Python从入门到精通 第九章（Python标准库）
一、标准库简介
有一部分Python计算生态随Python安装包一起发布，用户可以随时使用，被称为Python标准库。受限于Python安装包的设定大小，标准库的数量不会很多，大概在270个左右，下面介绍其中的3个。
二、turtle库
1、turtle库概述
（1）turtle库是Python重要的标准库之一，它能够进行基本的图形绘制。
（2）turtle库绘制图像有一个基本框架：一个小海龟在坐标系中爬行，其爬行轨迹形成了绘制图形。
①对于小海龟来说，有“前进”、“后退”、“旋转”等爬行行为，对坐标系的探索也通过“前进方向”、“后退方向”、“左侧方向”和“右侧方向”等小海龟自身角度方位来完成。
②刚开始绘制时，小海龟位于画布正中央，此处坐标为（0，0），前进方向为水平右方。
（3）使用import保留字对turtle库的引用有如下几种方式：
①import turtle：对turtle库中函数调用采用“turtle.<函数名>()”形式。
②from turtle import *：对turtle库中函数调用直接采用“<函数名>()”形式。
③from turtle import <函数名>：对turtle库中函数调用直接采用“<函数名>()”形式，但只能使用引用过的指定函数。
④import turtle as t：对turtle库中函数调用采用“t.<函数名>()”形式。（给turtle赋予别名t，t可以使用其它别名）
2、窗体函数
（1）函数使用方式：Turtle.setup(width,height,startx,starty)。
（2）作用：设置主窗体大小和位置。
（3）参数：
①width——窗口宽度。如果值是整数，表示的是像素值；如果值是小数，表示窗口宽度与屏幕的比例。
②height——窗口高度。如果值是整数，表示的是像素值；如果值是小数，表示窗口宽度与屏幕的比例。
③startx——窗口左侧与屏幕左侧的像素距离。如果值是None，窗口位于屏幕水平中央。
④starty——窗口左侧与屏幕顶部的像素距离。如果值是None，窗口位于屏幕垂直中央。
3、画笔状态函数
| 函数 |
描述 |
| pendown() |
放下画笔（笔接触屏幕），之后，移动画笔将绘制形状 |
| penup() |
提起画笔（笔不接触屏幕），之后，移动画笔不绘制形状 |
| pensize(width) |
设置画笔宽度，当无参数输入时返回当前画笔宽度 |
| pencolor(colorstring)或pencolor((r,g,b)) |
pencolor(colorstring)：设置画笔颜色，当无参数输入时返回当前画笔颜色（colorstring是表示颜色的字符串，如“red”表示红色） |
| pencolor((r,g,b))：设置画笔颜色，(r,g,b)是颜色对应的RGB的0~1数值，例如(1,0.65,0) |
|
| color(colorstring1,colorstring2)或color((r1,g1,b1),(r2,g2,b2)) |
color(colorstring1,colorstring2)：设置画笔颜色和背景颜色，当无参数输入时返回当前画笔和背景颜色（colorstring是表示颜色的字符串，如“blue”表示蓝色） |
| color((r1,g1,b1),(r2,g2,b2))：设置画笔颜色，(r,g,b)是颜色对应的RGB的0~1数值 |
|
| begin_fill() |
设置填充区域色彩，无参数，在开始绘制拟填充背景图形前调用 |
| end_fill() |
与begin_fill配对使用，无参数，在结束绘制拟填充背景图形前调用 |
| filling() |
返回当前图形背景颜色的填充状态，如果当前代码在begin_fill()和end_fill()之间将返回True，否则返回False |
| clear() |
清空当前海龟对象绘制的图形，但不改变其位置和角度 |
| reset() |
清空当前绘图窗口，海龟对象绘图位置和角度回归初始状态 |
| screensize(width,height,bgcolor) |
设置当前画布窗口的宽度为width（以像素为单位），高度为height（以像素为单位），背景颜色为bgcolor（表示颜色的字符串或颜色对应的RGB的0~1数值）；如果不给出参数，则以元组形式返回当前画布窗口的宽度和高度（weight，height） |
| hideturtle() |
隐藏画笔的turtle形状 |
| showturtle() |
显示画笔的turtle形状 |
| isvisible() |
如果turtle画笔的形状显示，则返回True，否则返回False |
| write(str,font=None) |
根据设置的字体font形式（font是由字体名称、字体尺寸和字体类型3个元素构成的元组，可选），将字符串str显示在画布上 |
4、画笔运动函数
| 函数 |
描述 |
| forward(distance) |
控制小海龟（画笔）向当前行进方向移动distance个像素（当distance为负数时，表示向相反方向移动） |
| backward(distance) |
