Python青少年简明教程：模块

Python青少年简明教程：模块

Python模块是一种组织代码的方式，用于将相关的函数、类和变量分组在一起，从而提高代码的可重用性和可维护性。一个模块通常是一个包含Python代码的文件，文件名以.py作为扩展名。使用模块，可以在不同的Python脚本之间共享代码，而不需要重复编写相同的代码。

概述

Python模块可以分为以下几类：

内置模块

    Python标准库中自带的模块，如math、os、sys、tkinter等。这些模块在安装Python时已经包含在内，可以直接导入使用。

【math：提供了数学函数，如三角函数、指数函数、对数函数等。
os：提供了与操作系统交互的功能，如文件和目录操作、进程管理等。
sys：提供了与Python解释器交互的功能，如访问解释器参数、获取版本信息等。
tkinter是Python的一个内置模块，提供了GUI（图形用户界面）编程的功能。它允许你创建窗口、按钮、文本框等用户界面元素，并进行交互。】

第三方模块

    由第三方开发者创建的模块，提供了丰富的功能和扩展，使得Python开发更加高效。第三方模块在首次使用前必须安装之，通过包管理工具（如pip）进行安装。例如，requests、numpy、pandas等。

【Requests：提供了用于HTTP请求的库，用于进行网络通信和数据获取。
NumPy 用于科学计算的库，提供支持大型、多维数组和矩阵的功能。
Pandas 用于数据分析和数据处理的库，支持数据结构和数据操作。】

自定义模块

    用户自己创建的模块，通常是为了解决特定问题或实现某些特定功能。Python自定义模块可以包含函数、类和变量等，这些都可以被其他Python文件通过import语句引入。自定义模块是代码复用和组织代码结构的有效方式。

模块可以通过import语句在其他Python脚本中导入使用。

Python还支持包（package）的概念，即包含多个模块的目录。

Python中的模块（Module）、包（package）和库（library）：

阅读Python资料时，你可能会看到这些说法，什么意思呢？

Python 模块(Module)，是一个 Python 文件，以 .py 结尾，包含了 Python 对象定义和Python语句。或者说是 Python 代码的一种组织单位。模块包含可重用的函数、类或变量。

包（Package）是一种组织相关模块的方式，本质上是一个包含多个模块的目录。多个模块放在一个文件夹，就是一个包（package）。在早一点的 Python 版本（Python 3.3 之前）中，如果一个文件夹下有一个 __init__.py 文件，那我们就称之为包。在后来的 Python 版本（Python 3.3 开始）中，就没有这个要求了，只要是文件夹就可以当作包（package），简单地说，包由相关目录里的模块构成。包可以包含子包，形成层次结构——每一层都可以包含模块文件和子包目录。

包（Package）的作用：
 a.组织相关的模块。
 b.避免命名冲突。
 c.提供一种层次结构来组织代码。

python中的库（Library）是参考其它编程语言的说法，是一个更宽泛的术语，通常指一组相关的包或模块的集合。既可以是一个模块也可以是一个包，是对模块或包的通俗的说法。例如：Python标准库是Python内置的一大组模块和包；第三方的NumPy、SciPy 通常被称为科学计算库。

Python 提供了几种导入模块的方式，每种方式都有其特定的用途和语法。以下是主要的导入方式：

☆基本导入：

import module_name

使用时需要加模块名前缀：module_name.function_name()

☆从模块中导入特定项：

from module_name import function_name, class_name

可以直接使用导入的函数或类，无需模块名前缀

☆导入所有内容（通常不推荐）：

from module_name import *

可以使用模块中的所有内容，但可能导致命名冲突

☆使用别名：

import module_name as alias

from module_name import function_name as fn

使用别名可以简化长模块名或避免命名冲突

☆相对导入（在包内使用）：

from . import module_name

from ..subpackage import module_name

用于包内部模块之间的导入

☆导入子模块：

import package.submodule

导入包中的特定子模块

包（Package）

包（Package）是一种组织相关模块的方式，本质上是一个包含多个模块的目录。

包可以包含子包，形成层次结构，也即是，每一层都可以包含模块文件和子包目录。例如：有一个名为 'myproject' 的包，它可能有如下结构：

myproject/
├── __init__.py
├── module1.py
├── module2.py
└── subpackage1/
    ├── __init__.py
    ├── module3.py
    └── subpackage2/
        ├── __init__.py
        └── module4.py

