python中的包与模块

模块（module）

什么是模块

一个 .py文件 就是一个模块（Module）。
在开发过程中我们不会把所有的代码都写在一个 .py文件 中。随着代码量的增大，可以按照功能将函数或者类分开存放到不同的 .py文件 中。
 
这样代码更方便管理，以及后期的维护，也便于其他程序来调用当前已经实现的功能~
 
在开发过程中，我们也经常引用其他模块，例如：time，os，configparser，re 等等
在Python中模块一般有如下3种：
1）Python内置模块
2）第三方模块
3）自定义模块

模块的导入

import 语句

导入模块的语句如下：

import module1[, module2[,... moduleN]
或
import module1
import module2
...
import moduleN

具体使用哪一种方式根据个人习惯而定，导入模块后，模块中的方法或者类可以通过 模块名.方法() 直接调用~

>>> import time
>>> time.time()                     # time() 为 time模块中的方法
1545832129.4365451
>>> import datetime
>>> datetime.datetime.now()      # datetime 为datetime模块中的类
datetime.datetime(2018, 12, 26, 21, 49, 2, 805953)

当我们使用 import 语句导入模块时，Python解释器首先会去内置名称空间中寻找，即判断导入的模块是不是内置模块（例如time模块就是Python内置模块），然后再去 sys.path 列表中定义的路径从前往后寻找 .py文件
如下是在个人笔记本上输出的 sys.path列表：

# pycharm中进行输出：
['/Users/baby/PycharmProjects/untitled/module',
'/Users/baby/PycharmProjects/untitled',
'/usr/local/Cellar/python/3.7.1/Frameworks/Python.framework/Versions/3.7/lib/python37.zip',
'/usr/local/Cellar/python/3.7.1/Frameworks/Python.framework/Versions/3.7/lib/python3.7',
'/usr/local/Cellar/python/3.7.1/Frameworks/Python.framework/Versions/3.7/lib/python3.7/lib-dynload', '/usr/local/lib/python3.7/site-packages',
'/Applications/PyCharm.app/Contents/helpers/pycharm_matplotlib_backend']

# 在终端进行输出：
>>> sys.path
['', '/usr/local/Cellar/python/3.7.1/Frameworks/Python.framework/Versions/3.7/lib/python37.zip',
'/usr/local/Cellar/python/3.7.1/Frameworks/Python.framework/Versions/3.7/lib/python3.7',
'/usr/local/Cellar/python/3.7.1/Frameworks/Python.framework/Versions/3.7/lib/python3.7/lib-dynload',
'/usr/local/lib/python3.7/site-packages']

• 可以看到 sys.path 在pycharm中的输出和在终端的输出略有区别，在pycharm中，pycharm会自动将当前项目的路径添加在 sys.path 列表的最前面。所以若是在当前路径下存在与要引入模块同名的文件，就会把要引入的模块屏蔽掉~
  
  sys.path 列表中其中一个路径下的文件 如下：

➜  ~ ls /usr/local/Cellar/python/3.7.1/Frameworks/Python.framework/Versions/3.7/lib/python3.7
LICENSE.txt                             fileinput.py                            re.py
__future__.py                           fnmatch.py                              reprlib.py
__phello__.foo.py                       formatter.py                            rlcompleter.py
...
...

import 的过程

现在我自己编辑了一个模块 sftp，内容如下：

server_ip = '192.168.0.30'

def get_file():
    print('ddownload file ...')

然后在 main.py文件（与sftp.py在同一个路径下） 中进行导入：

import sftp

 
在 import sftp 时，Python解释器会首先创建一个新的名称空间，这个名称空间用于存放 sftp 模块中定义的名字，然后在该名称空间中执行 sftp.py 文件。
例如现在在 sftp 模块中添加 print 语句，然后执行 main.py文件：

# sftp.py
server_ip = '192.168.0.30'

def get_file():
    print('ddownload file ...')

print('hello ....')