控制小海龟（画笔）向当前行进的反方向移动distance个像素（当distance为负数时，表示向前进方向移动） |
| right(angle) |
改变画笔行进方向为当前方向右侧angle角度（angle为整数值，是相对当前行进方向的角度值） |
| left(angle) |
改变画笔行进方向为当前方向左侧angle角度（angle为整数值，是相对当前行进方向的角度值） |
| goto(x,y) |
移动画笔到画布中的特定位置，该位置以坐标（x，y）方式表达，如果当前画笔处于落下状态，则绘制当前位置到目标位置的线条 |
| setx(x) |
修改画笔的横坐标为x，纵坐标不变 |
| srty(y) |
修改画笔的纵坐标为y，横坐标不变 |
| setheading(angle) |
设置小海龟当前行进方向为angle，该角度是绝对方向角度值（如下图所示，该angle与当前行进方向无关） |
| home() |
移动画笔到坐标系原点，画笔方向改为初始方向 |
| circle(radius,e) |
根据半径radius绘制角度为extent的弧形 |
| dot(size,color) |
绘制一个带有背景色color、直径为size的原点 |
| undo() |
撤销绘图的最后一次动作 |
| speed(s) |
设置画笔的绘制速度，参数为0~10，0表示没有绘制动作，1~10逐步增加绘制速度，超过10则等同于参数为0 |
5、示例
import turtle
turtle.pensize(3) # 设置画笔宽度为3
# 绘制红色三角形
turtle.penup() # 提笔，画笔离开屏幕
turtle.goto(-200,-50) # 移动画笔到目标位置
turtle.pendown() # 画笔接触屏幕
turtle.begin_fill() # 开启填充模式，一旦画出闭合图形，用当前填充区域颜色进行填充
turtle.color("red") # 设置画笔和填充区域的颜色
turtle.circle(40, steps=3)
turtle.end_fill() # 结束填充模式
turtle.penup() # 提笔，画笔离开屏幕
# 显示绿色文字
turtle.color("green")
turtle.penup() # 提笔，画笔离开屏幕
turtle.goto(-100,-50) # 移动画笔到目标位置
turtle.pendown() # 画笔接触屏幕
turtle.write(("红色三角形"),font=("Times",15,"bold")) # 写字
turtle.hideturtle() # 隐藏画笔
turtle.done()
三、random库
1、random库概述
（1）Python提供的random库可用于产生各种分布的伪随机数序列。
（2）random库提供了不同类型的随机数函数，其中最基本的函数是random.random()，它生成一个[0.0,1.0)之间的随机小数，所有其它随机函数都是基于这个函数扩展而来。
2、random库的常用函数
| 函数 |
描述 |
| seed(a=None) |
为随机数序列确定种子，参数为随机数种子（整数或浮点数，默认值为当前系统时间） |
| random() |
生成一个[0.0,1.0)之间的随机小数 |
| randint(a,b) |
生成一个[a,b]之间的随机整数 |
| getrandbits(k) |
生成k比特长度的随机整数，其中k是二进制位数（返回的结果是十进制整数，该数由k位的二进制随机数转换而得） |
| randrange(start,stop,step) |
生成一个[start,stop)之间以step为步数的随机整数，使用方法与range类似（step可选），任意两个使用同一个随机数种子生成的随机数相减，得到的结果必为step的整数倍 |
| uniform(a,b) |
生成一个[a,b]之间的随机小数 |
| choice(seq) |
从序列seq（比如列表、元组、字符串）中随机返回一个元素 |
| shuffle(seq) |
将序列seq（比如列表）中的元素排列打乱（由于元组不可变，因此不能作为该函数的参数） |
| sample(pop,k) |
从pop表示的组合数据类型（比如列表、元组、字符串、集合）中随机选取k个元素，以列表类型返回（pop中所含的元素要不少于k个） |
四、time库
1、time库概述
（1）time库是Python提供的处理时间标准库，它提供系统级精确计时器的计时功能，可以用来分析程序性能，也可以暂停程序运行时间。
（2）time库的功能主要分为3个方面：时间处理、时间格式化和计时。
2、时间处理函数
（1）使用“time.time()”可获取当前时间戳。
（2）使用“time.gmtime(secs)”可获取时间戳secs对应的struct_time对象（其元素构成如下表所示），如没有参数则默认为当前时间戳。
（3）使用“time.localtime(secs)”可获取时间戳secs对应的本地时间的struct_time对象。
（4）使用“time.ctime(secs)”可获取时间戳secs对应的易读字符串表示，内部会调用time.localtime()函数以输出当地时间，如没有参数则默认为当前时间戳。