每个包和子包目录中通常都有一个__init__.py文件，这个文件可以为空，也可以包含初始化代码，它标识该目录是一个Python包。

这种层次结构使得大型项目更加组织有序，便于管理和维护。它允许开发者将相关功能分组，同时保持清晰的结构和命名空间。

导入方式

可以使用点号来访问子包和模块。例如：

from myproject.subpackage1.subpackage2 import module4

在包的结构中，可以使用相对导入来引用同级或上级包中的模块。例如，在 module3.py 中：

from . import module4  # 导入同级的 module4

from .. import module1  # 导入上一级的 module1

Python模块（包、库）的查看、安装、验证和卸载

下面介绍是在Windows操作系统环境中的cmd中进行。cmd的打开：按下win键+R键（即先按下  键，再按下R键）或 右击“开始”－>单击“运行”，弹出“运行”窗口，参见下图：

查看已安装的模块，在cmd窗口中，输入如下命令后，按下回车（标有Enter）键：

pip list

这会显示所有已安装的包及其版本。

安装模块（在cmd窗口中）：

pip install package_name

例如：pip install numpy

验证安装（在cmd窗口中）：

pip show package_name

卸载模块（在cmd窗口中）：

pip uninstall package_name

假设电脑中安装多个python版本，如何查看、安装、验证、卸载模块（包、库），请在pip前面加入

py -X.Y -m

其中X.Y代表Python版本，多余的部分舍弃如3.10.5，取3.10，即只取第二个点前的部分。

如：查看特定Python 3.10版本的已安装模块（在cmd窗口中）：

py -3.10 -m pip list

自定义模块

模块实际是一个包含Python代码的文件，其文件名以 .py 结尾。要创建一个模块，只需创建一个Python文件，并在其中定义函数、类或变量。例如，创建一个名为 mymodule.py 的自定义模块（创建一个Python代码文件）：

# mymodule.py
"""这是一个示例模块（module）"""

def greet(name):
    return f"Hello, {name}!"

class Person:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def say_hello(self):
        return f"Hi, I'm {self.name}."

提示：

1)模块名应使用小写字母，可以包含下划线。

2)避免使用与内置模块相同的名称。

3)在模块顶部可以添加文档字符串，描述模块的功能。

要使用模块中的内容，需要先导入该模块。可以使用 import 语句来导入模块：

import mymodule

print(mymodule.greet("Alice"))  # 输出: Hello, Alice!

person = mymodule.Person("Bob")
print(person.say_hello())  # 输出: Hi, I'm Bob.

注意，Python创建和使用自定义模块时，文件路径是一个重要的方面，确保你的模块文件位于Python解释器能够找到的路径。通常来说，将模块文件放在与你的主程序文件同一目录下是最简单的方式。Python 的模块导入机制要求模块（即 Python 文件）在同一目录下或在 Python 的搜索路径中才能被找到。

创建复杂的程序时，可以将其拆分为多个模块，以便更好地管理。例如创建一个简单的图书管理系统，该系统可以添加、删除和查询图书。我们可以将这个程序拆分为几个模块：
book.py：负责图书的定义和相关操作。
library.py：负责图书馆的管理，包括添加、删除和查询图书。
main.py：主程序，用户界面与交互。

假设你目录结构
book/ 
    │
    ├── book.py
    ├── library.py
    └── main.py

book.py定义了两个函数：create_book用于创建一个字典表示的图书，book_to_string用于将图书信息转换为字符串格式。源码如下：

# book.py

def create_book(title, author):
    return {"title": title, "author": author}

def book_to_string(book):
    return f"{book['title']} by {book['author']}"

library.py提供了三个函数：add_book用于向库中添加图书，remove_book用于从库中删除指定标题的图书，list_books用于列出所有图书。源码如下：

