第十一章 模块

第十一章 模块

11.1 使用模块

11.1.1 认识模块

当程序的代码量非常大的时候，一般需要将代码分为一些有组织的代码段，这些代码段之间有一定的联系。
Python模块一般都位于安装，目录下Lib文件中，执行help("modules")，命令，可以查看已经安装的所有模块列表。Python模块可以分为以下三类：

• 内置标准块
• 第三方开源模块
• 自定义模块
  内置模块不需要安装，第三方模块和自定义模块需要手动安装。访问：Python开源模块库网址：PyPI。
  使用第三方模块时，需要先下载并安装该模块，然后就可以像使用标准模块一样导入并使用。

1. 下载模块并安装。在PyPI首页 搜索模块，找到需要的模块，单击Download files进入下载页面。然后，选择下载二进制文件（.whl），或者源代码压缩包（.gz）。最后，使用pip命令进行安装，安装时把模块名替换为二进制安装文件即可。注意，在命令行下改变当前目录到安装文件的目录下。
2. 使用pip命令安装。直接通过Python提供的pip命令安装。语法格式如下：

>pip install 模块名

pip命令自动下载模块包并完成安装。pip命令默认连接Python官方服务器下载。

11.1.2 导入模块

使用import语句可以导入模块，语法格式如下：

import module

Remark:
所有的模块在导入时候的顺序：

• 标准块
• 第三方开源模块
• 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，自动在搜索路径中搜寻对应的模块，如果发现是初次导入，就加载运行这个文件。在程序顶层导入，那么它的作用域就是全局的；在函数中导入，作用域就是局部的。

11.1.3 导入成员名称

使用from-import语句可以将指定模块中的成员名称导入作用域中，如函数、类或变量等，语法结构如下：

from module_name import name1, name2, ...

from module_name import *

11.2 使用包

11.2.1 认识包和库

包含于

包含于

模块

包

库

11.2.2 导入包

导入一个包，其本质就是解释该包下的__init__.py文件。导入包内模块有两种方式：绝对路径导入和相对路径导入。

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一个点（.），表示当前目录。
• 在导入路径前面添加两个点（…）,表示父级目录。

3. 导入一个包内的指定模块：
4. 从模块中导入一个成员名称：

11.3 常用模块

11.3.1 日期和时间

Python提供了多个内置模块用于操作日期和时间，如：time、date、calendar。

1.time 模块

时间也是一种数据类型，这种类型的数据一般分为三种形式：时间戳、结构化时间和格式化时间字符串。

• 时间戳：从 1970年1月1日 00:00:00 UTC（协调世界时） 开始经过的秒数（或毫秒数，取决于系统）。
  【示例】使用time模块的time（）函数获取当前时间的时间戳。

import time
now=time.time()
print(now)

• 结构化时间：结构化时间是一个struct_time元组，包含9个字段。

序号	属性	字段	值
0	tm_year	4位数年	2008
1	tm_mon	月	1~12
2	tm_mday	日	1~31
3	tm_hour	小时	0~23
4	tm_min	分钟	0~59
5	tm_sec	秒	0~61
6	tm_wday	一周的第几天	0~6
7	tm_yday	一年的第几日	1~366
8	tm_isdst	夏令时	1表示夏令时，0非夏令时 ，-1表示未知，默认为-1

• 格式化时间字符串：
  【示例】使用ctime()函数获取当前时间的字符串

import time
print(time.ctime())

2.datetime模块

datetime 模块是 Python 标准库中用于处理日期和时间的强大工具，它提供了多种类来操作日期和时间，如 date、time、datetime、timedelta 等。下面详细介绍这些类及其常见用法。

1. 导入 datetime 模块

在使用 datetime 模块的功能之前，需要先导入它。

import datetime

2. date 类

date 类用于处理日期，包含年、月、日信息。

创建 date 对象

# 创建一个指定日期的 date 对象
d = datetime.date(2025, 2, 9)
print(d)  # 输出: 2025-02-09

获取日期的属性

year = d.year
month = d.month
day = d.day
print(year, month, day)  # 输出: 2025 2 9

获取当前日期

today = datetime.date.today()
print(today)  # 输出当前日期

3. time 类

time 类用于处理时间，包含时、分、秒、微秒信息。

创建 time 对象

# 创建一个指定时间的 time 对象
t = datetime.time(12, 30, 45, 123456)
print(t)  # 输出: 12:30:45.123456

获取时间的属性

hour = t.hour
minute = t.minute
second = t.second
microsecond = t.microsecond
print(hour, minute, second, microsecond)  # 输出: 12 30 45 123456

4. datetime 类

datetime 类是 date 类和 time 类的结合，包含年、月、日、时、分、秒、微秒信息。

创建 datetime 对象

# 创建一个指定日期和时间的 datetime 对象
dt = datetime.datetime(2025, 2, 9, 12, 30, 45)
print(dt)  # 输出: 2025-02-09 12:30:45

获取当前日期和时间

now = datetime.datetime.now()
print(now)  # 输出当前日期和时间

从字符串解析 datetime 对象

date_string = "2025-02-09 12:30:45"
dt = datetime.datetime.strptime(date_string, "%Y-%m-%d %H:%M:%S")
print(dt)  # 输出: 2025-02-09 12:30:45