| 下标 |
属性 |
值 |
| 0 |
tm_year |
年份（整数） |
| 1 |
tm_mon |
月份（1~12） |
| 2 |
tm_mady |
日期（1~31） |
| 3 |
tm_hour |
小时（0~23） |
| 4 |
tm_min |
分钟（0~59） |
| 5 |
tm_sec |
秒（0~59） |
| 6 |
tm_wday |
星期（0~6，0表示周一，以此类推） |
| 7 |
tm_yday |
该年的第几天（1~366） |
| 8 |
tm_isdst |
是否是夏令时（0表示否，1表示是，-1表示未知） |
3、时间格式化函数
（1）使用“time.mktime(t)”将struct_time对象t转换为时间戳（t代表当地时间）。
（2）使用“time.strftime(t)”几乎可以以任何通用格式输出时间，该方法利用一个格式字符串对时间格式进行表示（该方法的格式化控制符如下表所示）。
| 格式化字符 |
日期/时间 |
取值 |
| %Y |
年份 |
0001~9999 |
| %m |
月份 |
01~12 |
| %B |
月名 |
January~December |
| %b |
月名缩写 |
Jan~Dec |
| %d |
日期 |
01~31 |
| %A |
星期 |
Monday~Sunday |
| %a |
星期缩写 |
Mon~Sun |
| %H |
小时（24h制） |
00~23 |
| %I |
小时（12h制） |
01~12 |
| %p |
上午/下午 |
AM，PM |
| %M |
分钟 |
00~59 |
| %S |
秒 |
00~59 |
（3）strptime方法与strftime方法完全相反，用于提取字符串中的时间来生成将struct_time对象。
4、计时函数
（1）计时主要包括3个函数：sleep、monotonic、perf_counter。
（2）以1000万次循环为主题，模拟实际程序的核心模块（coreLoop），用sleep来模拟实际程序的其它模块（otherLoop）。
import time
def coreLoop():
limit = 10 ** 7
while limit > 0:
limit = limit - 1
def otherLoop1():
time.sleep(0.2) # 程序暂停0.2秒
def otherLoop2():
time.sleep(0.4) # 程序暂停0.4秒
startTime = time.localtime() # 程序开始运行的时刻
print('程序开始时刻：', time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S', startTime))
startPerfCounter = time.perf_counter() # 此时需要测试的主体部分开始运行，启动计时器（从0开始计时）
otherLoop1() # 运行模块1
otherLoop1PerfCounter = time.perf_counter() # 模块1运行完成，采集当前计时器的计时
otherLoop1Perf = otherLoop1PerfCounter - startPerfCounter # 结合主体部分开始运行的时间，计算得出模块1的运行时间
coreLoop() # 运行核心模块
coreLoopPerfCounter = time.perf_counter() # 核心模块运行完成，采集当前计时器的计时
coreLoopPerf = coreLoopPerfCounter - otherLoop1PerfCounter # 结合模块1运行结束时的时间，计算得出核心模块的运行时间
otherLoop2() # 运行模块2
otherLoop2PerfCounter = time.perf_counter() # 模块2运行完成，采集当前计时器的计时
otherLoop2Perf = otherLoop2PerfCounter - coreLoopPerfCounter # 结合核心模块开始运行的时间，计算得出模块2的运行时间
endPerfCounter = time.perf_counter() # 主体部分运行结束，采集当前计时器的计时
totalPerf = endPerfCounter - startPerfCounter # 结合主体部分开始运行的时间，计算得出主体部分的运行时间
endTime = time.localtime() # 程序结束运行的时刻
print("模块1的运行时间是：%f秒" % otherLoop1Perf)
print("核心模块的运行时间是：%f秒" % coreLoopPerf)
print("模块2的运行时间是：%f秒" % otherLoop2Perf)
print("程序运行总时间是：%f秒" % totalPerf)
print("程序结束时刻：", time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", endTime))