6. 模塊?
如果你從Python解釋器退出并再次進入，之前的定義（函數(shù)和變量）都會丟失。因此，如果你想編寫一個稍長些的程序，最好使用文本編輯器為解釋器準(zhǔn)備輸入并將該文件作為輸入運行。這被稱作編寫 腳本 。隨著程序變得越來越長，你或許會想把它拆分成幾個文件，以方便維護。你亦或想在不同的程序中使用一個便捷的函數(shù)， 而不必把這個函數(shù)復(fù)制到每一個程序中去。
為支持這些，Python有一種方法可以把定義放在一個文件里，并在腳本或解釋器的交互式實例中使用它們。這樣的文件被稱作 模塊 ；模塊中的定義可以 導(dǎo)入 到其它模塊或者 主 模塊（你在頂級和計算器模式下執(zhí)行的腳本中可以訪問的變量集合）。
模塊是一個包含Python定義和語句的文件。文件名就是模塊名后跟文件后綴 .py 。在一個模塊內(nèi)部，模塊名（作為一個字符串）可以通過全局變量 __name__ 的值獲得。例如，使用你最喜愛的文本編輯器在當(dāng)前目錄下創(chuàng)建一個名為 fibo.py 的文件， 文件中含有以下內(nèi)容:
# Fibonacci numbers module
def fib(n): # write Fibonacci series up to n
a, b = 0, 1
while a < n:
print(a, end=' ')
a, b = b, a+b
print()
def fib2(n): # return Fibonacci series up to n
result = []
a, b = 0, 1
while a < n:
result.append(a)
a, b = b, a+b
return result
現(xiàn)在進入Python解釋器，并用以下命令導(dǎo)入該模塊:
>>> import fibo
在當(dāng)前的符號表中，這并不會直接進入到定義在 fibo 函數(shù)內(nèi)的名稱；它只是進入到模塊名 fibo 中。你可以用模塊名訪問這些函數(shù):
>>> fibo.fib(1000)
0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377 610 987
>>> fibo.fib2(100)
[0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89]
>>> fibo.__name__
'fibo'
如果你想經(jīng)常使用某個函數(shù)，你可以把它賦值給一個局部變量:
>>> fib = fibo.fib
>>> fib(500)
0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377
6.1. 更多有關(guān)模塊的信息?
模塊可以包含可執(zhí)行的語句以及函數(shù)定義。這些語句用于初始化模塊。它們僅在模塊 第一次 在 import 語句中被導(dǎo)入時才執(zhí)行。 1 (當(dāng)文件被當(dāng)作腳本運行時，它們也會執(zhí)行。)
每個模塊都有它自己的私有符號表，該表用作模塊中定義的所有函數(shù)的全局符號表。因此，模塊的作者可以在模塊內(nèi)使用全局變量，而不必?fù)?dān)心與用戶的全局變量發(fā)生意外沖突。另一方面，如果你知道自己在做什么，則可以用跟訪問模塊內(nèi)的函數(shù)的同樣標(biāo)記方法，去訪問一個模塊的全局變量，modname.itemname。
模塊可以導(dǎo)入其它模塊。習(xí)慣上但不要求把所有 import 語句放在模塊（或腳本）的開頭。被導(dǎo)入的模塊名存放在調(diào)入模塊的全局符號表中。
import 語句有一個變體，它可以把名字從一個被調(diào)模塊內(nèi)直接導(dǎo)入到現(xiàn)模塊的符號表里。例如:
>>> from fibo import fib, fib2
>>> fib(500)
0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377
這并不會把被調(diào)模塊名引入到局部變量表里（因此在這個例子里，fibo 是未被定義的）。
還有一個變體甚至可以導(dǎo)入模塊內(nèi)定義的所有名稱:
>>> from fibo import *
>>> fib(500)
0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377
這會調(diào)入所有非以下劃線（_）開頭的名稱。 在多數(shù)情況下，Python程序員都不會使用這個功能，因為它在解釋器中引入了一組未知的名稱，而它們很可能會覆蓋一些你已經(jīng)定義過的東西。
注意通常情況下從一個模塊或者包內(nèi)調(diào)入 * 的做法是不太被接受的， 因為這通常會導(dǎo)致代碼的可讀性很差。不過，在交互式編譯器中為了節(jié)省打字可以這么用。
如果模塊名稱之后帶有 as，則跟在 as 之后的名稱將直接綁定到所導(dǎo)入的模塊。
>>> import fibo as fib
>>> fib.fib(500)
0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377
這會和 import fibo 方式一樣有效地調(diào)入模塊， 唯一的區(qū)別是它以 fib 的名稱存在的。
這種方式也可以在用到 from 的時候使用，并會有類似的效果:
>>> from fibo import fib as fibonacci
>>> fibonacci(500)
0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377
注解
出于效率的考慮，每個模塊在每個解釋器會話中只被導(dǎo)入一次。因此，如果你更改了你的模塊，則必須重新啟動解釋器， 或者，如果它只是一個要交互式地測試的模塊，請使用 importlib.reload()，例如 import importlib; importlib.reload(modulename)。
6.1.1. 以腳本的方式執(zhí)行模塊?
