Python进阶（课程学习笔记）

1. import底层原理

假设先创建一个文件demonA.py，内容如下：

# encoding: utf-8

print("Test demon A")


def add(a, b):
    """
    
    :param a: 
    :param b: 
    :return: 
    """
    return a + b


print("End test Demon B")

假设要在demonB.py文件中导入对应的demonA模块:

# encoding: utf-8

import demonA

在执行demonB.py文件的时候，结果如下：

在import demonA模块的时候，python会做三件事情：

1. 执行demonA中的代码

2. 将demonA这个模块添加到sys.modules这个字典中（首先判断sys.modules中有没有demonA这      个模块，如果有，则不会去执行和导入，如果没有，则会执行导入模块）

3. 在当前文件中(demonB)中创建一个变量demonA，来指向demonA这个模块

4. from demonA import add() 所执行的流程与上述的流程类似。

2. 循环引用

  A文件引用B文件，B文件引用A文件。

例子1：

A文件内容：

# encoding: utf-8

import demonB

print("Test demon A")

B文件内容：

# encoding: utf-8

import demonA

print("Test demon B")

运行B文件，运行结果：

运行结果分析：

1. 运行B文件的时候，首先执行import A, 此时会判断A是否在字典sys.modules中，此时A还不在sys.modules中，所以会执行A中的代码。

2. 执行A中的代码，首先又会执行A中import B，此时B还不字典sys.modules中，因此会去执行B中的代码。

3. 此时又回到步骤1，执行B中的代码，但此时A已经在字典sys.modules中，因此不会再执行import A，而实直接打印Test DemonB

4. A文件中的import B执行完毕后，会继续执行print函数。

5.最后再回到B文件中，执行B文件中的print代码

含有自定义函数的文件的循环导入问题：

A文件内容：

# encoding: utf-8

# import demonB
# 换一种导入方法
from demonB import method_b


def method_a():
    print("method in file A")


print("Test demon A")

B文件内容：

# encoding: utf-8

# import demonA
# 换一种导入方法
from demonA import method_a


def method_b():
    print("method in file B")


print("Test demon B")

此时运行B文件，会出下如下的错误：

 运行结果分析：

1. 执行B文件中的代码，首先执行from demonA import method_a,由于此时demonA不再sys.modules,因此回去先执行A文件中的代码。

2. 执行A文件中的代码，首先执行from demonB import method_b,此时demonB不再sys.modules中，因此回去执行B文件中的代码，此时执行from demonA import method_a，这个时候demonA已经在sys.modules中，但是此时A文件中还未执行到方法method_a()定义的位置，因此import method_a便会报错。

解决循环引用：

循环引用出现的原因： 代码设计不合理！将相互引用的内容按照下图进行调整：

/*
          +---------------------+          +--------------------+
          |                     |          |                    |
          |                     |          |                    |
          |                   --+--------> |                    |
          |                     |          |                    |
          |     method_a        |          |      method_b      |
          |                     |          |                    |
          |                   <-+----------+-                   |
          |                     |          |                    |
          +---------------------+          +--------------------+
                   A                                 B

-------------------------------------------------------------------------------

                           +---------------------+
                           |                     |
                           |       method_a      |
                           |                     |
              +--------->  |       method_b      | <------+
              |            |                     |        |
              |            |                     |        |
              |            |                     |        |
              |            +---------------------+        |
    
              |                                           |
    
              |                                           |
           +--+------------------+          +-------------+------+
           |                     |          |                    |
           |                     |          |                    |
           |                     |          |                    |
           |                     |          |                    |
           |                     |          |                    |
           |                     |          |                    |
           |                     |          |                    |
           |                     |          |                    |
           +---------------------+          +--------------------+
                    A                                 B
 */

3. 魔术变量

__name__变量，不需要的导入任何模块，它在任何一个python文件中都是存在的。可以通过print发放对其进行打印，查看其值：

print(__name__)

输出值为：__main__

1. 如果一个python文件是作为被导入文件或者模块来运行的，那么就不是作为主运行文件来执行的。

2. 如果直接通过python文件来运行的，那么就是作为主运行文件来执行的。

例如：

A文件的内容：

# encoding: utf-8

from demonB import method_b


def method_a():
    print("method in file A")

print("demonA: ", __name__)

