Python——— 模块

（一）模块化(module)程序设计理念

模块和包概念的进化史

模块和包概念的进化史

① Python程序由模块组成。一个模块对应 python 源文件，一般后缀名是： .py

② 模块由语句组成。运行Python 程序时，按照模块中语句的顺序依次执行

③ 语句是Python程序的构造单元，用于创建对象、变量赋值、调用函数、控制语句等

“量变引起质变” 

           量变引起质变，从本质上理解，随着数量的增加，管理方式会发生本质的变化；旧的管理方式完全不适合，必须采用新的管理方式。

         程序越来越复杂 ， 语句多了 ，怎么管理？很自然的，我们会将实现同一个功能的语句封装到

函数中，统一管理和调用，于是函数诞生了。

        程序更加复杂， 函数和变量多了 ，怎么管理？同样的思路，“ 物以类聚 ” ，我们将同一类型对

象的 “ 数据和行为 ” ，也就是 “ 变量和函数 ” ，放到一起统一管理和调用，于是 “ 类和对象 ” 诞生了。

         程序继续复杂，函数和类更加多了，怎么办？好，我们将实现类似功能的函数和类统统放到

一个模块中，于是 “ 模块 ” 诞生了。

         程序还要复杂，模块多了，怎么办？ 于是，我们将实现类似功能的模块放到一起，于是“包 ”

就诞生了。

标准库模块(standard library)

        与函数类似，模块也分为标准库模块和用户自定义模块。Python标准库提供了操作系统功能、网络通信、文本处理、文件处理、数学运算等基本的功能。比如：random( 随机数 ) 、 math( 数学运算) 、 time( 时间处理 ) 、 file( 文件处理 ) 、 os( 和操作系统交互 ) 、sys(和解释器交互 ) 等。

        另外，Python 还提供了海量的第三方模块，使用方式和标准库类似。功能覆盖了我们能想象到的所有领域，比如：科学计算、WEB开发、大数据、人工智能、图形系统等。

为什么要模块化编程（好处）

        模块(module) 对应于 Python 源代码文件 (.py 文件 ) 。模块中可以定义变量、函数、类、普通语句。 这样，我们可以将一个Python 程序分解成多个模块，便于后期的重复应用。

        模块化编程（Modular Programming ）将一个任务分解成多个模块。每个模块就像一个积木一样，便于后期的反复使用、反复搭建。

模块化编程有如下几个重要优势：

    便于将一个任务分解成多个模块，实现团队协同开发，完成大规模程序

    实现代码复用。一个模块实现后，可以被反复调用

    可维护性增强

模块化编程的流程

模块化编程的一般流程：

    设计 API ，进行功能描述。

    编码实现 API 中描述的功能。

    在模块中编写测试代码，并消除全局代码。

    使用私有函数实现不被外部客户端调用的模块函数。

模块的 API 和功能描述要点

        API(Application Programming Interface 应用程序编程接口 ) 是用于描述模块中提供的函数和类的功能描述和使用方式描述。模块化编程中，首先设计的就是模块的API （即要实现的功能描述） ，然后开始编码实现API 中描述的功能。最后，在其他模块中导入本模块进行调用。 可以通过help( 模块名 ) 查看模块的 API 。一般使用时先导入模块 ，然后通过help 函数查看。 也可以在 python 的 api 文档中查询。首先进入 python 的安装目录下的docs 子目录：

模块的创建和测试代码

        每个模块都有一个名称，通过特殊变量 __name__ 可以获取模块的名称。在正常情况下，模块名字对应源文件名。 仅有一个例外，就是当一个模块被作为程序入口时（主程序、交互式提示符下），它的 __name__ 的值为 __main__ 。我们可以根据这个特点，将模块源代码文件

中的测试代码进行独立的处理。例如：

包package

包(package)的概念和结构

        当一个项目中有很多个模块时，需要再进行组织。我们将功能类似 的模块放到一起，形成了“包 ” 。本质上， “ 包 ” 就是一个必须有 __init__.py 的文件夹。典型结构如下：

        包下面可以包含“ 模块 (module)” ，也可以再包含 “ 子包 (subpackage)”。就像文件夹下面可以有文件，也可以有子文件夹一 样

上图中， a 是上层的包，下面有一个子包： aa 。可以看到每个包里面都有 __init__.py 文件。

pycharm中创建包  

        在pycharm 开发环境中创建包，非常简单。在要创建包的地方单击右键： New -- >Python package 即可。 pycharm 会自动帮助我们生成带有 __init__.py 文件的包。

 

导入包操作和本质

上一节中的包结构，我们需要导入 module_AA.py 。方式如下：

1

import a.aa.module_AA

在使用时，必须加完整名称来引用，比如： a.aa.module_AA.fun_AA()

