14.Python 模块

模块是Python用来组织代码的一种方法，包是Python用来组织模块的一种方法。

常用基本语法如下：

'''Windows 按住win+R 输入 cmd，Mac 打开Terminal'''
pip install 模块名 # 安装模块
pip uninstall 模块名 # 卸载模块
pip list # 查看所安装的模块
'''
import 模块名
import 模块名 as 别名 
from 模块名 import 成员 # 导入单个成员
from 包 import 模块  
from 包.子包 import 模块
from 包.子包.模块 import 成员

常见问题：No module named XXXX

# Windows 按住win+R 输入 cmd，Mac 打开Terminal，输入以下命令
pip install XXXX

如果根据上面部分还是不能解决，则在要执行文件中开头添加以下命令：

import sys
import os
sys.path.append(os.path.abspath(os.path.join(os.path.dirname(__file__), '..')))

1. 使用模块

Python 把能够相互包含，且有组织的代码段称为模块（module）。使用模块的好处如下：

• 提高代码的可维护性。
• 提高代码的可重用性。
• 避免命名冲突和代码污染。

文件能够在物理层面组织模块，一个文件被看作是一个独立模块，一个模块也可以被看作一个文件。模块的文件名就是模块的名字加上扩展名.py。在.py文件中可以包含类、函数、变量、可运行的代码等。模块也可以被其他模块、脚本、交互式解析器导入（import），也可以被其他程序引用。

Python 模块一般位于安装目录下Lib文件夹中，执行help(“moduels”)命令，可以查看已经安装的所有模块列表。模块可以分为3种类型：

• 内置标准模块：Python 预安装了很多标准模块，如sys、time、json模块等。
• 第三方开源模块：由第三方商业公司或个人开发，并免费分享到网上的模块。用户使用的大部分模块都是这种类型。
• 自定义模块：由开发者自己开发的模块，方便在脚本中使用

自定义模块的名字不能与系统模块重名，否则有覆盖内置模块的风险。例如，自定义一个sys.py模块后，就不能够使用系统的sys模块。

使用第三方模块时，有2种方法：

1.使用pip命名安装。

'''Windows 按住win+R 输入 cmd，Mac 打开Terminal'''
pip install 模块名 # 安装模块
pip uninstall 模块名 # 卸载模块
pip list # 查看所安装的模块

2.通过下面网址下载模块并安装模块。下载.whl或者.gz文件，在命令行进入到文件目录，使用pip install 文件名或者 python [setup.py](http://setup.py) install

• PyPi官网：https://pypi.org
• Gohlke：https://www.lfd.uci.edu/~gohlke/pythonlibs/

使用import语句可以导入模块，模块名不包含.py扩展名。如果模块名比较长，在导入时可以起一个别名。

# 导入模块
import 模块名1
import 模块名2
import 模块名1[,模块名2,..,模块名N]
# 导入模块并起别名
import 模块名1 as 别名 

所有的模块在开头部分导入，并且建议遵循如下顺序：

1. Python 标准模块。
2. Python 第三方模块。
3. 自定义模块。

一个模块无论被导入多少次，它只被加载一次，当Python解释器在源代码中遇到import关键字时，自动在搜索路径（sys.path）中搜寻对应的模块，如果发现在函数中导入，那么它的作用域是局部的。

搜索路径是一个目录列表，被存储在sys模块中的path变量中，供解释器在导入模块时参考，可以事先配置，或者在源代码中设置。

import sys # 导入sys模块
for i in sys.modules: # 遍历所有导入的模块
    print(i,end='\n')

dir(sys) # 查看该模块中可用的成员

# 兼容导入适配的模块版本
try:
    import json # python 2.6版本后
except ImportError:
    import simplejson as json # python 2.5版本前

使用from-import语句可以将指定模块中的成员名称导入当前作用域中，如函数、类或变量等，语法和示例如下：

from 模块名 import 成员 # 导入单个成员
from 模块名 import 成员1[,成员2,...,成员N] # 导入多个成员
from 模块名 import * # 导入所有成员

from time import * # 导入time模块中所有成员
print(dir())  # 查看导入的所有成员名称

2. 使用包

包是Python组织模块的一种逻辑方法，是一个有层次的目录结构，它定义了由多个模块或多个子包组成的Python应用程序运行环境。一个文件夹就是一个包，包的名称就是文件夹的名称，包可以相互嵌套。包的好处如下：

• 为名称空间加入有层次的组织结构。
• 允许开发人员把有联系的模块组合到一起。
• 允许分发者使用目录结构而不是一大堆混乱的文件。
• 解决同一个允许环境中导入模块重名问题。

创建包就是创建文件夹。

包文件夹下存在一个名为__init__.py的文件，用于标识当前文件夹是一个包，建议创建包时都添加__init__.py该文件。init.py可以是一个空文件，也可以初始化设置代码。