B文件的内容：

# encoding: utf-8

print("demonB: ", __name__)

def method_b():
    print("method in file B")

在A文件中导入了B文件，因此B是被导入执行，而A不是导入执行，因此AB文件的__main__变量值如下所示：

 因此，不同的文件，变量__main__的值可能是不同的。

若需要一个文件需要作为主运行文件运行，则可以做 if __name__ = "__main__"判断。

 4. PIP简要介绍

如果在本地环境下开发完成，需要将项目部署到服务器。此时需要将当前本地开发环境下安装的包在服务器端安装一遍，可以采用如下命令，将当前环境下安装的包全部列出来放在指定文件中。

pip freeze > requirements.txt

将requirements问价放到服务器端，然后通过如下的命令，可以使python按照文件中的包的版本自动安装所有的包：

pip install -r requirements.txt

有的包的网站服务器在国外，导致安装的速度过慢，甚至导致超时报错，此时可以更换安装源，将安装源更换为国内镜像，此时的安装速度就会很快,例如，可指定豆瓣的安装源，此外还有好多其他的国内安装镜像源，可自行百度。

pip install packageName -i https://pypi/douban.com/simple

永久修改安装源：、

windows操作系统下，在当前用户的目录下新建pip/pip.ini,然后在文件中添加如下的代码:

[global]
timeout = 6000
index-url = https://pypi.douban.com/simple

Linux操作系统下，在用户目录下，新建.pip/pip.conf,然后在文件中添加：

[global]
timeout = 5000
index-url = https://pypi.douban.com/simple

5. 列表生成式(列表推导式)

x = [x for x in range(100)]
print(x)

x = [1 for _ in range(100)]
print(x)

values = [x for x in range(100) if x % 2 == 0]
print(values)

6.Python虚拟环境

在使用pip安装的第三方包，会安装到系统级的python环境中，但是有时，需要维护的项目所需的第三方包，与现有的安装版本不同，或者是同时需要维护多个不同版本的项目，需要同时安装多个不同版本的第三方包，此时就可以通过python虚拟环境来解决这个问题。

python中的一个虚拟环境相当于一个抽屉，安装在这个抽屉中的软件包，不会影响其他抽屉中的软件包。并且在项目中，可以指定项目的虚拟环境来配合项目，针对不同的项目可以创建不同的虚拟环境。

virtualevnwrapper是一个用于简化管理python虚拟环境的包：(相比于直接使用virtualenv的优点)

1. 可以预先设置python虚拟环境的创建路径，设置好路径之后，每次创建的虚拟环境都会放在已经指定号的路径下。

2.每次需要激活或者关闭虚拟环境的时候，无需再次切换到虚拟环境所在的路径下。

3. 无需通过切换到特定目录下去查看安装了哪些虚拟环境，可通过命令行直接进行查看。

安装：

windows下：pip install virtualenvwrapper-win

Linux下：pip install virtualenvwrapper

创建虚拟环境：mkvirtualenv envname  

激活/切换到某个虚拟环境：workon envname

退出虚拟环境：deactivate

删除虚拟环境：rmvirtualenv envname

列出所有虚拟环境：lsvirtualenv

进入到虚拟环境所在的目录：cdvirtualenv

安装好virtualevnwrapper之后，如果需要指定虚拟环境的创建位置，需要设置一下环境变量，设置方式如下所示（推荐操作）：
windows下在 高级系统设置 > 环境变量 > 系统变量 中 添加一个参数WORKON_HOME，将这个 参数的值设置为需要的路径即可。

 此外，还可以在创建虚拟环境的时候指定python的版本:

mkvirtualenv --python==c:\python36\python.exe envname

7. Python迭代器和for循环底层原理

什么是迭代器：

迭代器可以使我们在访问集合的时候变得非常方便，python中的for ... in ...的访问集合的方式，就是通过迭代器进行的。如果没有迭代器，只能通过在循环中利用下标及逆行访问。如果某个类实现了__next__方法和__iter__方法，并且这个方法返回了值的对象，称为迭代器对象，如果迭代器没有返回值了，那应该在next方法中抛出一个StopIteration异常。（根本没有描述清楚！）

