14.Python 模块

简介: 14.Python 模块

模块是Python用来组织代码的一种方法,包是Python用来组织模块的一种方法。

常用基本语法如下:

'''Windows 按住win+R 输入 cmd,Mac 打开Terminal'''
pip install 模块名 # 安装模块
pip uninstall 模块名 # 卸载模块
pip list # 查看所安装的模块
'''
import 模块名
import 模块名 as 别名 
from 模块名 import 成员 # 导入单个成员
from 包 import 模块  
from 包.子包 import 模块
from 包.子包.模块 import 成员

常见问题No module named XXXX

# Windows 按住win+R 输入 cmd,Mac 打开Terminal,输入以下命令
pip install XXXX

如果根据上面部分还是不能解决,则在要执行文件中开头添加以下命令:

import sys
import os
sys.path.append(os.path.abspath(os.path.join(os.path.dirname(__file__), '..')))

1. 使用模块

Python 把能够相互包含,且有组织的代码段称为模块(module)。使用模块的好处如下:

  • 提高代码的可维护性。
  • 提高代码的可重用性。
  • 避免命名冲突和代码污染。

文件能够在物理层面组织模块,一个文件被看作是一个独立模块,一个模块也可以被看作一个文件。模块的文件名就是模块的名字加上扩展名.py。在.py文件中可以包含类、函数、变量、可运行的代码等。模块也可以被其他模块、脚本、交互式解析器导入(import),也可以被其他程序引用。


Python 模块一般位于安装目录下Lib文件夹中,执行help(“moduels”)命令,可以查看已经安装的所有模块列表。模块可以分为3种类型:


内置标准模块:Python 预安装了很多标准模块,如sys、time、json模块等。

第三方开源模块:由第三方商业公司或个人开发,并免费分享到网上的模块。用户使用的大部分模块都是这种类型。

自定义模块:由开发者自己开发的模块,方便在脚本中使用

自定义模块的名字不能与系统模块重名,否则有覆盖内置模块的风险。例如,自定义一个sys.py模块后,就不能够使用系统的sys模块。


使用第三方模块时,有2种方法:


1.使用pip命名安装。

'''Windows 按住win+R 输入 cmd,Mac 打开Terminal'''
pip install 模块名 # 安装模块
pip uninstall 模块名 # 卸载模块
pip list # 查看所安装的模块

2.通过下面网址下载模块并安装模块。下载.whl或者.gz文件,在命令行进入到文件目录,使用pip install 文件名或者 python [setup.py](http://setup.py) install

使用import语句可以导入模块,模块名不包含.py扩展名。如果模块名比较长,在导入时可以起一个别名。

# 导入模块
import 模块名1
import 模块名2
import 模块名1[,模块名2,..,模块名N]
# 导入模块并起别名
import 模块名1 as 别名 

所有的模块在开头部分导入,并且建议遵循如下顺序:

  1. Python 标准模块。
  2. Python 第三方模块。
  3. 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(sys.path)中搜寻对应的模块,如果发现在函数中导入,那么它的作用域是局部的。


搜索路径是一个目录列表,被存储在sys模块中的path变量中,供解释器在导入模块时参考,可以事先配置,或者在源代码中设置。

import sys # 导入sys模块
for i in sys.modules: # 遍历所有导入的模块
    print(i,end='\n')

dir(sys) # 查看该模块中可用的成员

# 兼容导入适配的模块版本
try:
    import json # python 2.6版本后
except ImportError:
    import simplejson as json # python 2.5版本前

使用from-import语句可以将指定模块中的成员名称导入当前作用域中,如函数、类或变量等,语法和示例如下:

from 模块名 import 成员 # 导入单个成员
from 模块名 import 成员1[,成员2,...,成员N] # 导入多个成员
from 模块名 import * # 导入所有成员

from time import * # 导入time模块中所有成员
print(dir())  # 查看导入的所有成员名称

2. 使用包

包是Python组织模块的一种逻辑方法,是一个有层次的目录结构,它定义了由多个模块或多个子包组成的Python应用程序运行环境。一个文件夹就是一个包,包的名称就是文件夹的名称,包可以相互嵌套。包的好处如下:

  • 为名称空间加入有层次的组织结构。
  • 允许开发人员把有联系的模块组合到一起。
  • 允许分发者使用目录结构而不是一大堆混乱的文件。
  • 解决同一个允许环境中导入模块重名问题。

创建包就是创建文件夹

包文件夹下存在一个名为__init__.py的文件,用于标识当前文件夹是一个包,建议创建包时都添加__init__.py该文件init.py可以是一个空文件,也可以初始化设置代码。

导入包有两种方法:

  1. 绝对路径导入:通过指定“包.模块.名字”的完整路径进行导
  1. 相对路径导入:在一个包(package)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1个点号(.),表示当前目录。
  • 在导入路径前面添加2个点号(…),表示父级目录。
import 包
import 包.子包 
# 常用形式1
import 包.子包.模块  
# 常用形式2
from 包 import 模块  
from 包.子包 import 模块
from 包.子包.模块 import 成员