當(dāng)你用下面方式運行一個Python模塊:
python fibo.py <arguments>
這項操作將執(zhí)行模塊里的代碼，和導(dǎo)入模塊一樣，但會把 __name__ 賦值為 "__main__"。 也就是把下列代碼添加到模塊末尾：
if __name__ == "__main__":
import sys
fib(int(sys.argv[1]))
你既可以把這個文件當(dāng)作腳本又可當(dāng)作一個可調(diào)入的模塊來使用， 因為那段解析命令行的代碼只有在當(dāng)模塊是以“main”文件的方式執(zhí)行的時候才會運行:
$ python fibo.py 50
0 1 1 2 3 5 8 13 21 34
如果模塊是被導(dǎo)入的，那些代碼是不運行的:
>>> import fibo
>>>
這經(jīng)常用于為模塊提供一個方便的用戶接口，或用于測試（以腳本的方式運行模塊從而執(zhí)行一些測試套件）。
6.1.2. 模塊搜索路徑?
當(dāng)一個名為 spam 的模塊被導(dǎo)入的時候，解釋器首先尋找具有該名稱的內(nèi)置模塊。如果沒有找到，然后解釋器從 sys.path 變量給出的目錄列表里尋找名為 spam.py 的文件。sys.path 初始有這些目錄地址:
包含輸入腳本的目錄（或者未指定文件時的當(dāng)前目錄）。
PYTHONPATH（一個包含目錄名稱的列表，它和shell變量PATH有一樣的語法）。取決于安裝的默認(rèn)設(shè)置
注解
在支持符號鏈接的文件系統(tǒng)上，包含輸入腳本的目錄是在追加符號鏈接后才計算出來的。換句話說，包含符號鏈接的目錄并 沒有 被添加到模塊的搜索路徑上。
在初始化后，Python程序可以更改 sys.path。包含正在運行腳本的文件目錄被放在搜索路徑的開頭處， 在標(biāo)準(zhǔn)庫路徑之前。這意味著將加載此目錄里的腳本，而不是標(biāo)準(zhǔn)庫中的同名模塊。 除非有意更換，否則這是錯誤。更多信息請參閱 標(biāo)準(zhǔn)模塊。
6.1.3. “編譯過的”Python文件?
為了加速模塊載入，Python在 __pycache__ 目錄里緩存了每個模塊的編譯后版本，名稱為 module.version.pyc ，其中名稱中的版本字段對編譯文件的格式進行編碼； 它一般使用Python版本號。例如，在CPython版本3.3中，spam.py的編譯版本將被緩存為 __pycache__/spam.cpython-33.pyc。此命名約定允許來自不同發(fā)行版和不同版本的Python的已編譯模塊共存。
Python根據(jù)編譯版本檢查源的修改日期，以查看它是否已過期并需要重新編譯。這是一個完全自動化的過程。此外，編譯的模塊與平臺無關(guān)，因此可以在具有不同體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)之間共享相同的庫。
Python在兩種情況下不會檢查緩存。首先，對于從命令行直接載入的模塊，它從來都是重新編譯并且不存儲編譯結(jié)果；其次，如果沒有源模塊，它不會檢查緩存。為了支持無源文件（僅編譯）發(fā)行版本， 編譯模塊必須是在源目錄下，并且絕對不能有源模塊。
給專業(yè)人士的一些小建議:
你可以在Python命令中使用
-O或者-OO開關(guān)， 以減小編譯后模塊的大小。-O開關(guān)去除斷言語句，-OO開關(guān)同時去除斷言語句和 __doc__ 字符串。由于有些程序可能依賴于這些，你應(yīng)當(dāng)只在清楚自己在做什么時才使用這個選項。“優(yōu)化過的”模塊有一個opt-標(biāo)簽并且通常小些。將來的發(fā)行版本或許會更改優(yōu)化的效果。一個從
.pyc文件讀出的程序并不會比它從.py讀出時運行的更快，.pyc文件唯一快的地方在于載入速度。compileall模塊可以為一個目錄下的所有模塊創(chuàng)建.pyc文件。關(guān)于這個過程，PEP 3147 中有更多細(xì)節(jié)，包括一個決策流程圖。
6.2. 標(biāo)準(zhǔn)模塊?
