 2)

def main():
    print("round area: ", calc_round_area(2))

main()
'''
PI: 3.14
round area:  12.56
'''

我们看到 const.py 中的 main 函数也被运行了，实际上我们不希望它被运行，因为 const.py 提供的 main 函数只是为了测试常量定义。这时if __name__ == '__main__'派上了用场，我们把 const.py 改一下，添加if __name__ == "__main__"：

PI = 3.14
def main():
    print("PI:", PI)

if __name__ == "__main__":
    main()

运行 const.py，输出如下：

PI: 3.14

运行 area.py，输出如下：

round area:  12.56

__name__：是内置变量，可用于表示当前模块的名字。

import const

print(__name__)
# __main__
print(const.__name__)
# const

由此我们可知：如果一个 .py文件（模块）被直接运行时，其__name__值为__main__，即模块名为__main__。

所以，if __name__ == '__main__'的意思是：当 .py 文件被直接运行时，if __name__ == '__main__'之下的代码块将被运行；当 .py 文件以模块形式被导入时，if __name__ == '__main__'之下的代码块不被运行。

5.搜索路径

当解释器遇到 import 语句，如果模块在当前的搜索路径就会被导入。

import sys
print(sys.path)
# ['','C:\\Users\\Administrator\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python37\\Lib\\idlelib', 'C:\\Users\\Administrator\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python37\\python37.zip', 'C:\\Users\\Administrator\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python37\\DLLs', 'C:\\Users\\Administrator\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python37\\lib', 'C:\\Users\\Administrator\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python37', 'C:\\Users\\Administrator\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python37\\lib\\site-packages']

我们使用 import 语句的时候，Python 解释器是怎样找到对应的文件的呢？
这就涉及到 Python 的搜索路径，搜索路径是由一系列目录名组成的，Python 解释器就依次从这些目录中去寻找所引入的模块。
这看起来很像环境变量，事实上，也可以通过定义环境变量的方式来确定搜索路径。
搜索路径是在 Python 编译或安装的时候确定的，安装新的库应该也会修改。搜索路径被存储在 sys 模块中的 path 变量中。

6.包(package)

包是一种管理 Python 模块命名空间的形式，采用"点模块名称"。
创建包分为三个步骤：

• 创建一个文件夹，用于存放相关的模块，文件夹的名字即包的名字。
• 在文件夹中创建一个__init__.py 的模块文件，内容可以为空。
• 将相关的模块放入文件夹中。

设计一套统一处理声音文件和数据的模块（或者称之为一个"包"）:
现存很多种不同的音频文件格式（基本上都是通过后缀名区分的，例如： .wav，.aiff，.au），所以你需要有一组不断增加的模块，用来在不同的格式之间转换。
并且针对这些音频数据，还有很多不同的操作（比如混音，添加回声，增加均衡器功能，创建人造立体声效果），所以还需要一组写不完的模块来处理这些操作。
这里给出了一种可能的包结构（在分层的文件系统中）：

sound/                          # 顶层包
      __init__.py               # 初始化 sound 包
      formats/                  # 文件格式转换子包
              __init__.py
              wavread.py
              wavwrite.py
              aiffread.py
              aiffwrite.py
              auread.py
              auwrite.py
              ...
      effects/                  # 声音效果子包
              __init__.py
              echo.py
              surround.py
              reverse.py
              ...
      filters/                  # filters 子包
              __init__.py
              equalizer.py
              vocoder.py
              karaoke.py
              ...

在导入一个包的时候，Python 会根据 sys.path 中的目录来寻找这个包中包含的子目录。
目录只有包含一个叫做 __init__.py 的文件才会被认作是一个包，最简单的情况，放一个空的 __init__.py 就可以了。

import sound.effects.echo

这将会导入子模块 sound.effects.echo。 他必须使用全名去访问：

sound.effects.echo.echofilter(input, output, delay=0.7, atten=4)

还有一种导入子模块的方法是：

from sound.effects import echo

这同样会导入子模块: echo，并且不需要那些冗长的前缀，所以可以这样使用：

echo.echofilter(input, output, delay=0.7, atten=4)

还有一种变化就是直接导入一个函数或者变量：

from sound.effects.echo import echofilter

同样的，这种方法会导入子模块: echo，并且可以直接使用他的 echofilter() 函数：

echofilter(input, output, delay=0.7, atten=4)

注意当使用 from package import item 这种形式的时候，对应的 item 既可以是包里面的子模块（子包），或者包里面定义的其他名称，比如函数，类或者变量。

设想一下，如果我们使用 from sound.effects import * 会发生什么？
Python 会进入文件系统，找到这个包里面所有的子模块，一个一个的把它们都导入进来。
导入语句遵循如下规则：如果包定义文件 __init__.py 存在一个叫做 __all__的列表变量，那么在使用 from package import * 的时候就把这个列表中的所有名字作为包内容导入。

