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什么是模块

模块化(module)程序设计理念

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

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。

为什么需要模块化编程

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。

模块化编程有如下几个重要优势：

1. 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
2. 实现代码复用。一个模块实现后，可以被反复调用
3. 可维护性增强

模块化编程的流程

模块化编程的一般流程：

1. 设计API，进行功能描述。
2. 编码实现API中描述的功能。
3. 在模块中编写测试代码，并消除全局代码。
4. 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。

【示例】导入math模块，并通过help()查看math模块的API：

import math
help(math)

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：

双击打开chm文档，即可通过索引输入“math”查询到对应的API内容：

【示例】设计计算薪水模块的API

#encoding=utf-8
"""
本模块用于计算公司员工的薪资
"""
company = "厦门有限公司"
​
def yearSalary(monthSalary):
  """根据传入的月薪，计算出年薪"""
  pass
​
def daySalary(monthSalary):
  """根据传入的月薪，计算出每天的薪资"""
  pass

如上模块只有功能描述和规范，需要编码人员按照要求实现编码。

我们可以通过__doc__可以获得模块的文档字符串的内容。源代码如下：

#encoding=utf-8
import salary
​
print(salary.__doc__)
print(salary.yearSalary.__doc__)

运行结果：

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：

import math
print(math.__name__)  #输出'math'

【示例】通过__name==“__main__”独立处理模块的测试代码

#encoding=utf-8
"""
本模块用于计算公司员工的薪资
"""
company = "厦门有限公司"
​
​
def yearSalary(monthSalary):
  """根据传入的月薪，计算出年薪"""
  return monthSalary*12
​
​
def daySalary(monthSalary):
  """根据传入的月薪，计算出每天的薪资"""
  return monthSalary/22.5   #国家规定每个月的平均工作日是22.5
​
​
if __name__ =="__main__":    #测试代码
  print(yearSalary(3000))
  print(daySalary(3000))

模块文档字符串和API设计

我们可以在模块的第一行增加一个文档字符串，用于描述模块的相关功能。然后，通过__doc__可以获得文档字符串的内容。

【示例】模块文档字符串示例以及导入后如何读取文档字符串

#encoding=utf-8
import MySalary
​
print(MySalary.__doc__)
print(MySalary.yearSalary.__doc__)

运行结果：

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。

模块导入_import和from_import详解和区别

模块的导入

模块化设计的好处之一就是“代码复用性高”。写好的模块可以被反复调用，重复使用。模块的导入就是“在本模块中使用其他模块”。

import语句导入

import语句的基本语法格式如下：

import 模块名        #导入一个模块
import 模块1，模块2…   #导入多个模块
import 模块名  as 模块别名   #导入模块并使用新名字

import加载的模块分为四种类型：

1. 使用python编写的代码.py文件

2. 已被编译为共享库或DLL的C或C++扩展

3. 一组模块的包

4. 使用C编写并链接到python解释器的内置模块

我们一般通过import语句实现模块的导入和使用，import本质上是使用了内置函数__import__()。

当我们通过import导入一个模块时，python解释器进行执行，最终会生成一个对象，这个对象就代表了被加载的模块。

import math
​
print(id(math))
print(type(math))
print(math.pi)  #通过math.成员名来访问模块中的成员

执行结果是：

31840800
<class 'module'>

由上，我们可以看到math模块被加载后，实际会生成一个module类的对象，该对象被math变量引用。我们可以通过math变量引用模块中所有的内容。

我们通过import导入多个模块，本质上也是生成多个module类的对象而已。

有时候，我们也需要给模块起个别名，本质上，这个别名仅仅是新创建一个变量引用加载的模块对象而已。

import math as m
​
#import math
#m = math
​
print(m.sqrt(4)) #开方运算

from…import导入

Python中可以使用from…import导入模块中的成员。基本语法格式如下：

from 模块名 import 成员1，成员2，…

如果希望导入一个模块中的所有成员，则可以采用如下方式：

from 模块名 import *

【示例】使用from…import导入模块指定的成员

from math import pi,sin
​
print(sin(pi/2))  #输出1.0

import语句和from...import语句的区别

import导入的是模块。from...import导入的是模块中的函数/类。

我们自定义一个模块calculator.py：

"""一个实现四则运算的计算器"""
​
def add(a,b):
  return a+b
​
def minus(a,b):
  return a-b
​
​
class MyNum():
  def print123(self):
    print(123)

我们在另一个模块test.py测试：

import calculator
​
a = calculator.add(30,40)
# add(100,200)    #不加模块名无法识别
print(a)

from calculator import *
​
a = add(100,200)  #无需模块名，可以直接引用里面的函数/类
print(a)
​
b = MyNum()
b.print123()

import加载底层原理_importlib实现动态导入

__import__()动态导入

import语句本质上就是调用内置函数__import__()，我们可以通过它实现动态导入。给__import__()动态传递不同的的参数值，就能导入不同的模块

【示例】使用__import__()动态导入指定的模块

s = "math"
m = __import__(s)  #导入后生成的模块对象的引用给变量m
print(m.pi)

注意：一般不建议我们自行使用__import__()导入，其行为在python2和python3中有差异，会导致意外错误。如果需要动态导入可以使用importlib模块

import importlib
a = importlib.import_module("math")
print(a.pi)

模块的加载问题

当导入一个模块时， 模块中的代码都会被执行。不过，如果再次导入这个模块，则不会再次执行。

Python的设计者为什么这么设计？因为，导入模块更多的时候需要的是定义模块中的变量、函数、对象等。这些并不需要反复定义和执行。“只导入一次import-only-once”就成了一种优化。

test02.py的源代码:

print("test模块被加载了...")

test03.py的源代码：

import test02  #会执行test02模块中的语句
import test02  #不会再执行test02模块中的语句

重新加载

有时候我们确实需要重新加载一个模块，这时候可以使用：importlib.reload()方法：

import test02
import test02
print("####")
import importlib
importlib.reload(test02)

包的概念和创建包导入包

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()

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的三个核心作用：

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

【示例】测试包的__init__.py文件本质用法

a包下的__init__.py文件内容:

import turtle
import math
​
print("导入a包")

b包下的module_B1.py文件中导入a包，代码如下:

import a
print(a.math.pi)

执行结果如下：

包的模糊导入

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；

PIP安装第三方库

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：

1. 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
2. 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
3. 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
4. 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
5. 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
6. W3C格式支持，包含HTML，SGML，XML的处理。
7. 其它功能，包括国际化支持、数学运算、HASH、Tkinter等

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）：

可以看到发布的第三方库达到了十多万种，众多的开发者为Python贡献了自己的力量。

表 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)：

2. 其他数据源：

3. 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

点击+，然后输入要安装的第三方库pymysql,再点击按钮Install Package，等待安装即可，几秒种后，即提示安装成功：

这样，我们就可以在项目中直接使用第三方库pymysql了。