2

from a.aa import module_AA

在使用时，直接可以使用模块名。 比如： module_AA.fun_AA()

3

from a.aa.module_AA import fun_AA 直接导入函数

在使用时，直接可以使用函数名。 比如： fun_AA()

注意：

from package import item 这种语法中， item 可以是包、模块，也可以是函数、类、变量。

import item1.item2 这种语法中， item 必须是包或模块，不能是其他。

        导入包的本质其实是“ 导入了包的 __init__.py ” 文件。也就是说， import pack1 意味着执行了包 pack1 下面的 __init__.py 文件。 这样，可以在 __init__.py 中批量导入我们需要的模块，而不再需要一个个导入。

 

__init__.py 的核心作用：

1

作为包的标识，不能删除。

2

导入包实质是执行 __init__.py 文件，可以在 __init__.py 文件中做这个包的初始化、以及需要统一执行代码、批量导入。

用 * 导入包

        import * 这样的语句理论上是希望文件系统找出包中所有的子模块，然后导入它们。这可能会花长时间等。Python 解决方案是提供一个明确的包索引。

        这个索引由 __init__.py 定义 __all__ 变量，该变量为一个列表，如上例 a 包下的 __init__.py 中，可定义 __all__ = ["module_A","module_A2"] 这意味着， from sound.effects import * 会从对应的包中导入以上两个子模块；

库( Library)

        Python中库是借用其他编程语言的概念，没有特别具体的定义。 模块和包侧重于代码组织，有明确的定义。库强调的是功能性，而不是代码组织。 我们通常将某个功能的“模块的集合”，称为库。

标准库(Standard Library)

        Python拥有一个强大的标准库。 Python 语言的核心只包含数字、字

符串、列表、字典、文件等常见类型和函数，而由 Python 标准库提

供了系统管理、网络通信、文本处理、数据库接口、图形系统、

XML 处理等额外的功能。

Python 标准库的主要功能有：

           文本处理 ，包含文本格式化、正则表达式匹配、文本差异计算与合并、Unicode 支持，二进制数据处理等功能

         文件处理 ，包含文件操作、创建临时文件、文件压缩与归档、操作配置文件等功能操作系统功能，包含线程与进程支持、IO 复用、日期与时间处理、调用系统函数、日志 （logging ）等功能

          网络通信 ，包含网络套接字，SSL加密通信、异步网络通信等功能

         网络协议 ，支持HTTP， FTP ， SMTP ， POP ， IMAP ， NNTP ， XMLRPC 等多种网络协议，并提供了编写网络服务器的框架

         W3C格式支持 ，包含 HTML ， SGML ， XML 的处理。

         其它功能 ，包括国际化支持、数学运算、HASH 、 Tkinter 等

 

目前学过的有： random 、 math 、 time 、 file 、 os 、 sys 等模块。

   random 模块实现随机数处理

   math 模块实现数学相关的运算

   time 模块实现时间的处理

  file 模块实现对文件的操作

  OS 模块实现和操作系统的交互

   sys 模块实现和解释器的交互

第三方扩展库的介绍

        强大的标准库奠定了python 发展的基石，丰富和不断扩展的第三方库是python 壮大的保证。我们可以进入 PyPI官网（ https://pypi.org）

  常用第三方库大汇总

 

 

 

 

PIP模块管理工具

        pip 是一个现代的，通用的 Python 包管理工具。提供了对 Python包的查找、下载、安装、卸载的功能。

安装第三方扩展库的 2 种方式

        第三方库有数十万种之多，以pymysql 库为例讲解第三方扩展库的 安装。

第一种方式：命令行下远程安装

1

pip 更换数据源 ( 由于访问国外网站慢，建议更换 ) ：

        家目录中，创建 pip 目录，然后增加文件： pip.ini 内容拷贝下面的即可( 不要加其他字符 ) ：

[ global ]

index - url =

https : // mirrors . aliyun . com / pypi / simple /

[ install ]

trusted - host = mirrors . aliyun . com

Linux的家目录： ~ 增加目录和文件： ~/.pip/pip.conf

Windows 的家目录是： c:/user/用户名 增加目录和文件：

c:/user/用户名/pip/pip.ini

2

其他数据源：

阿里云 http://mirrors.aliyun.com/pypi/simple/

豆瓣： http://pypi.douban.com/simple/

中国科学技术大学 : https://pypi.mirrors.ustc.edu.cn/simple

清华： https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simpl

以安装第三方 pymysql 库为例，在命令行提示符下输入： pip install pymysql 即可。

第二种方式：Pycharm中直接安装到项目中

在 Pycharm 中，依次点击： file -- >setting -- >Project 本项目名 -- >Project Interpreter