这里有一个例子，在 sounds/effects/__init__.py中包含如下代码：

__all__ = ["echo", "surround", "reverse"]

这表示当你使用 from sound.effects import *这种用法时，你只会导入包里面这三个子模块。
如果__all__真的没有定义，那么使用from sound.effects import *这种语法的时候，就不会导入包 sound.effects 里的任何子模块。他只是把包 sound.effects 和它里面定义的所有内容导入进来（可能运行__init__.py里定义的初始化代码）。
这会把 __init__.py 里面定义的所有名字导入进来。并且他不会破坏掉我们在这句话之前导入的所有明确指定的模块。

import sound.effects.echo
import sound.effects.surround
from sound.effects import *

这个例子中，在执行 from...import 前，包 sound.effects 中的 echo 和 surround 模块都被导入到当前的命名空间中了。
通常我们并不主张使用from sound.effects import *这种方法来导入模块，因为这种方法经常会导致代码的可读性降低。

练习题

1. 怎么查出通过 from xx import xx导⼊的可以直接调⽤的⽅法？
   dir()函数
2. 了解Collection模块，编写程序以查询给定列表中最常见的元素。
   题目说明：
   输入：language = [‘PHP’, ‘PHP’, ‘Python’, ‘PHP’, ‘Python’, ‘JS’, ‘Python’, ‘Python’,‘PHP’, ‘Python’]
   输出：Python

Counter是一个简单的计数器，目的是用来跟踪值出现的次数。它是一个无序的容器类型，以字典的键值对形式存储。其中元素为key，个数为value. 计数值可以是任意的interger(含0和负数)

language = ['PHP', 'PHP', 'Python', 'PHP', 'Python', 'JS', 'Python', 'Python','PHP', 'Python']

def most_element(language):
	from collections import Counter
	c=Counter(language)
	print(max(c))

most_element(language)
# Python

二、datetime模块

datetime 是 Python 中处理日期的标准模块，它提供了 4 种对日期和时间进行处理的类：datetime、date、time 和 timedelta。

1.datetime类

• datetime.now(tz=None) 获取当前的日期时间，输出顺序为：年、月、日、时、分、秒、微秒。
• datetime.timestamp() 获取以 1970年1月1日为起点记录的秒数。
• datetime.fromtimestamp(tz=None) 使用 unixtimestamp 创建一个 datetime。

class datetime(date):
    def __init__(self, year, month, day, hour, minute, second, microsecond, tzinfo)
        pass
    def now(cls, tz=None):
        pass
    def timestamp(self):
        pass
    def fromtimestamp(cls, t, tz=None):
        pass
    def date(self):
        pass
    def time(self):
        pass
    def year(self):
        pass
    def month(self):
        pass
    def day(self):
        pass
    def hour(self):
        pass
    def minute(self):
        pass
    def second(self):
        pass
    def isoweekday(self):
        pass
    def strftime(self, fmt):
        pass
    def combine(cls, date, time, tzinfo=True):
        pass

创建一个 datetime 对象

import datetime

dt = datetime.datetime(year=2020, month=8, day=7, hour=10, minute=10, second=30)
print(dt)
# 2020-08-07 10:10:30
print(dt.timestamp())
# 1596766230.0

dt=datetime.datetime.fromtimestamp(1596766230.0)
print(dt)
# 2020-08-07 10:10:30
print(type(dt))
# 

dt=datetime.datetime.now()
print(dt)
# 2020-08-07 20:37:17.331757
print(type(dt))
# 

• datetime.strftime(fmt) 格式化 datetime 对象。

符号	说明
%a	本地简化星期名称（如星期一，返回 Mon）
%A	本地完整星期名称（如星期一，返回 Monday）
%b	本地简化的月份名称（如一月，返回 Jan）
%B	本地完整的月份名称（如一月，返回 January）
%c	本地相应的日期表示和时间表示
%d	月内中的一天（0-31）
%H	24小时制小时数（0-23）
%I	12小时制小时数（01-12）
%j	年内的一天（001-366）
%m	月份（01-12）
%M	分钟数（00-59）
%p	本地A.M.或P.M.的等价符
%S	秒（00-59）
%U	一年中的星期数（00-53）星期天为星期的开始
%w	星期（0-6），星期天为星期的开始
%W	一年中的星期数（00-53）星期一为星期的开始
%x	本地相应的日期表示
%X	本地相应的时间表示
%y	两位数的年份表示（00-99）
%Y	四位数的年份表示（0000-9999）
%Z	当前时区的名称（如果是本地时间，返回空字符串）
%%	%号本身