使用相对路径导入,必须是一个完整的项目,切必须从入口程序开始执行。

3. 常用模块

3.1 日期和时间

操作日期和时间的内置模块有:timedatetimecalendar

time 是基础模块,可满足对时间类型数据的基本处理;

时间也是一种数据类型,分3种形式:时间戳(timestamp)、结构化时间(struct_time)、格式化的时间字符串(format string)。

import time # 导入time模块
print(time.time())  # 返回当前时间戳,浮点数:1700636693.016157
'''返回结构化时间,一个元组:
time.struct_time(tm_year=2023, tm_mon=11, tm_mday=22, 
tm_hour=15, tm_min=6, tm_sec=30, 
tm_wday=2, tm_yday=326, tm_isdst=0)
'''
print(time.localtime()) 
print(time.ctime()) # 返回当前本地时间的字符串:Wed Nov 22 15:06:30 2023
print(time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')) # 2023-11-22 15:16:00

datetime 模块是对time模块进行高级封装,功能更强大,使用更方便;

包含6个字类型:

  • datetime.date:表示日期,常用的属性有year、month、day。
  • datetime.time:表示时间,常用属性有hour、minute、second、microsecod。
  • datetime.datetime:表示日期时间
  • datetime.timedelta:表示两个date、time、datetime实例之间的时间间隔。
  • datetime.tzinfo:时区对象。
  • datetime.timezone:tzinfo的子类,表示时区,计算UTC的偏移量。
import time
import datetime
# 获取当前时间
print(datetime.datetime.now()) # 2023-11-22 15:35:44.190278
print(datetime.datetime.today()) # 2023-11-22 15:35:44.190382
# datetime 和结构化时间之间相互转换
print(datetime.datetime(year=2023,month=11,day=22,hour=15,minute=30,second=00)) # 2023-11-22 15:30:00
print(datetime.datetime.now().timetuple()) # 转换为结构化时间元组
# datetime和时间戳之间相互转换
print(datetime.datetime.timestamp(datetime.datetime.now()))
print(datetime.datetime.fromtimestamp(1700638527.603307))
# datetime和时间字符串之间的相互转换
dt = datetime.datetime.now()
print(dt.strftime('%Y=%m-%d %H:%M:%S')) # 2023=11-22 15:44:19
print(dt + datetime.timedelta(hours=8)) # 2023-11-22 23:44:19.150674

calendar 模块用于处理日历相关;

import calendar
n = calendar.month(2023,11)
print(n)

3.2 伪随机数

random 内置模块,能够实现各种分布的伪随机数。

  • random.random():用于生成(0<=n<1.0)的浮点数。
  • random.unform(a,b):用于生成(a<=n<b)的浮点数。
  • random.randint(a,b):用于生成(a<=n<=b)的整数。
  • random.randirange([start=0], stop[,step=1]):指定范围内,按指定步长递增的集合中获取一个随机数。
  • random.choice(sequence):从参数序列sequence对象中获取一个随机元素。
  • random.shuffle(x[,random]):将一个列表中的元素打乱。
  • random.sample(sequence,k):从指定序列sequence中随机获取指定长度的片段。
import random 
print(random.random()) # 产生[0,1)浮点数 0.10565535904276113
print(random.uniform(1.1,5.4)) # 产生[1.1,5.4)浮点数 2.2114464386429304
print(random.randint(1,10)) # 产生[0,1]整数 4
print(random.choice([1,2,3,4,5,6,7,8,9,0])) # 从序列中随机选取一个元素 9
print(random.randrange(1,100,2)) # 生成 1~ 100的间隔2的随机整数 79
a = [1,3,5,7,8]
random.shuffle(a) # 将序列a中元素顺序打乱
print(a) # [5, 8, 1, 3, 7]

3.3 摘要算法

hashlib 内置模块包含hash和md5加密方法,这种加密是不可逆的,也称摘要算法。

hash 为哈希,表示把任意的输入,通过某种hash算法,转换成固定长度的输出,这个输出值就是散列值,也称摘要值,算法为哈希函数,摘要函数。

MD5 是最常见的摘要算法,速度快,生成结果是固定的16字节,通常用一个32位的十六进制字符串表示。

常用的方法有如下:

  • md5()sha1():加密算法,获取一个加密的哈希对象。
  • update():用参数字符串更新哈希对象。
  • digest():以二进制数据字符串返回摘要信息。
  • hexdigest():以十六进制数据字符串返回摘要信息。
  • copy():复制哈希对象。
import hashlib # 导入加密模块
s = 'Python'  # 待加密的字符串
md5 = hashlib.md5() # md5加密
md5.update(s.encode('utf-8')) # 注意转码
r = md5.hexdigest() # 返回十六进制的数据字符串值
print(r) # a7f5f35426b927411fc9231b56382173

