9.模块与包

1. 模块概述

• 定义：Python中一个以.py结尾的源文件即为一个模块（Module），可以包含变量、函数和类等。其实就是说一个文件就是一个模块
• 优点：提高代码的可维护性和复用性，避免名称冲突。只需编写一次，其他程序即可导入使用。

2. 模块的使用

2.1 创建模块

模块名区分大小写，且不能与Python自带的标准模块重名。

# 示例：my_add.py
num = 100
def add(a, b):
    """求两个数的和"""
    return a + b

2.2 导入模块

（1）全部导入 import

• 语法：import 模块名 as 别名 后面的as 别名 你要用的话就要，不用的话就不要。
• 调用：模块名.成员名 或 别名.成员名
• 特点：即使多次使用 import 导入同一模块，模块也只会被导入一次。

# 导入模块
import my_add as a1

# 使用模块
print(a1.add(1, 2))
print(a1.num)

（2）局部导入 from import

• 语法：from 模块名 import 成员名1 [as 别名], ... [as 别名] 需要起别名就要，不需要起别名就不要
• 调用：直接通过 成员名 调用。
• 特点：只能使用其导入的成员。如果多个模块存在重名成员，后一次导入会覆盖前一次。

#创建新的模块my_multi.py
num =200
_str1="abc"
def multi(a, b):
    """求两个数的积"""
    return a * b

只能使用导入的成员

#只能使用导入的成员
from my_add import add 
print(add(1, 2))
print(num) # NameError: name 'num' is not defined

重名变量，后一次导入会覆盖前一次导入

# 导入模块
from my_add import add,num 
from my_multi import num

（3）全部局部导入 from import *

• 语法：from 模块名 import *
• 特点：导入模块中所有不以单下划线开头的成员。

2.3 模块搜索顺序

当导入模块时，系统会按以下顺序查找：

1. 当前目录。
2. PYTHONPATH 环境变量中的目录。
3. 标准库及依赖目录。

提示：可通过 import sys; print(sys.path) 查看搜索顺序，或通过 sys.path.append("路径") 临时添加搜索路径。

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3. 模块内置属性和内置函数

3.1 __all__ 变量

专门针对 from import * 生效，用于设置模块中哪些内容允许被导入。

# my_add.py
__all__ = ["num", "add"]  # 列表内为字符串形式

3.2 __name__ 变量

特殊内置变量，用于判断文件是被直接运行还是作为模块被导入。

• 直接运行：该文件的 __name__ 属性值为 "__main__"，也就是直接运行的就是这个文件，这个相当于核心启动文件
• 被导入时：该文件的 __name__ 属性值为模块的名称（文件名）。

典型用法：避免导入模块时测试代码被直接执行。

if __name__ == "__main__":
    # 这里的代码只有在直接运行当前文件时才会执行
    print(add(10, 20))

3.3 dir() 函数

dir() 是一个内置函数，主要用于列出对象的属性和方法，或者列出当前作用域中定义的名称，并以一个字符串列表的形式返回。 当你将一个模块作为 dir() 的参数时，它会返回该模块中定义的名称列表，包括函数、类、变量等

• dir(模块)：返回该模块中定义的名称列表。
• dir(对象)：返回该对象的属性和方法列表。
• dir()：不带参数，列出当前作用域定义的名称。

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4. 包 (Package)

4.1 包概述

包是一种管理Python模块命名空间的形式，通过 .模块名（如 A(包名).B(文件名)）来组织。通常我们将多个有联系的模块放入一个包中，构成一个包，和别的语言的包的没啥区别。

• 核心特征：包与文件夹相似，但文件夹下必须包含一个 __init__.py 文件（可以为空）。
• 结构示例：

  sound/                          最高层级的包
    __init__.py               初始化 sound 包
    formats/                  用于文件格式转换的子包
      __init__.py
      wavread.py
      ...
    effects/                  用于音效的子包
      __init__.py
      echo.py
      ...
  