将 datetime 对象转换为任何格式的日期：

import datetime

dt = datetime.datetime(year=2020, month=8, day=7, hour=20, minute=50, second=45)
s = dt.strftime("'%Y/%m/%d %H:%M:%S")
print(s)
# 2020/08/07 20:50:45

s=dt.strftime('%d %B,%Y,%A')
print(s)
# 07 August,2020,Friday

s=dt.strftime('%b-%d,%Y')
print(s)
# Aug-07,2020

• datetime.date() Return the date part.
• datetime.time() Return the time part, with tzinfo None.
• datetime.year 年
• datetime.month 月
• datetime.day 日
• datetime.hour 小时
• datetime.minute 分钟
• datetime.second 秒
• datetime.isoweekday 星期几

datetime 对象包含很多与日期时间相关的实用功能。

import datetime
dt=datetime.datetime(year=2020,month=8,day=7,hour=20,minute=50,second=45)
print(dt.date())     # 2020-08-07
print(type(dt.date()))   # 
print(dt.time())     # 20:50:45
print(type(dt.time()))   # 
print(dt.year)       # 2020
print(dt.month)      # 8
print(dt.day)        # 7
print(dt.hour)       # 20
print(dt.minute)     # 50
print(dt.second)     # 45
print(dt.isoweekday())   # 5

在处理含有字符串日期的数据集或表格时，我们需要一种自动解析字符串的方法，无论它是什么格式的，都可以将其转化为 datetime 对象。这时，就要使用到 dateutil 中的 parser 模块。

• parser.parse(timestr, parserinfo=None, **kwargs)
  将字符串解析为 datetime对象：

from dateutil import parser

s = '2020-06-25'
dt = parser.parse(s)
print(dt)
# 2020-06-25 00:00:00
print(type(dt))
# 

s = 'March 31, 2010, 10:51pm'
dt = parser.parse(s)
print(dt)
# 2010-03-31 22:51:00
print(type(dt))
# 

2.date类

class date:
    def __init__(self, year, month, day):
        pass
    def today(cls):
        pass

• date.today() 获取当前日期信息。

import datetime

d = datetime.date(2020, 8, 07)
print(d)
# 2020-08-07
print(type(d))
# 

d = datetime.date.today()
print(d)
# 2020-08-07
print(type(d))
# 

3.time类

class time:
    def __init__(self, hour, minute, second, microsecond, tzinfo):
        pass

示例：

import datetime

t = datetime.time(12, 9, 23, 12980)
print(t)
# 12:09:23.012980
print(type(t))
# 

注意：

• 1秒 = 1000 毫秒（milliseconds）
• 1毫秒 = 1000 微妙（microseconds）

4.timedelta类

timedelta 表示具体时间实例中的一段时间。你可以把它们简单想象成两个日期或时间之间的间隔。
它常常被用来从 datetime 对象中添加或移除一段特定的时间。

class timedelta(SupportsAbs[timedelta]):
    def __init__(self, days, seconds, microseconds, milliseconds, minutes, hours, weeks,):
        pass
    def days(self):
        pass
    def total_seconds(self):
        pass

示例：

import datetime

td = datetime.timedelta(days=30)
print(td)
# 30 days, 0:00:00
print(type(td))
# 
print(datetime.date.today())
# 2020-08-07
print(datetime.date.today() + td)
# 2020-09-06

dt1 = datetime.datetime(2020, 1, 31, 10, 10, 0)
dt2 = datetime.datetime(2019, 1, 31, 10, 10, 0)
td = dt1 - dt2
print(td)
# 365 days, 0:00:00
print(type(td))
# 

td1 = datetime.timedelta(days=30)
td2 = datetime.timedelta(weeks=1)
td = td1 - td2
print(td)
# 23 days, 0:00:00
print(type(td))
# 

如果将两个 datetime对象相减，就会得到表示该时间间隔的timedelt 对象。
同样地，将两个时间间隔相减，可以得到另一个 timedelta 对象。

练习题

1. 假设你获取了用户输入的日期和时间如2020-1-21 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：
   题目说明:

def to_timestamp(dt_str,tz_str):
    from dateutil import parser
    dt=parser.parse(dt_str+tz_str)
    print(dt.timestamp())

d1='2020-6-1 08:10:30'
t1='+7:00'
to_timestamp(d1,t1)
# 1590973830.0
d2='2020-5-31 16:10:30'
t2='-09:00'
to_timestamp(d2,t2)
# 1590973830.0

2. 编写Python程序以选择指定年份的所有星期日。

def all_sundays(year):
    import datetime

    for i in range(7):
        dt=datetime.date(year,1,i+1)
        if dt.isoweekday()==7:
            d=dt
    t=datetime.timedelta(weeks=1)
    while d.year==2020:
        print(d)
        d=d+t

year=2020
all_sundays(year)
'''
2020-01-05
2020-01-12
2020-01-19
2020-01-26
2020-02-02
...
2020-11-29
2020-12-06
2020-12-13
2020-12-20
2020-12-27
'''