3.4 JSON 处理

JSON 是一种广泛应用的轻量级的数据交换格式,字典格式,其中包含方括号起来的数组,也就是列表。

json 提供了4中方法来实现Python对象与JSON对象进行快速交换。

  • dumps():将Python对象序列化为JSON字符串表示。
  • dump():将Python对象序列化为JSON字符串,然后保存到文件中。
  • loads():把JSON格式的字符串反序列化为Python对象。
  • loas():从文件中读取内容,然后读取的字符串反序列化为Python对象。
import json
a = {'name':'Tom','age':23}
b = json.dumps(a) # 把序列化Python对象转换为JSON格式字符串
print(type(a)) # <class 'dict'>
print(b,type(b)) # {"name": "Tom", "age": 23} <class 'str'>
c = json.loads(b) # 把JSON格式字符串转换序列化Python对象
print(c['name']) # Tom
print(type(c)) # <class 'dict'>

with open('test.json','w',encoding='utf-8') as f:
# indent 表示格式化保存字符串,默认为None,小于0个空格
    json.dump(a,f,indent=4) # 将字典对象序列化字符串
    # f.write(json.dumps(a,indent=4)) # 与json.dump()效果一样
    
with open('test.json','r',encoding='utf-8') as f:
    d = json.load(f) # 转换python对象

    f.seek(0) # 重写把文件指针移到文件开头
    e = json.loads(f.read()) # 与json.load(f)执行效果一样
 
print(d) # {'name': 'Tom', 'age': 23}
print(e) # {'name': 'Tom', 'age': 23}

3.5 图像处理

Python Imaging Library 是免费的图像处理工具包,是Python平台上的图像处理标准库。PIL提供强大的图形、图像处理功能,API使用简单。

  • 支持数十种格式,如PNG、JPEG、BMP、GIF、TIFF等。
  • 支持黑白、灰阶、RGB、CMYK等多种色彩模式。
  • 图像基本操作,如裁切、平移、旋转、改变尺寸、调置、剪切、粘贴等
  • 图像色彩处理,如亮度、色调、对比、锐利度等。
  • 支持十多种滤镜。
  • 在图像中绘制点、线、面、几何形状、文字等。

图像的基本操作:

  • open():打开图像
  • new():创建新图像
  • show():显示图像
  • save():保存图像
  • copy():复制图像

图像基本属性

  • format:图像来源
  • size:图像大小
  • mode:图像模式

图像变换操作

  • resize():改变图像大小
  • rotate():旋转图像
  • transpose():翻转图像
  • convert():转换图像
  • filter():特效处理

图像合成、裁切、分离等操作

  • blend():合成图像
  • crop():裁切图像
  • paste():粘贴图像
  • split():根据颜色通道分离图像
  • merge():核查单一图像

图像像素点操作:

  • point():对每个像素点执行一次函数调用操作
  • getpixel():获取指定像素点的颜色值
  • putpixel():为指定像素点设置颜色值
from PIL import Image
im = Image.open('/Users/guanfawang/Downloads/Untitled-89.png')
w,h = im.size
print(w,h) # 506 526
a = im.resize((w//2,h//2)) # 改变尺寸
a.save('/Users/guanfawang/Downloads/a.png') # 保存新尺寸图像
a.rotate(90) # 旋转90度
a.show() # 打开查看图像

'''
设计生成验证码图片
'''
# 第一步:从PIL模块中导入图像类、绘图类、图像字体类和图像特效类
from PIL import Image,ImageDraw,ImageFont,ImageFilter
# 第二步:初始化设置
import random  # 导入随机数模块
def rndchar(): # 随机字母
    return chr(random.randint(65,90))
def rndcolor1(): # 随机颜色1
    return (random.randint(64,255),random.randint(64,255),random.randint(64,255))
def rndcolor2(): #随机颜色2
    return (random.randint(32,127),random.randint(32,127),random.randint(32,127))
width = 60*4 # 初始化图像宽度,单位为像素
height = 60 # 初始化图像高度,单位为像素
# 第三步:创建图像对象、字体对象、绘图对象
image = Image.new('RGB',(width,height),(255,255,255)) # 创建Image对象
font = ImageFont.truetype('arialuni.ttf',36) # 创建Font对象
draw = ImageDraw.Draw(image) # 创建Draw对象
# 生成麻点背景
for x in range(width): # 使用随机颜色绘图
    for y in range(height):
        draw.point((x,y),fill=rndcolor1())
# 在画布上生成随机字符
for t in range(4): # 输出4个随机字符
    draw.text((60*t+10,10),rndchar(),font=font,fill=rndcolor2())
image = image.filter(ImageFilter.BLUR) # 模糊化处理
# 第四步:保存图像
image.save('code.jpg','jpeg')

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