导入包有两种方法：

1. 绝对路径导入：通过指定“包.模块.名字”的完整路径进行导入。
2. 相对路径导入：在一个包（package）的内部，模块之间可以使用相对路径导入。
   • 在导入路径前面添加1个点号（.），表示当前目录。
   • 在导入路径前面添加2个点号（…），表示父级目录。

import 包
import 包.子包 
# 常用形式1
import 包.子包.模块  
# 常用形式2
from 包 import 模块  
from 包.子包 import 模块
from 包.子包.模块 import 成员

使用相对路径导入，必须是一个完整的项目，切必须从入口程序开始执行。

3. 常用模块

3.1 日期和时间

操作日期和时间的内置模块有：time、datetime、calendar。

time 是基础模块，可满足对时间类型数据的基本处理；

时间也是一种数据类型，分3种形式：时间戳（timestamp）、结构化时间（struct_time）、格式化的时间字符串（format string）。

import time # 导入time模块
print(time.time())  # 返回当前时间戳，浮点数：1700636693.016157
'''返回结构化时间，一个元组：
time.struct_time(tm_year=2023, tm_mon=11, tm_mday=22, 
tm_hour=15, tm_min=6, tm_sec=30, 
tm_wday=2, tm_yday=326, tm_isdst=0)
'''
print(time.localtime()) 
print(time.ctime()) # 返回当前本地时间的字符串：Wed Nov 22 15:06:30 2023
print(time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')) # 2023-11-22 15:16:00

datetime 模块是对time模块进行高级封装，功能更强大，使用更方便；

包含6个字类型：

• datetime.date：表示日期，常用的属性有year、month、day。
• datetime.time：表示时间，常用属性有hour、minute、second、microsecod。
• datetime.datetime：表示日期时间
• datetime.timedelta：表示两个date、time、datetime实例之间的时间间隔。
• datetime.tzinfo：时区对象。
• datetime.timezone：tzinfo的子类，表示时区，计算UTC的偏移量。

import time
import datetime
# 获取当前时间
print(datetime.datetime.now()) # 2023-11-22 15:35:44.190278
print(datetime.datetime.today()) # 2023-11-22 15:35:44.190382
# datetime 和结构化时间之间相互转换
print(datetime.datetime(year=2023,month=11,day=22,hour=15,minute=30,second=00)) # 2023-11-22 15:30:00
print(datetime.datetime.now().timetuple()) # 转换为结构化时间元组
# datetime和时间戳之间相互转换
print(datetime.datetime.timestamp(datetime.datetime.now()))
print(datetime.datetime.fromtimestamp(1700638527.603307))
# datetime和时间字符串之间的相互转换
dt = datetime.datetime.now()
print(dt.strftime('%Y=%m-%d %H:%M:%S')) # 2023=11-22 15:44:19
print(dt + datetime.timedelta(hours=8)) # 2023-11-22 23:44:19.150674

calendar 模块用于处理日历相关；

import calendar
n = calendar.month(2023,11)
print(n)

3.2 伪随机数

random 内置模块，能够实现各种分布的伪随机数。

• random.random()：用于生成（0<=n<1.0）的浮点数。
• random.unform(a,b)：用于生成（a<=n
• random.randint(a,b)：用于生成（a<=n<=b）的整数。
• random.randirange([start=0], stop[,step=1])：指定范围内，按指定步长递增的集合中获取一个随机数。
• random.choice(sequence)：从参数序列sequence对象中获取一个随机元素。
• random.shuffle(x[,random])：将一个列表中的元素打乱。
• random.sample(sequence,k)：从指定序列sequence中随机获取指定长度的片段。

import random 
print(random.random()) # 产生[0,1)浮点数 0.10565535904276113
print(random.uniform(1.1,5.4)) # 产生[1.1,5.4)浮点数 2.2114464386429304
print(random.randint(1,10)) # 产生[0,1]整数 4
print(random.choice([1,2,3,4,5,6,7,8,9,0])) # 从序列中随机选取一个元素 9
print(random.randrange(1,100,2)) # 生成 1～ 100的间隔2的随机整数 79
a = [1,3,5,7,8]
random.shuffle(a) # 将序列a中元素顺序打乱
print(a) # [5, 8, 1, 3, 7]

3.3 摘要算法

hashlib 内置模块包含hash和md5加密方法，这种加密是不可逆的，也称摘要算法。

hash 为哈希，表示把任意的输入，通过某种hash算法，转换成固定长度的输出，这个输出值就是散列值，也称摘要值，算法为哈希函数，摘要函数。

MD5 是最常见的摘要算法，速度快，生成结果是固定的16字节，通常用一个32位的十六进制字符串表示。

常用的方法有如下：

• md5()、sha1()：加密算法，获取一个加密的哈希对象。
• update()：用参数字符串更新哈希对象。
• digest()：以二进制数据字符串返回摘要信息。
• hexdigest()：以十六进制数据字符串返回摘要信息。
• copy()：复制哈希对象。

import hashlib # 导入加密模块
s = 'Python'  # 待加密的字符串
md5 = hashlib.md5() # md5加密
md5.update(s.encode('utf-8')) # 注意转码
r = md5.hexdigest() # 返回十六进制的数据字符串值
print(r) # a7f5f35426b927411fc9231b56382173