Python附帶了一個標(biāo)準(zhǔn)模塊庫，在單獨的文檔Python庫參考（以下稱為“庫參考”）中進行了描述。一些模塊內(nèi)置于解釋器中；它們提供對不屬于語言核心但仍然內(nèi)置的操作的訪問，以提高效率或提供對系統(tǒng)調(diào)用等操作系統(tǒng)原語的訪問。這些模塊的集合是一個配置選項，它也取決于底層平臺。例如，winreg 模塊只在Windows操作系統(tǒng)上提供。一個特別值得注意的模塊 sys，它被內(nèi)嵌到每一個Python解釋器中。變量 sys.ps1 和 sys.ps2 定義用作主要和輔助提示的字符串:
>>> import sys
>>> sys.ps1
'>>> '
>>> sys.ps2
'... '
>>> sys.ps1 = 'C> '
C> print('Yuck!')
Yuck!
C>
這兩個變量只有在編譯器是交互模式下才被定義。
sys.path 變量是一個字符串列表，用于確定解釋器的模塊搜索路徑。該變量被初始化為從環(huán)境變量 PYTHONPATH 獲取的默認(rèn)路徑，或者如果 PYTHONPATH 未設(shè)置，則從內(nèi)置默認(rèn)路徑初始化。你可以使用標(biāo)準(zhǔn)列表操作對其進行修改:
>>> import sys
>>> sys.path.append('/ufs/guido/lib/python')
6.3. dir() 函數(shù)?
內(nèi)置函數(shù) dir() 用于查找模塊定義的名稱。 它返回一個排序過的字符串列表:
>>> import fibo, sys
>>> dir(fibo)
['__name__', 'fib', 'fib2']
>>> dir(sys)
['__displayhook__', '__doc__', '__excepthook__', '__loader__', '__name__',
'__package__', '__stderr__', '__stdin__', '__stdout__',
'_clear_type_cache', '_current_frames', '_debugmallocstats', '_getframe',
'_home', '_mercurial', '_xoptions', 'abiflags', 'api_version', 'argv',
'base_exec_prefix', 'base_prefix', 'builtin_module_names', 'byteorder',
'call_tracing', 'callstats', 'copyright', 'displayhook',
'dont_write_bytecode', 'exc_info', 'excepthook', 'exec_prefix',
'executable', 'exit', 'flags', 'float_info', 'float_repr_style',
'getcheckinterval', 'getdefaultencoding', 'getdlopenflags',
'getfilesystemencoding', 'getobjects', 'getprofile', 'getrecursionlimit',
'getrefcount', 'getsizeof', 'getswitchinterval', 'gettotalrefcount',
'gettrace', 'hash_info', 'hexversion', 'implementation', 'int_info',
'intern', 'maxsize', 'maxunicode', 'meta_path', 'modules', 'path',
'path_hooks', 'path_importer_cache', 'platform', 'prefix', 'ps1',
'setcheckinterval', 'setdlopenflags', 'setprofile', 'setrecursionlimit',
'setswitchinterval', 'settrace', 'stderr', 'stdin', 'stdout',
'thread_info', 'version', 'version_info', 'warnoptions']
如果沒有參數(shù)，dir() 會列出你當(dāng)前定義的名稱:
>>> a = [1, 2, 3, 4, 5]
>>> import fibo
>>> fib = fibo.fib
>>> dir()
['__builtins__', '__name__', 'a', 'fib', 'fibo', 'sys']
注意：它列出所有類型的名稱：變量，模塊，函數(shù)，等等。
dir() 不會列出內(nèi)置函數(shù)和變量的名稱。如果你想要這些，它們的定義是在標(biāo)準(zhǔn)模塊 builtins 中:
>>> import builtins
>>> dir(builtins)
['ArithmeticError', 'AssertionError', 'AttributeError', 'BaseException',
'BlockingIOError', 'BrokenPipeError', 'BufferError', 'BytesWarning',
'ChildProcessError', 'ConnectionAbortedError', 'ConnectionError',
'ConnectionRefusedError', 'ConnectionResetError', 'DeprecationWarning',