可迭代对象：可以直接使用python的for循环遍历的对象称为可迭代对象。常见的List,tuple, set等。

判断一个对象是否可迭代的依据是，这个对象是否实现了__iter__方法，且这个方法需要返回一个迭代器对象。

采用如下方法判断一个对象是否为可迭代对象：

from collections import Iterable

a = [1, 2, 3, 4]

ret = isinstance(a, Iterable)

print(ret)

如下所示，可自定义一个可迭代对象：

# 自定义一个迭代器，迭代器中需要实现两个方法
class MyRangeIterator:
    def __init__(self, start, end):
        """
        构造函数
        :param start: 起始位置
        :param end: 迭代位置
        """
        self.start = start
        self.end = end

    def __iter__(self):
        """
        iter方法返回自己
        :return:
        """
        return self

    def __next__(self):
        """
        在每一次进行for循环遍历的时候，就会去调用这个方法
        :return:
        """
        if self.start < self.end:
            temp = self.start
            self.start += 1
            return temp
        else:
            """
            如果已经超过限制，此时应该抛出StopIteration异常，此时for循环捕获到这个异常，会停止循环
            """
            raise StopIteration()


# 定义一个可迭代的对象
class MyRange:
    def __init__(self, start, end):
        """
        构造函数
        :param start: 起始
        :param end: 结束
        """
        self.start = start
        self.end = end

    def __iter__(self):
        """
        实现iter方法，在此方法中需要返回一个迭代器对象
        :return:
        """
        return MyRangeIterator(self.start, self.end)


r = MyRange(1, 10)

for x in r:
    print(x)

输出结果：

 for循环的运行原理：for循环首先会通过可迭代对象中的__iter__方法获取可迭代对象的迭代器，然后会调用迭代器的__next__方法，每循环一次，都会去调用这个__next__方法返回相应的值。
 

获取迭代器以及遍历其中的内容：

对于一个可迭代对象，可以通过iter()方法获取其迭代器：

r = MyRange(1, 10)

my_iterator = iter(r)    # 获取可迭代对象的迭代器

# 遍历迭代器中的内容
while True:
    try:
        x = my_iterator.__next__()
        print(x)
    except StopIteration:
        """
        这里需要自行捕0获迭代器抛出的StopIteration异常，结束循环
        在for ...in ...循环的底层，python已经提前封装好了这些东西，因此不用
        再手动去捕获
        """
        break
        

输出结果：

另一种写法

还可以将上述的可迭代对象以及迭代器合并，写到一个类中：

# 定义一个可迭代的对象
class MyRange:
    """
    可迭代对象需要实现__iter__()方法，迭代器需要实现__iter__()以及__next__()
    此设在同一个类中实现这两个方法，这个类相当于一个可迭代对象和迭代器
    """
    def __init__(self, start, end):
        """
        构造函数
        :param start: 起始
        :param end: 结束
        """
        self.start = start
        self.end = end
        self.index = start

    def __iter__(self):
        """
        实现iter方法，在此方法中需要返回一个迭代器对象
        :return:
        """
        # return MyRangeIterator(self.start, self.end)、
        return self          # 此时返回self即可，因此此时这个类本身实现了__next__()，相当于迭代器了

    def __next__(self):
        """
              在每一次进行for循环遍历的时候，就会去调用这个方法
              :return:
              """
        if self.index < self.end:
            temp = self.index
            self.index += 1
            return temp
        else:
            """
            如果已经超过限制，此时应该抛出StopIteration异常，此时for循环捕获到这个异常，会停止循环
            """
            raise StopIteration()


r = MyRange(1, 10)

for x in r:
    print(x)

print("="*25)

for y in r:
    print(y)

但是出现的新问题是，此时如果遍历两次，第二次会遍历不到任何值（第一种写法则不存在这种问题）：

 分析可知，使用for循环每次遍历可迭代对象的时候，第一种写法总是会返回一个重新初始化的迭代器，所以可以返回正常的值。对于第二种写法，当使用for循环第二次遍历的时候，此时self.index已经达到最大值，此时再调用__next__()，只会抛出异常，导致循环立即终止。