4.2 创建包

和创建py 文件一样，可以创建包。创建包以后IDE会自动给你生成一个__init__.py，这个文件可以作为一个标识，Python 解释器就会将该文件夹视为一个包（Package） ，而不是一个普通的目录。也可以 包的初始化（Initialization） ： 当你第一次导入这个包或者包里的任何模块时，__init__.py 中的代码会自动被执行一次。因此，它常用来做一些初始化工作。还可以控制包的导出接口（Public API）： 用来决定对外暴露哪些模块、类或函数，隐藏内部实现细节。其他后面的两点和别的包的作用差不多。

4.3 导入包

假设有包 graphic 及其下的模块 circle：

• 全局导入：import graphic.circle -> 调用：graphic.circle.area(10)
• 局部导入模块：from graphic import circle -> 调用：circle.area(10)
• 局部导入成员：from graphic.circle import area -> 调用：area(10)\

上面的局部导入是导入单个成员，如果想导入所有的子模块，很容易想到使用 from 包名 import * ， 实际这样写Python并不会查找并导入包的所有子模块，因为这将花费很长的时间，并且可能会产生我们不想要的副作用，唯一的解决办法是提供包的显式索引。如果包的 init.py 中定义了 all，运行 from import * 时，它就是被导入的模块名列表.必须要配合 __init__.py 文件中的 __all__ = ["模块名1", "模块名2"] 才能生效。

# graphic/__init__.py
__all__ = ["circle"]  # 只允许星号导入 circle 模块

# main.py
from graphic import * # 语法：from 包名 import *

print(circle.area(10))    # 正常运行
print(rectangle.area(10)) # 报错，因为 rectangle 不在 __all__ 列表中，没有被导入

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5. 标准库与第三方库

5.1 常用标准库

Python安装时自带的库：

• os, sys：操作系统接口与系统参数
• time, datetime：时间与日期操作
• math, random：数学和随机数
• json：JSON编码器和解码器
• re：正则表达式
• collections：增强型容器
• functools：高阶函数，以及可调用对象上的操作
• hashlib：安全哈希与消息摘要
• urllib, socket, smtplib：URL处理、低层级网络接口与邮件处理
• zlib, gzip, bz2：各类数据压缩与解压支持
• multiprocessing, threading：基于进程与线程的并行
• copy：浅层及深层拷贝操作
• shutil, glob：高阶文件操作及 Unix 风格路径模式扩展

5.2 引入第三方库

pip (Package Installer for Python) 是 Python 官方推荐的包管理工具。它就像是手机上的“应用商店”，让你能够非常方便地查找、下载、安装和卸载第三方的 Python 代码库（比如 requests、numpy 等）。

以下是我们在日常开发中最常用到的 pip 操作：

1. 基础命令（增删改查）

• 安装包

  pip install 包名
  # 示例：pip install requests
  

• 卸载包

  pip uninstall 包名
  # 示例：pip uninstall requests
  

  执行时会提示你输入 y 确认卸载。
• 查看已安装的包

  pip list
  

  这会列出当前环境下所有安装的第三方库以及它们的版本号。
• 查看某个包的具体信息（如版本、安装路径、依赖项）

  pip show 包名
  

2. 版本控制与更新

• 安装指定版本的包 如果最新的包和你的代码不兼容，你可以指定版本号：

  pip install 包名==版本号
  # 示例：pip install django==3.2.0
  

  (还可以用 >= 或 <= 限制版本范围)
• 更新已安装的包到最新版

  pip install --upgrade 包名
  # 或者简写为：pip install -U 包名
  

3. 项目依赖管理（非常重要）

当你把代码发给同事或部署到服务器时，别人需要知道你的代码依赖了哪些包。

• 导出当前环境的所有包到文件（通常命名为 requirements.txt）

  pip freeze > requirements.txt
  

• 别人拿到代码后，一键安装所有依赖

  pip install -r requirements.txt
  

4. 解决下载慢的问题（换源）

因为 pip 默认从国外的官方服务器下载包，国内经常会遇到下载极慢甚至断开报错（Timeout）的情况。通常我们会把下载源切换到国内的镜像站。

常用的国内镜像源：

• 清华大学：https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple
• 阿里云：http://mirrors.aliyun.com/pypi/simple/
• 豆瓣：http://pypi.douban.com/simple/

方法一：单次临时使用（在安装命令后加上 -i 参数）

pip install requests -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple

方法二：永久配置（推荐，一劳永逸）

pip config set global.index-url https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple

设置完毕后，以后直接 pip install 就会自动从国内源飞速下载了。

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