'EOFError', 'Ellipsis', 'EnvironmentError', 'Exception', 'False',
'FileExistsError', 'FileNotFoundError', 'FloatingPointError',
'FutureWarning', 'GeneratorExit', 'IOError', 'ImportError',
'ImportWarning', 'IndentationError', 'IndexError', 'InterruptedError',
'IsADirectoryError', 'KeyError', 'KeyboardInterrupt', 'LookupError',
'MemoryError', 'NameError', 'None', 'NotADirectoryError', 'NotImplemented',
'NotImplementedError', 'OSError', 'OverflowError',
'PendingDeprecationWarning', 'PermissionError', 'ProcessLookupError',
'ReferenceError', 'ResourceWarning', 'RuntimeError', 'RuntimeWarning',
'StopIteration', 'SyntaxError', 'SyntaxWarning', 'SystemError',
'SystemExit', 'TabError', 'TimeoutError', 'True', 'TypeError',
'UnboundLocalError', 'UnicodeDecodeError', 'UnicodeEncodeError',
'UnicodeError', 'UnicodeTranslateError', 'UnicodeWarning', 'UserWarning',
'ValueError', 'Warning', 'ZeroDivisionError', '_', '__build_class__',
'__debug__', '__doc__', '__import__', '__name__', '__package__', 'abs',
'all', 'any', 'ascii', 'bin', 'bool', 'bytearray', 'bytes', 'callable',
'chr', 'classmethod', 'compile', 'complex', 'copyright', 'credits',
'delattr', 'dict', 'dir', 'divmod', 'enumerate', 'eval', 'exec', 'exit',
'filter', 'float', 'format', 'frozenset', 'getattr', 'globals', 'hasattr',
'hash', 'help', 'hex', 'id', 'input', 'int', 'isinstance', 'issubclass',
'iter', 'len', 'license', 'list', 'locals', 'map', 'max', 'memoryview',
'min', 'next', 'object', 'oct', 'open', 'ord', 'pow', 'print', 'property',
'quit', 'range', 'repr', 'reversed', 'round', 'set', 'setattr', 'slice',
'sorted', 'staticmethod', 'str', 'sum', 'super', 'tuple', 'type', 'vars',
'zip']
6.4. 包?
包是一種通過用“帶點號的模塊名”來構(gòu)造 Python 模塊命名空間的方法。 例如，模塊名 A.B 表示 A 包中名為 B 的子模塊。正如模塊的使用使得不同模塊的作者不必?fù)?dān)心彼此的全局變量名稱一樣，使用加點的模塊名可以使得 NumPy 或 Pillow 等多模塊軟件包的作者不必?fù)?dān)心彼此的模塊名稱一樣。
假設(shè)你想為聲音文件和聲音數(shù)據(jù)的統(tǒng)一處理，設(shè)計一個模塊集合（一個“包”）。由于存在很多不同的聲音文件格式（通常由它們的擴展名來識別，例如：.wav， .aiff， .au），因此為了不同文件格式間的轉(zhuǎn)換，你可能需要創(chuàng)建和維護一個不斷增長的模塊集合。 你可能還想對聲音數(shù)據(jù)還做很多不同的處理（例如，混聲，添加回聲，使用均衡器功能，創(chuàng)造人工立體聲效果）， 因此為了實現(xiàn)這些處理，你將另外寫一個無窮盡的模塊流。這是你的包的可能結(jié)構(gòu)（以分層文件系統(tǒng)的形式表示）：
sound/ Top-level package
__init__.py Initialize the sound package
formats/ Subpackage for file format conversions
__init__.py
wavread.py
wavwrite.py
aiffread.py
aiffwrite.py
auread.py
auwrite.py
...
effects/ Subpackage for sound effects
__init__.py
echo.py
surround.py
reverse.py
...
filters/ Subpackage for filters
__init__.py
equalizer.py
vocoder.py
karaoke.py
...