# main.py
import sftp

# 执行 main.py 后会有如下输出：
hello ....

import语句 可以理解为定义了一个变量，而该变量就指向对应的名称空间，通过使用这个变量来引用该名称空间中的方法及变量~
 
import sftp 之后，注意区分新创建的名称空间和当前的名称空间，示例如下：

# sftp.py
server_ip = '192.168.0.30'

def get_file():
    print('ddownload file ...')

# main.py
import sftp

server_ip = '1.2.3.4'

print(server_ip)
print(sftp.server_ip)

# 执行 main.py 后会有如下输出：
1.2.3.4
192.168.0.30

• 注意，sftp.py 中的 server_ip 和 main.py文件中的 server_ip 位于不同的名称空间下，所以名称相同不会冲突；当然调用的方式也不同，当前文件中的 server_ip 可以直接引用，sftp模块中的 server_ip 需要使用 模块名.变量名 的方式来引用（sftp.server_ip）
  
  还有一点需要注意，若是一个模块在当前文件中被导入多次，那么模块中的代码只会被执行一次，而不会多次执行~。那是因为第一次导入，模块中的方法和变量已经加载到内存中，之后的导入不会重复加载~

重命名模块

在导入模块的时候还可以对模块进行重命名，以方便使用；若是当前文件中存在同名的方法或变量，也可以通过这种方式避免冲突~

import datetime as date
date.datetime.now()

from import

from import 语法如下：

from modname import name1[, name2[, ... nameN]]

import语句的导入会新建一个名称空间，将模块中的名称存放在该名称空间中，而 'from modname import name1, name2' 则会将name1 和 name2 单个导入到当前的名称空间中。既然是导入到当前的名称空间中，那就可以直接拿来使用，前面不需要再添加模块名称。

from datetime import datetime
print(datetime.now())    # 不需要写成 datetime.datetime.now()

 
若是 from … import 导致了名称重读，则哪一个后定义，就使用哪一个

def foo():
    pass
from demo import foo

# 这里引用 foo 函数，会使用 demo 模块中的 foo函数

#############
from demo import foo
def foo():
    pass

# 这里引用 foo 函数，会使用 当前文件中的 foo函数

包（package）

简单而言，Python中的包（Package）就是一个目录，里面存放了 .py文件，外加一个 __init__.py。通过目录的方式来组织众多的模块，包就是用来管理和分类模块的。引入包之后，还有一个好处就是 同名的模块可以放在不同的包下，以避免名称冲突~
 
例如现在有如下3个包，ROOT，pk_1，pk_2：

模块m1的全名是：ROOT.pk_1.m1；模块m2的全名则是：ROOT.pk_2.m2 ~

init.py 文件的作用

在每一个包目录下，都应该有一个 __init__.py 文件，若这个文件不存在，那么这个目录只是一个目录而不是一个包。__init__.py 文件可以是空文件，也可以有 Python 代码，原则是尽量保持 __init__.py 文件的精简~
 
导入包的语句如下：

import package 

# 或引入包下的某一个模块
from package import module

import package 或者 from package import module 都会执行package 包下的 __init__ 文件
 

现在有如下目录结构：

├─ROOT                               
│  ├─pk_1
│  │  ├─__init__.py 
│  │  ├─m1.py    
│  ├─pk_2  
│  │  ├─__init__.py 
│  │  └─m2.py
│  ├─__init__.py
│  ├─test.py

pk_1 和 pk_2 包中的 __init__.py 文件都为空，ROOT包下的 test.py 想要使用 pk_1 包下 m1模块中的方法，可以使用如下语句：

from pk_1 import m1
m1.fun_1()        # fun_1() 为m1模块中的方法

但是使用如下语句，就会抛出异常：

from pk_1 import *
m1.fun_1()

