python学习笔记（8）—— 标准库

参考：python 官方教学英文文档

标准库（Standard Library）

操作系统接口（Operating System Interface）

os模块提供了许多与操作系统交互的功能:

>>> import os
>>> os.getcwd()      # Return the current working directory
'C:\\Python311'
>>> os.chdir('/server/accesslogs')   # Change current working directory
>>> os.system('mkdir today')   # Run the command mkdir in the system shell
0

确保使用import os样式而不是from os import *。这将使os.open()不会遮蔽内置的open()函数，后者的操作方式非常不同。

内置的dir()和help()函数对于处理像os这样的大型模块是非常有用的交互式辅助工具:

>>> import os
>>> dir(os)
<returns a list of all module functions>
>>> help(os)
<returns an extensive manual page created from the module's docstrings>

对于日常的文件和目录管理任务，shutil模块提供了一个更容易使用的高级接口:

>>> import shutil
>>> shutil.copyfile('data.db', 'archive.db')
'archive.db'
>>> shutil.move('/build/executables', 'installdir')
'installdir'

文件通配符（File Wildcards）

glob模块提供了一个函数，用于从目录通配符搜索生成文件列表:

>>> import glob
>>> glob.glob('*.py')
['primes.py', 'random.py', 'quote.py']

命令行参数（Command Line Arguments）

常见的实用程序脚本通常需要处理命令行参数。这些参数以列表的形式存储在sys模块的argv属性中。例如，在命令行运行python demo.py one two three的输出结果如下:

>>> import sys
>>> print(sys.argv)
['demo.py', 'one', 'two', 'three']

argparse模块提供了一种更复杂的机制来处理命令行参数。下面的脚本提取一个或多个文件名和可选的要显示的行数:

import argparse

parser = argparse.ArgumentParser(
    prog='top',
    description='Show top lines from each file')
parser.add_argument('filenames', nargs='+')
parser.add_argument('-l', '--lines', type=int, default=10)
args = parser.parse_args()
print(args)

当运行命令python top.py --lines=5 alpha.txt beta.txt这个脚本会把args.lines设置成5 ，把args.filenames 设置成['alpha.txt', 'beta.txt'

错误输出重定向和程序终止(Error Output Redirection and Program Termination)

sys模块还具有stdin、stdout和stderr的属性。后者对于发出警告和错误消息非常有用，即使在stdout被重定向时也可以显示它们:

>>> sys.stderr.write('Warning, log file not found starting a new one\n')
Warning, log file not found starting a new one

字符串的正则匹配（String Pattern Matching）

re模块为高级字符串处理提供正则表达式工具。对于复杂的匹配和操作，正则表达式提供了简洁、优化的解决方案:

>>> import re
>>> re.findall(r'\bf[a-z]*', 'which foot or hand fell fastest')
['foot', 'fell', 'fastest']
>>> re.sub(r'(\b[a-z]+) \1', r'\1', 'cat in the the hat')
'cat in the hat'

当只需要简单的功能时，首选字符串方法，因为它们更容易阅读和调试:

>>> 'tea for too'.replace('too', 'two')
'tea for two'

数学（Mathematics）

math模块提供了对浮点数学的底层C库函数的访问:

>>> import math
>>> math.cos(math.pi / 4)
0.70710678118654757
>>> math.log(1024, 2)
10.0

random模块提供了进行随机选择的工具:

>>> import random
>>> random.choice(['apple', 'pear', 'banana'])
'apple'
>>> random.sample(range(100), 10)   # sampling without replacement
[30, 83, 16, 4, 8, 81, 41, 50, 18, 33]
>>> random.random()    # random float
0.17970987693706186
>>> random.randrange(6)    # random integer chosen from range(6)
4

statistics模块计算数值数据的基本统计属性(平均值、中位数、方差等):

>>> import statistics
>>> data = [2.75, 1.75, 1.25, 0.25, 0.5, 1.25, 3.5]
>>> statistics.mean(data)
1.6071428571428572
>>> statistics.median(data)
1.25
>>> statistics.variance(data)
1.3720238095238095

网络接入（Internet Access）

有许多模块用于访问互联网和处理互联网协议。其中最简单的两个是urllib.request从url和smtplib中检索数据以发送邮件:

>>> from urllib.request import urlopen
>>> with urlopen('http://worldtimeapi.org/api/timezone/etc/UTC.txt') as response:
		    for line in response:
		        line = line.decode()             # Convert bytes to a str
		        if line.startswith('datetime'):
		            print(line.rstrip())         # Remove trailing newline

datetime: 2022-01-01T01:36:47.689215+00:00

>>> import smtplib
>>> server = smtplib.SMTP('localhost')
>>> server.sendmail('[email protected]', '[email protected]',
"""To: [email protected]
From: [email protected]

Beware the Ides of March.
""")
>>> server.quit()

日期和时间（Dates and Times）

datetime模块提供了以简单和复杂的方式操作日期和时间的类。虽然支持日期和时间算术，但实现的重点是高效的成员提取以进行输出格式化和操作。该模块还支持识别时区的对象。

# dates are easily constructed and formatted
>>> from datetime import date
>>> now = date.today()
>>> now
datetime.date(2003, 12, 2)
>>> now.strftime("%m-%d-%y. %d %b %Y is a %A on the %d day of %B.")
'12-02-03. 02 Dec 2003 is a Tuesday on the 02 day of December.'

>>> # dates support calendar arithmetic
>>> birthday = date(1964, 7, 31)
>>> age = now - birthday
>>> age.days
14368

数据压缩（Data Compression）

常用的数据归档和压缩格式由zlib、gzip、bz2、lzma、zipfile和tarfile等模块直接支持。

>>> import zlib
s = b'witch which has which witches wrist watch'
>>> len(s)
41
>>> t = zlib.compress(s)
>>> len(t)
37
>>> zlib.decompress(t)
b'witch which has which witches wrist watch'
>>> zlib.crc32(s)
226805979

质量控制（Quality Control）

开发高质量软件的一种方法是在开发过程中为每个功能编写测试，并在开发过程中经常运行这些测试。

doctest模块提供了一种工具，用于扫描模块并验证嵌入在程序文档字符串中的测试。测试构造非常简单，只需将典型调用及其结果剪切并粘贴到文档字符串中即可。这通过为用户提供一个示例来改进文档，并允许doctest模块确保代码与文档保持一致:

def average(values):
    """Computes the arithmetic mean of a list of numbers.

    >>> print(average([20, 30, 70]))
    40.0
    """
    return sum(values) / len(values)

import doctest
doctest.testmod()   # automatically validate the embedded tests

unittest模块不像doctest模块那么简单，但它允许在一个单独的文件中维护更全面的测试集:

import unittest

class TestStatisticalFunctions(unittest.TestCase):

    def test_average(self):
        self.assertEqual(average([20, 30, 70]), 40.0)
        self.assertEqual(round(average([1, 5, 7]), 1), 4.3)
        with self.assertRaises(ZeroDivisionError):
            average([])
        with self.assertRaises(TypeError):
            average(20, 30, 70)

unittest.main()  # Calling from the command line invokes all tests