當(dāng)導(dǎo)入這個包時，Python搜索 sys.path 里的目錄，查找包的子目錄。
必須要有 __init__.py 文件才能讓 Python 將包含該文件的目錄當(dāng)作包。 這樣可以防止具有通常名稱例如 string 的目錄在無意中隱藏稍后在模塊搜索路徑上出現(xiàn)的有效模塊。 在最簡單的情況下，__init__.py 可以只是一個空文件，但它也可以執(zhí)行包的初始化代碼或設(shè)置 __all__ 變量，具體將在后文介紹。
包的用戶可以從包中導(dǎo)入單個模塊，例如:
import sound.effects.echo
這會加載子模塊 sound.effects.echo 。但引用它時必須使用它的全名。
sound.effects.echo.echofilter(input, output, delay=0.7, atten=4)
導(dǎo)入子模塊的另一種方法是
from sound.effects import echo
這也會加載子模塊 echo ，并使其在沒有包前綴的情況下可用，因此可以按如下方式使用:
echo.echofilter(input, output, delay=0.7, atten=4)
另一種形式是直接導(dǎo)入所需的函數(shù)或變量:
from sound.effects.echo import echofilter
同樣，這也會加載子模塊 echo，但這會使其函數(shù) echofilter() 直接可用:
echofilter(input, output, delay=0.7, atten=4)
請注意，當(dāng)使用 from package import item 時，item可以是包的子模塊（或子包），也可以是包中定義的其他名稱，如函數(shù)，類或變量。 import 語句首先測試是否在包中定義了item；如果沒有，它假定它是一個模塊并嘗試加載它。如果找不到它，則引發(fā) ImportError 異常。
相反，當(dāng)使用 import item.subitem.subsubitem 這樣的語法時，除了最后一項之外的每一項都必須是一個包；最后一項可以是模塊或包，但不能是前一項中定義的類或函數(shù)或變量。
6.4.1. 從包中導(dǎo)入 *?
當(dāng)用戶寫 from sound.effects import * 會發(fā)生什么？理想情況下，人們希望這會以某種方式傳遞給文件系統(tǒng)，找到包中存在哪些子模塊，并將它們?nèi)繉?dǎo)入。這可能需要很長時間，導(dǎo)入子模塊可能會產(chǎn)生不必要的副作用，這種副作用只有在顯式導(dǎo)入子模塊時才會發(fā)生。
唯一的解決方案是讓包作者提供一個包的顯式索引。import 語句使用下面的規(guī)范：如果一個包的 __init__.py 代碼定義了一個名為 __all__ 的列表，它會被視為在遇到 from package import * 時應(yīng)該導(dǎo)入的模塊名列表。在發(fā)布該包的新版本時，包作者可以決定是否讓此列表保持更新。包作者如果認(rèn)為從他們的包中導(dǎo)入 * 的操作沒有必要被使用，也可以決定不支持此列表。例如，文件 sound/effects/__init__.py 可以包含以下代碼:
__all__ = ["echo", "surround", "reverse"]
這意味著 from sound.effects import * 將導(dǎo)入 sound 包的三個命名子模塊。
如果沒有定義 __all__，from sound.effects import * 語句 不會 從包 sound.effects 中導(dǎo)入所有子模塊到當(dāng)前命名空間；它只確保導(dǎo)入了包 sound.effects （可能運行任何在 __init__.py 中的初始化代碼），然后導(dǎo)入包中定義的任何名稱。 這包括 __init__.py 定義的任何名稱（以及顯式加載的子模塊）。它還包括由之前的 import 語句顯式加載的包的任何子模塊。思考下面的代碼:
import sound.effects.echo
import sound.effects.surround
from sound.effects import *
在這個例子中， echo 和 surround 模塊是在執(zhí)行 from...import 語句時導(dǎo)入到當(dāng)前命名空間中的，因為它們定義在 sound.effects 包中。（這在定義了 __all__ 時也有效。）
雖然某些模塊被設(shè)計為在使用 import * 時只導(dǎo)出遵循某些模式的名稱，但在生產(chǎn)代碼中它仍然被認(rèn)為是不好的做法。
請記住，使用 from package import specific_submodule 沒有任何問題！ 實際上，除非導(dǎo)入的模塊需要使用來自不同包的同名子模塊，否則這是推薦的表示法。
6.4.2. 子包參考?
當(dāng)包被構(gòu)造成子包時（與示例中的 sound 包一樣），你可以使用絕對導(dǎo)入來引用兄弟包的子模塊。例如，如果模塊 sound.filters.vocoder 需要在 sound.effects 包中使用 echo 模塊，它可以使用 from sound.effects import echo 。
你還可以使用import語句的 from module import name 形式編寫相對導(dǎo)入。這些導(dǎo)入使用前導(dǎo)點來指示相對導(dǎo)入中涉及的當(dāng)前包和父包。例如，從 surround 模塊，你可以使用:
from . import echo
from .. import formats
from ..filters import equalizer
請注意，相對導(dǎo)入是基于當(dāng)前模塊的名稱進行導(dǎo)入的。由于主模塊的名稱總是 "__main__" ，因此用作Python應(yīng)用程序主模塊的模塊必須始終使用絕對導(dǎo)入。