# library.py
import json
from book import create_book, book_to_string

def load_library(filename):
    try:
        with open(filename, 'r') as f:
            return json.load(f)
    except FileNotFoundError:
        return []

def save_library(library, filename):
    with open(filename, 'w') as f:
        json.dump(library, f)

def add_book(library, title, author):
    new_book = create_book(title, author)
    library.append(new_book)

def remove_book(library, title):
    library[:] = [book for book in library if book['title'] != title]

def list_books(library):
    return [book_to_string(book) for book in library]

main.py作为程序入口，通过用户输入调用这些函数来进行操作。在这个简单示例中，当你运行 main.py 时，程序会尝试加载名为 library.json 的文件。如果该文件不存在，程序将创建一个新的空列表来表示图书馆。当你添加或删除图书并选择退出时，程序会将当前的图书数据保存到 library.json 文件中。library.json会被创建并存储在与 main.py 文件相同的目录中。每本图书包含标题和作者的信息。源码如下：

# main.py
from library import add_book, remove_book, list_books, load_library, save_library

def main():
    filename = 'library.json'
    library = load_library(filename)

    while True:
        print("\n1. Add Book")
        print("2. Remove Book")
        print("3. List Books")
        print("4. Exit")

        choice = input("Choose an option: ")

        if choice == '1':
            title = input("Enter the book title: ")
            author = input("Enter the author's name: ")
            add_book(library, title, author)
            print(f"Added '{title}' by {author}.")

        elif choice == '2':
            title = input("Enter the book title to remove: ")
            remove_book(library, title)
            print(f"Removed '{title}' from the library.")

        elif choice == '3':
            books = list_books(library)
            if books:
                print("\nBooks in the Library:")
                for book in books:
                    print(book)
            else:
                print("No books in the library.")

        elif choice == '4':
            save_library(library, filename)  # Save data before exiting
            break

        else:
            print("Invalid option! Please try again.")

if __name__ == "__main__":
    main()

如果你将这些文件放在不同的目录中，这涉及到更复杂的项目结构，你需要确保使用合适的包结构和导入语句，或者将所需的模块添加到 Python 的搜索路径中。

在 Windows 上运行 .py 文件最常用的几种方式：

前提是 Python 安装正确

1.使用 IDLE（Python 的集成开发环境）：

a. 右键点击 .py 文件

b. 选择"Edit with IDLE"

c. 在 IDLE 中打开文件后，按 F5 键或选择 Run > Run Module

2.使用命令提示符（CMD）：

a. 打开命令提示符（可以在开始菜单中搜索"cmd"）

b. 使用 cd 命令导航到包含 .py 文件的目录

c. 输入以下命令并按回车：

python your_script.py

3.直接双击 .py 文件：

在Windows系统中，当您双击一个 .py 文件来运行它时，通常会打开一个命令行窗口并执行该Python脚本。

如果脚本执行非常迅速，窗口会在执行完毕后立即关闭，这样您可能无法看到任何输出信息。要解决这个问题，可以采取以下几种方法：

a.在脚本末尾添加 input()：

在脚本最后添加一行代码，例如：

input("Press Enter to exit...")

b.创建一个批处理文件：

创建一个 .bat 文件来运行 Python 脚本，内容如下：

@echo off

python your_script.py

pause

将这个批处理文件和your_script.py放在同一目录中。当双击运行此批处理文件时，它会在脚本执行完后显示“Press any key to continue...”的提示，直到您按下任意键。

进一步学习了解可见：

Python第三方模块(库、包)安装、卸载与查看及常见问题解决 https://blog.csdn.net/cnds123/article/details/104393385

python之import语句的用法 https://blog.csdn.net/cnds123/article/details/118437585

python中的自定义模块及其使用 https://blog.csdn.net/cnds123/article/details/107087019

python复杂程序的组织讲座 https://blog.csdn.net/cnds123/article/details/108614392