将 datetime 对象格式化为字符串

dt = datetime.datetime.now()
formatted_date = dt.strftime("%Y/%m/%d %H:%M:%S")
print(formatted_date)  # 输出格式化后的日期和时间

5. timedelta 类

timedelta 类用于表示两个日期或时间之间的差值。

计算日期差值

d1 = datetime.date(2025, 2, 9)
d2 = datetime.date(2025, 2, 10)
delta = d2 - d1
print(delta.days)  # 输出: 1

日期加减操作

dt = datetime.datetime.now()
# 增加一天
new_dt = dt + datetime.timedelta(days=1)
print(new_dt)

11.3.2 随机数

random用来生成随机数：

• random.random():生成0~1.0的随机浮点数
• random.uniform(a,b):生成a~b的随机浮点数
• random.ranint(a,b):生成a~b的随机整数
• random.randrange([start=0],stop[,step=1])指定范围步长的集合内的随机数
• random.choice(sequence)：从序列中取出一个元素
• random.shufflex(x[,random])：用于一个列表中的元素打乱
• random.sample(sequence,k):丛指定的序列随机获取指定长度的切片

11.3.3 摘要算法

摘要算法，也称为哈希算法或散列算法，它是一种将任意长度的数据转换为固定长度哈希值的算法。这个哈希值通常是一段十六进制的字符串，具有唯一性和确定性，常用于数据完整性验证、密码存储、数字签名等领域。以下为你详细介绍摘要算法：

常见摘要算法

1. MD5（Message-Digest Algorithm 5）

• 原理：MD5 算法会把输入的任意长度数据通过一系列复杂的运算，最终生成一个 128 位（通常表示为 32 位十六进制数）的哈希值。
• 特点：运算速度快，但安全性较低，已经被发现存在哈希碰撞（不同的输入产生相同的哈希值）的问题，因此不适合用于安全性要求较高的场景。
• Python 示例：

import hashlib

data = "Hello, World!".encode('utf-8')
md5_hash = hashlib.md5(data).hexdigest()
print(md5_hash)

2. SHA-1（Secure Hash Algorithm 1）

• 原理：SHA - 1 算法可以将任意长度的数据转换为 160 位（通常表示为 40 位十六进制数）的哈希值。
• 特点：安全性比 MD5 高，但也被发现存在安全漏洞，现在也逐渐不推荐用于安全敏感的应用场景。
• Python 示例：

import hashlib

data = "Hello, World!".encode('utf-8')
sha1_hash = hashlib.sha1(data).hexdigest()
print(sha1_hash)

3. SHA - 2 系列

• 原理：SHA - 2 是一系列算法的统称，包括 SHA - 224、SHA - 256、SHA - 384 和 SHA - 512 等，分别生成 224 位、256 位、384 位和 512 位的哈希值。
• 特点：目前被广泛认为是比较安全的摘要算法，在密码学和安全领域有广泛应用。
• Python 示例（以 SHA - 256 为例）：

import hashlib

data = "Hello, World!".encode('utf-8')
sha256_hash = hashlib.sha256(data).hexdigest()
print(sha256_hash)

4. SHA - 3 系列

• 原理：SHA - 3 是新一代的哈希算法，为了应对日益增长的安全需求而设计，同样有不同的输出长度可供选择。
• 特点：安全性高，且在设计上避免了一些 SHA - 2 可能存在的潜在问题。
• Python 示例（以 SHA3 - 256 为例）：

import hashlib

data = "Hello, World!".encode('utf-8')
sha3_256_hash = hashlib.sha3_256(data).hexdigest()
print(sha3_256_hash)

11.3.4 JSON处理

11.3.5 图像处理

• 安装pillow

• 操作图像

import unittest
from PIL import Image
import os


class TestPillowLibrary(unittest.TestCase):
    def setUp(self):
        # 定义测试图片的路径
        self.image_path = 'test_image.jpg'
        # 检查测试图片是否存在
        if not os.path.exists(self.image_path):
            raise FileNotFoundError(f"测试图片 {self.image_path} 未找到，请确保该图片存在于当前目录。")

    def test_image_open(self):
        try:
            # 尝试打开图片
            with Image.open(self.image_path) as img:
                self.assertEqual(img.format, 'JPEG')
        except Exception as e:
            self.fail(f"打开图片时出现错误: {e}")

    def test_image_resize(self):
        try:
            # 打开图片
            with Image.open(self.image_path) as img:
                # 原图片的尺寸
                original_width, original_height = img.size
                # 调整图片大小
                new_size = (original_width // 2, original_height // 2)
                resized_img = img.resize(new_size)
                # 检查调整后的尺寸是否正确
                self.assertEqual(resized_img.size, new_size)
        except Exception as e:
            self.fail(f"调整图片大小时出现错误: {e}")

    def test_image_save(self):
        try:
            # 打开图片
            with Image.open(self.image_path) as img:
                # 定义保存的文件名
                save_path = 'test_saved_image.jpg'
                # 保存图片
                img.save(save_path)
                # 检查保存的文件是否存在
                self.assertTrue(os.path.exists(save_path))
                # 删除保存的测试文件
                os.remove(save_path)
        except Exception as e:
            self.fail(f"保存图片时出现错误: {e}")


if __name__ == '__main__':
    unittest.main()