此时需要做如下修改：

    def __next__(self):
        """
              在每一次进行for循环遍历的时候，就会去调用这个方法
              :return:
              """
        if self.index < self.end:
            temp = self.index
            self.index += 1
            return temp
        else:
            """
            如果已经超过限制，此时应该抛出StopIteration异常，此时for循环捕获到这个异常，会停止循环
            """
            self.index = self.start       # 将self.index置为初始值
            raise StopIteration()

8. 生成器

什么场景下需要生成器：例如需要打印1~1亿的整型数字，直接调用range()函数，大概率会导致程序崩溃，因为range()函数会直接产生一个1-1亿的列表，且将列表中的所有数据存放到内存中，导致内存爆满。此时就需要使用生成器来解决这个问题，生成器的工作原理是，不会一次把所有数据都加载到内存中，而是在循环的时候临时生成数据，循环一次生成一个，所以在程序运行期间永远只会生成一个数据，极大的节省了内存。

1. 用rangge配合圆括号可产生一个生成器

numbers = (x for x in range(1, 10000000))
print(type(numbers))      # 输出 

for xx in numbers:
    print(xx)

2. 自定义一个生成器：
生成器可以通过函数产生，如果在一个函数中出现了yield关键字，那么这个函数将不再是一个普通的函数，而是一个生成器函数。yield一次会返回一个结果，并且会冻结当前函数的状态，如下例子所示：

def my_gen():
    """
    定义生成器函数，每次通过next获取生成器中的值的时候，
    会执行一条yield语句，且函数的状态能够保持，例如函数
    中的临时变量的值会保存下来
    :return:  返回的不是yield后面的值，而是一个生成器
    """
    yield 1
    yield 2
    yield 3


# 获取生成器中的值
ret = my_gen()        # 此时不执行函数my_gen()中的代码，而是返回一个生成器，调用next的时候才会去执行 ，也就是说，next会触发下一条yield语句
print(next(ret))      # 1
print(next(ret))      # 2
print(next(ret))      # 2
print(next(ret))      # 抛出异常 StopIteration

生成器的基本原理如上，而且可以用for循环遍历生成器，因此生成器也是一个可迭代对象，也是一个迭代器，因此他只能被遍历一次（第二次遍历不到任何值，如前面可迭代对象的例子所示）。

例如自定义一个1~1亿的生成器：

def gen(start, end):
    """
    自定义一个生成器
    :param start:  起始位置
    :param end:    结束位置
    :return:
    """
    index = start
    while index < end:
        yield index
        index += 1       # index的状态会被保存下来，在重复调用next的时候会触发yield语句，产生对应的值


ret = gen(1, 100000)
for x in ret:
    print(x)

注： 在调用生成器函数的时候，确实不会执行函数中的任何语句，只有调用next触发yield语句的时候，才会第一次执行响应的语句，之后每次再去根据next触发去执行yield语句。

def gen(start, end):
    """
    自定义一个生成器
    :param start:  起始位置
    :param end:    结束位置
    :return:
    """
    print("Hello")
    index = start
    while index < end:
        yield index
        index += 1       # index的状态会被保存下来，在重复调用next的时候会触发yield语句，产生对应的值


ret = gen(1, 10)
for x in ret:
    print(x)

输出结果：

send方法：与next方法类似，send方法也可以触发生成器的下一个yield，与next不同的是，send函数还可以发送数据过去，作为yield表达式的值。

注：生成器中如果写了return语句，就会触发StopIteration异常

def my_gen():
    print("hello")
    yield 1
    return
    yield 2

ret = my_gen()

next(ret)
next(ret)

 生成器案例：
1. 生成器打印斐波那契额数列：

def fab(n):
    """
    斐波那契数列
    :param n:  数列的个数
    :return:
    """
    count = 0
    first = 0
    second = 1
    while count < n:
        temp = first + second
        first = second
        second = temp
        count += 1
        yield temp


ret = fab(10)

for x in ret:
    print(x)