Python（7）模块概述

一、关于模块

在学习函数之后，我们可以重复使用函数从而减少代码的长度，但是随着程序代码越来越多，函数也会越来越多，代码也会越来越长，越来越难以维护，而为了代码的可维护性，我们可以把函数分组，放到不同的文件里，这样的话，文件和文件就可以相互调用对方的函数，从而减少代码的长度，很多编程语言都会采用这种组织代码的方式，在Python中，.py文件就是充当的这样的角色，而一个py文件就叫做模块（module）

通俗来说，模块就是一组Python代码的集合，可以使用其他模块，也可以被其他模块使用

使用模块的好处：

提高了代码的可维护性

有了模块之后，编写代码不需要从零编写，当一个模块编写完毕，就可以被其他地方引用，从而提高代码开发效率

可以避免函数名称和变量名冲突，相同名称的函数和变量完全可以保存在不同的模块中，因此在编写模块时，不需要考虑名称会与其他模块冲突，但是要注意不要与内置函数名称冲突，点击这里查看Python所有内置函数

• 除了我们自己编写的模块，我们还可以引用Python的内置模块和第三方模块
  
• 为了避免模块名冲突，Python还引入了按目录来组织模块的方法，这种方法称为包（Package）
  
• 现在来看几个关于模块的例子：
  

当前有一个test.py文件，而这个文件的模块名就叫做test，同样的有一个aaa.py文件，它的模块名就叫做aaa

此时，这两个模块名和其他的模块名冲突了，而现在我们就可以通过包来组织模块，避免冲突，方法就是加一个顶层包名，例如引用顶层包名mycompany，按照如下目录存放：

mycompany：
> __init__.py
> test.py
> aaa.py

引入了包后，只要顶层包名不和其他的冲突，那么所有模块都不会与别人冲突，现在test.py模块的名称就变成了mycompany.test，同样aaa.py模块变成了mycompany.aaa，这样就避免了模块名冲突

可以看到，在添加顶层包名后，目录中还多了一个文件__init__.py，这个文件是必须存在的，否则Python就会把这个目录当作普通目录看，而不是一个包

同样的，也可以使用多级目录，组成多级层次的包结构，例如：

mycompany:
> web 
  > __init__.py
  > aaa.py
  > bbb.py
> __init__.py
> test.py
> aaa.py
根据上面的例子，bbb.py的模块名就是mycompany

根据上面的例子，bbb.py的模块名就是mycompany.web.bbb，test.py的模块名就是mycompany.test，虽然在mycompany和web下都有aaa模块，但是模块名是不一样的，一个是mycompany.aaa，另一个是mycompany.web.aaa

注意事项：

在创建模块时需要注意命名，不能和Python自带的模块名称冲突，例如系统中自带了sys模块，如果自己再定义一个sys.py模块的话，那么自带的sys模块就无法导入了，如果不确定的话，可以在Python的交互环境中执行import 模块名来确认，成功则说存在此模块

需要注意的是：__init__.py本身就是一个模块，它的模块名就是mycompany，所以这个__init__.py可以是空文件，也可以有Python代码

模块名要遵循Python变量命名规范，不要使用中文、特殊字符

二、使用模块

• Python内置了许多有用的模块，只要安装完Python，这些模块就可以直接使用
• 以内置模块sys为例，创建一个hello模块==（hello.py文件）==

#!/usr/bin/env python3      #注释行，这行可以直接让此py文件在linux上执行
# -*- coding: utf-8 -*-     #注释行，表示此py文件本身使用标准UTF-8编码
' a test module '           #这是一串字符串，表示模块的文档注释，任何代码的第一个字符串都被看做是模块的文档注释
__author__ = 'Michael Liao' #使用__author__变量可以把作者写进入，这样在公开源码后就可以知道这是谁写的
import sys                  
def test():
    args = sys.argv
    if len(args)==1:
        print('Hello, world!')
    elif len(args)==2:
        print('Hello, %s!' % args[1])
    else:
        print('Too many arguments!')
if __name__=='__main__':
    test()

• 上面的代码中1—6行就是Python模块的标准写法，虽然并没有说强制要求这样写，但是最好还是按标准编写

• 在第8行开始就是真正的代码部分：
  

（1）使用sys内置模块的第一步就是使用"import sys"导入sys模块，所以在第8行中导入了模块，在导入模块后，会创建一个变量"sys"，改变量指向了"sys"模块，通过这个变量就可以访问"sys"模块的所有功能

import sys

（2）创建test函数后，第11行中，我们使用了’sys’模块的’argv’变量，此变量使用列表存储了命令行的所有参数，'argv’至少有一个元素，和shell脚本相同，第一个元素指向的永远是py文件本身（即py文件的名称），例如：

#执行脚本
python3 hello.py
#sys.argv变量的值就是
['hello.py']
#同样的，多个参数
python3 hello.py aaa
#那么sys.argv变量就变成了
['hello.py','aaa']

（3）最后来看代码的19行和20行，这两行代码我们在其他的py文件中肯定也看到过，这个if判断语句最简单的解释就是：如果直接执行包含下面if判断的模块，则该语句会判断为真，然后运行语句下的代码，反之如果是通过导入该模块到其他的py脚本运行的，则语句判断为假，下面的代码不运行

if __name__=='__main__':
    test()

（4）利用centos的命令行执行test.py

[root@centos-1 ~]# python3 hello.py 
Hello, world!
[root@centos-1 ~]# python3 hello.py zhangsan
Hello, zhangsan!

（5）进入centos交互环境执行test.py

[root@centos-1 ~]# python3
Python 3.9.9 (main, May 10 2022, 15:32:30) 
[GCC 4.8.5 20150623 (Red Hat 4.8.5-16)] on linux
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> import hello  #导入模块
>>> hello.test()     #执行模块中的函数test
Hello, world!