3.4 JSON 处理

JSON 是一种广泛应用的轻量级的数据交换格式，字典格式，其中包含方括号起来的数组，也就是列表。

json 提供了4中方法来实现Python对象与JSON对象进行快速交换。

• dumps()：将Python对象序列化为JSON字符串表示。
• dump()：将Python对象序列化为JSON字符串，然后保存到文件中。
• loads()：把JSON格式的字符串反序列化为Python对象。
• loas()：从文件中读取内容，然后读取的字符串反序列化为Python对象。

import json
a = {'name':'Tom','age':23}
b = json.dumps(a) # 把序列化Python对象转换为JSON格式字符串
print(type(a)) # 
print(b,type(b)) # {"name": "Tom", "age": 23} 
c = json.loads(b) # 把JSON格式字符串转换序列化Python对象
print(c['name']) # Tom
print(type(c)) # 

with open('test.json','w',encoding='utf-8') as f:
# indent 表示格式化保存字符串，默认为None，小于0个空格
    json.dump(a,f,indent=4) # 将字典对象序列化字符串
    # f.write(json.dumps(a,indent=4)) # 与json.dump()效果一样
		
with open('test.json','r',encoding='utf-8') as f:
    d = json.load(f) # 转换python对象

    f.seek(0) # 重写把文件指针移到文件开头
    e = json.loads(f.read()) # 与json.load(f)执行效果一样
 
print(d) # {'name': 'Tom', 'age': 23}
print(e) # {'name': 'Tom', 'age': 23}

3.5 图像处理

Python Imaging Library 是免费的图像处理工具包，是Python平台上的图像处理标准库。PIL提供强大的图形、图像处理功能，API使用简单。

• 支持数十种格式，如PNG、JPEG、BMP、GIF、TIFF等。
• 支持黑白、灰阶、RGB、CMYK等多种色彩模式。
• 图像基本操作，如裁切、平移、旋转、改变尺寸、调置、剪切、粘贴等
• 图像色彩处理，如亮度、色调、对比、锐利度等。
• 支持十多种滤镜。
• 在图像中绘制点、线、面、几何形状、文字等。

图像的基本操作：

• open()：打开图像
• new()：创建新图像
• show()：显示图像
• save()：保存图像
• copy()：复制图像

图像基本属性

• format：图像来源
• size：图像大小
• mode：图像模式

图像变换操作

• resize()：改变图像大小
• rotate()：旋转图像
• transpose()：翻转图像
• convert()：转换图像
• filter()：特效处理

图像合成、裁切、分离等操作

• blend()：合成图像
• crop()：裁切图像
• paste()：粘贴图像
• split()：根据颜色通道分离图像
• merge()：核查单一图像

图像像素点操作：

• point()：对每个像素点执行一次函数调用操作
• getpixel()：获取指定像素点的颜色值
• putpixel()：为指定像素点设置颜色值

from PIL import Image
im = Image.open('/Users/guanfawang/Downloads/Untitled-89.png')
w,h = im.size
print(w,h) # 506 526
a = im.resize((w//2,h//2)) # 改变尺寸
a.save('/Users/guanfawang/Downloads/a.png') # 保存新尺寸图像
a.rotate(90) # 旋转90度
a.show() # 打开查看图像

'''
设计生成验证码图片
'''
# 第一步：从PIL模块中导入图像类、绘图类、图像字体类和图像特效类
from PIL import Image,ImageDraw,ImageFont,ImageFilter
# 第二步：初始化设置
import random  # 导入随机数模块
def rndchar(): # 随机字母
    return chr(random.randint(65,90))
def rndcolor1(): # 随机颜色1
    return (random.randint(64,255),random.randint(64,255),random.randint(64,255))
def rndcolor2(): #随机颜色2
    return (random.randint(32,127),random.randint(32,127),random.randint(32,127))
width = 60*4 # 初始化图像宽度，单位为像素
height = 60 # 初始化图像高度，单位为像素
# 第三步：创建图像对象、字体对象、绘图对象
image = Image.new('RGB',(width,height),(255,255,255)) # 创建Image对象
font = ImageFont.truetype('arialuni.ttf',36) # 创建Font对象
draw = ImageDraw.Draw(image) # 创建Draw对象
# 生成麻点背景
for x in range(width): # 使用随机颜色绘图
    for y in range(height):
        draw.point((x,y),fill=rndcolor1())
# 在画布上生成随机字符
for t in range(4): # 输出4个随机字符
    draw.text((60*t+10,10),rndchar(),font=font,fill=rndcolor2())
image = image.filter(ImageFilter.BLUR) # 模糊化处理
# 第四步：保存图像
image.save('code.jpg','jpeg')