# 异常信息：
NameError: name 'm1' is not defined
##############################
import pk_1
pk_1.m1.fun_1()

# 异常信息：
AttributeError: module 'pk_1' has no attribute 'm1'

这时候可以在 pk_1 包中的__init__.py 中 进行 包提升（在包中提升导入权限），pk_1 包的 __init__.py 文件内容如下：

from pk_1.m1 import fun_1

然后在 test.py 文件中可以直接通过包名引入方法：

# 1)
from pk_1 import fun_1 # 或 from pk_1 import *
fun_1()

# 2)
import pk_1
pk_1.fun_1()

 
这个就是 包中 __init__.py 文件存在的意义，可以将相关的导入语句 或 提升导入权限的语句 写在 __init__.py文件中，这样使用者就不需要了解包中的内部结构，可以直接通过包名 调用该包（package）中某个模块的方法~
 
还可以在 包中 __init__.py 文件中使用 __all__ 列出需要导入的模块，例如在 pk_1 包中的 __init__.py文件中添加 __all__ 变量：

__all__ = ['m2']

然后在 test.py 文件中就可以使用 from pk_2 import * 一次性导入 __all__变量中列出的模块：

from pk_2 import *
m2.fun_2()

若是 pk_2 包的 __init__.py 文件已经对 fun_2 方法做了提升：

# pk_2 包的 \_\_init\_\_.py 内容
from pk_2.m2 import fun_2

这样在 test.py 中 import * 后可直接使用该方法：

from pk_2 import *
fun_2()

注意：当 __init__.py 中定义了 __all__ 变量时，import * 只会导入 __all__中列出的模块

包中的模块调用

现在有如下目录结构：

├─log                           
│  ├─util
│  │  ├─__init__.py 
│  │  ├─a.py    
│  │  ├─b.py    
│  ├─__init__.py
│  ├─test.py

在test中引入 a模块：

from util import a

在 a 模块中又引入了 b 模块：

import b

这样的话在执行 test 文件时就会报错，ModuleNotFoundError: No module named 'b'，说无法找到b模块。
 
这是因为 在执行 test 时，sys.path 中的路径不包含 util 下的路径，所以在 a.py 文件中 import b 模块时就会报错（若是直接执行的是 a.py 文件就不会有问题）。在 a模块 中引入 b 模块的正确的写法是：

from util import b

当然这个时候 a.py 文件就不能再单独运行了，运行时就会报错
 
Tip：在 a.py 文件中 使用 "from util import b" 导入模块 b，这个时候若是直接执行 a.py 文件就会报错，因为 a.py 文件本身就位于util路径下，sys.path（执行 a.py 时的sys.path）中有util路径，但是 'from util' 是找不到util的，util 位于 sys.path 的某个路径下时，'from util' 才能找到util ~
 
若是现在 主执行文件 本身就位于项目目录下的某个包中，要引入其他包中的模块，就需要通过在 os.path 中添加路径来实现：

 
现在执行文件是 bin 目录下的 bin.py，在 bin.py 中要导入 util包 中的 a模块 和 b模块，为了保证通用性，可以使用如下方式获取 log 路径，并且添加到os.path中：

import sys, os
sys.path.insert(0, os.path.dirname(os.path.dirname(os.path.abspath(__file__))))
from util import a

__name__变量

__name__ 与 __file__一样，是一个内置变量，这个变量记录了当前文件（使用 __name__ 变量的文件）是作为模块运行还是主执行文件~
示例：
a.py 文件内容

print(__name__)

# 直接执行 a.py 文件，输出：
# __main__

 
现在 在b.py文件中 import a。b.py 文件内容如下：

import a

# 现在运行 b.py 文件（这个过程会运行 a.py 文件），输出内容：
# a       ## 即 a 的模块名称

这个功能经常被用于代码的调试：

if __name__=='__main__':
    pass

可以将调试的代码写在 if 语句中，用于调试当前py文件中的代码，因为直接运行当前文件， __name__ 变量的值就是 __main__。当外部模块调用的时候，就不会执行 if 语句中的内容，因为 外部模块调用 __name__ 变量的值 为模块名称~