三、作用域

在一个模块中，我们可能会定义很多函数和变量，在这些函数和变量中，我们希望有些可以给其他人使用，有些我们只希望在模块内部使用，而在Python中可以通过_前缀来实现这样的效果

正常在模块中的函数和变量名是公开(public)的，可以直接被引用，例如：aaa,b2,cc_33这样的自定义变量，而在上面使用的__name__变量是特殊变量，可以直接被引用但是有着特殊用途，这样的__xx__格式的变量还有__author__、__doc__等，在设定变量时不用使用这样格式的变量名

除了上面的普通变量和特殊变量，还有_xx和__xx这些格式，这样格式的变量是非公开的(private)。因为在Python中并没有一种方法完全限制访问非公开函数或者变量，所以说虽然是非公开的，但是其实也可直接进行引用，只是说从编程习惯来说不应该进行引用，例如：_aaa,__aaa等

既然非公开函数或者变量不引用被引用，那么他们的作用是什么，下面来看几个案例：

[root@centos-1 ~]# cat hello.py 
# -*- coding: utf-8 -*-
def _test_1(name):
    return 'Hello,%s' % name
def _test_2(name):
    return 'bay,%s' % name
def test(name):
    if len(name) > 3:
        return _test_1(name)
    else:
        return _test_2(name)
#保存退出
[root@centos-1 ~]# cat aaa.py 
#!/usr/bin/env python3
# -*- conding: utf-8 -*-
import hello
print(hello.test('zhangsan'))
print(hello.test('li'))
#保存退出
[root@centos-1 ~]# python3 aaa.py 
Hello,zhangsan
bay,li
————————————————————分割线————————————————————
我们只在'hello'模块中公开'test'函数，其他的函数都被隐藏起来了，这样在调用'test'函数时就无需关心调用函数细节，这也是一种代码封装和抽象的方法

注意：外部不需要引用的函数可以全部定义成非公开的(private)，只有外部需要引用的函数再定义为公开(public)

三、安装第三方模块

在Python中，除了内置模块、自定义模块，还可以通过包管理工具pip安装第三方模块，如果是mac或者linux系统，那么安装pip这个过程就可以跳过，而windows需要在安装python时``勾选pip选项和Add python.exe to Path`即可，如果忘记的话，可以重新运行安装程序选中安装

在windows中，打开cmd命令行，输入pip后按回车，如果提示未找到命令，就说明没有安装。而在mac或者linux上中，可能会同时存在Python2版本和3版本，使用python3的话，那么对应的pip命令应该是pip3

一般来说，第三方库都会在Python官方的pypi.python.org网站注册，要安装一个第三方库，必须先知道该库的名称，可以在官网或者pypi上搜索，比如Pillow的名称叫Pillow，因此，安装Pillow的命令就是：

pip install Pillow
#耐心等待下载并安装后，就可以使用Pillow了。

（1）安装常用模块

在使用Python时，经常需要用到很多第三方库，例如上面提到的Pillow，以及MySQL驱动程序，Web框架Flask，科学计算Numpy等。用pip一个一个安装费时费力，还需要考虑兼容性。

廖雪峰大神推荐直接使用Anaconda，这是一个基于Python的数据处理和科学计算平台，它已经内置了许多非常有用的第三方库，我们装上Anaconda，就相当于把数十个第三方模块自动安装好了，非常简单易用。

可以从Anaconda官网下载GUI安装包，安装包有500~600M，所以需要耐心等待下载。下载后直接安装，Anaconda会把系统Path中的python指向自己自带的Python，并且，Anaconda安装的第三方模块会安装在Anaconda自己的路径下，不影响系统已安装的Python目录。

安装Anaconda：

• 安装好Anaconda后，会多出一个powershell，打开，输入python，可以看到Anaconda的信息，不过这个python是3.9的

(base) PS C:\Users\RZY> python
Python 3.9.7 (default, Sep 16 2021, 16:59:28) [MSC v.1916 64 bit (AMD64)] :: Anaconda, Inc. on win32
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>>import numpy  #直接导入模块，发现可以直接导入
>>>

（2）模块搜索路径

• 当我们试图加载一个模块时，Python会在指定的路径下搜索对应的.py文件，如果找不到，就会报错：

>>> import mymodule
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ImportError: No module named mymodule

默认情况下，Python解释器会搜索当前目录、所有已安装的内置模块和第三方模块，搜索路径存放在sys模块的path变量中：

>>> import sys
>>> sys.path
['', 'C:\\Users\\RZY\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python310\\python310.zip', 'C:\\Users\\RZY\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python310\\DLLs', 'C:\\Users\\RZY\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python310\\lib', 'C:\\Users\\RZY\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python310', 'C:\\Users\\RZY\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python310\\lib\\site-packages']

• 如果我们要添加自己的搜索目录，有两种方法：

（1）直接修改sys.path，添加要搜索的目录：

>>> sys.path.append('D:\工作\work\py') 
>>> sys.path
['', 'C:\\Users\\RZY\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python310\\python310.zip', 'C:\\Users\\RZY\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python310\\DLLs', 'C:\\Users\\RZY\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python310\\lib', 'C:\\Users\\RZY\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python310', 'C:\\Users\\RZY\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python310\\lib\\site-packages', 'D:\\工作\\work\\py']

注意：这种方法是在运行时修改，运行结束后失效。

（2）设置环境变量PYTHONPATH，该环境变量的内容会被自动添加到模块搜索路径中。设置方式与设置Path环境变量类似。注意只需要添加你自己的搜索路径，Python自己本身的搜索路径不受影响。