模块和包

在编程中，模块是具有特定功能的软件部分。例如，在构建乒乓球游戏时，一个模块可能负责游戏逻辑，而另一个模块负责在屏幕上绘制游戏。每个模块由不同的文件组成，可以分别进行编辑。

Writing modules

Python 中的模块只是带有 .py 扩展名的 Python 文件。模块的名称与文件名相同。一个 Python 模块可以定义和实现一组函数、类或变量。上面的例子包括两个文件：

mygame/

• mygame/game.py

• mygame/draw.py

Python 脚本 game.py 实现了游戏。它使用文件 draw.py 中的函数 draw_game，或者换句话说，使用实现了在屏幕上绘制游戏逻辑的 draw 模块。

模块是通过 import 命令从其他模块导入的。在这个例子中，game.py 脚本可能如下所示：

# game.py
# import the draw module
import draw

def play_game():
    ...

def main():
    result = play_game()
    draw.draw_game(result)

# this means that if this script is executed, then 
# main() will be executed
if __name__ == '__main__':
    main()

draw 模块可能如下所示：

# draw.py

def draw_game():
    ...

def clear_screen(screen):
    ...

在这个例子中，game 模块导入了 draw 模块，使其能够使用在该模块中实现的函数。main 函数使用本地函数 play_game 来运行游戏，然后使用在 draw 模块中实现的函数 draw_game 绘制游戏的结果。要使用 draw 模块中的 draw_game 函数，我们需要指定函数实现的模块，使用点操作符。要从 game 模块引用 draw_game 函数，我们需要导入 draw 模块，然后调用 draw.draw_game()。

当执行 import draw 指令时，Python 解释器会在执行脚本的目录中查找具有模块名称和 .py 后缀的文件。在这个例子中，它会查找 draw.py。如果找到，它将被导入。如果找不到，它将继续查找内置模块。

您可能已经注意到，在导入模块时，会创建一个 .pyc 文件。它是一个编译后的 Python 文件。Python 将文件编译为 Python 字节码，这样每次加载模块时就不必解析文件。如果 .pyc 文件存在，它将被加载而不是 .py 文件。这个过程对用户是透明的。

Importing module objects to the current namespace

命名空间是一个系统，在这个系统中，每个对象都有名字，可以在 Python 中被访问。我们使用 from 命令将函数 draw_game 导入到主脚本的命名空间中。

# game.py
# import the draw module
from draw import draw_game

def main():
    result = play_game()
    draw_game(result)

您可能已经注意到，在这个例子中，模块名不在 draw_game 之前，因为我们已经使用 import 命令指定了模块名。

这种表示法的优点是您不必一遍又一遍地引用模块。但是，一个命名空间不能有两个同名对象，因此 import 命令可能会替换命名空间中已有的对象。

Importing all objects from a module

可以使用 import * 命令导入模块中的所有对象，如下所示：

# game.py
# import the draw module
from draw import *

def main():
    result = play_game()
    draw_game(result)

这可能有些风险，因为模块的变化可能会影响导入它的模块，但这样更简短，并且不需要您指定要从模块中导入的每个对象。

Custom import name

模块可以在任何您想要的名称下加载。这在有条件地导入模块以在其余代码中使用相同名称时很有用。

例如，如果您有两个稍微不同名称的 draw 模块，您可以执行以下操作：

# game.py
# import the draw module
if visual_mode:
    # in visual mode, we draw using graphics
    import draw_visual as draw
else:
    # in textual mode, we print out text
    import draw_textual as draw

def main():
    result = play_game()
    # this can either be visual or textual depending on visual_mode
    draw.draw_game(result)

Module initialization

模块第一次被加载到正在运行的 Python 脚本中时，模块会通过执行模块中的代码一次进行初始化。如果代码中的另一个模块再次导入相同的模块，它将不会再次被加载，因此模块内部的局部变量充当“单例”，意味着它们只被初始化一次。

然后您可以使用它来初始化对象。例如：

# draw.py

def draw_game():
    # when clearing the screen we can use the main screen object initialized in this module
    clear_screen(main_screen)
    ...

def clear_screen(screen):
    ...

class Screen():
    ...

# initialize main_screen as a singleton
main_screen = Screen()

Extending module load path

除了默认的本地目录和内置模块，还有几种方法可以告诉 Python 解释器在哪里查找模块。您可以使用环境变量 PYTHONPATH 来指定模块的其他目录，如下所示：

PYTHONPATH=/foo python game.py

这样执行 game.py，并使脚本能够从 foo 目录以及本地目录加载模块。

您还可以使用 sys.path.append 方法。它需要在执行 import 命令之前使用：

sys.path.append("/foo")

现在，foo 目录已被添加到查找模块路径的列表中。

Exploring built-in modules

浏览完整的 Python 标准库中的内置模块列表 here.

在探索 Python 模块时，有两个非常重要的函数 - dir 和 help。

要导入模块 urllib，该模块允许我们从 URL 创建数据读取，我们 import 模块：

# import the library
import urllib

# use it
urllib.urlopen(...)

我们可以通过使用 dir 函数查看每个模块中实现了哪些函数：

>>> import urllib
>>> dir(urllib)
['ContentTooShortError', 'FancyURLopener', 'MAXFTPCACHE', 'URLopener', '__all__', '__builtins__', 
'__doc__', '__file__', '__name__', '__package__', '__version__', '_ftperrors', '_get_proxies', 
'_get_proxy_settings', '_have_ssl', '_hexdig', '_hextochr', '_hostprog', '_is_unicode', '_localhost', 
'_noheaders', '_nportprog', '_passwdprog', '_portprog', '_queryprog', '_safe_map', '_safe_quoters', 
'_tagprog', '_thishost', '_typeprog', '_urlopener', '_userprog', '_valueprog', 'addbase', 'addclosehook', 
'addinfo', 'addinfourl', 'always_safe', 'basejoin', 'c', 'ftpcache', 'ftperrors', 'ftpwrapper', 'getproxies', 
'getproxies_environment', 'getproxies_macosx_sysconf', 'i', 'localhost', 'main', 'noheaders', 'os', 
'pathname2url', 'proxy_bypass', 'proxy_bypass_environment', 'proxy_bypass_macosx_sysconf', 'quote', 
'quote_plus', 'reporthook', 'socket', 'splitattr', 'splithost', 'splitnport', 'splitpasswd', 'splitport', 
'splitquery', 'splittag', 'splittype', 'splituser', 'splitvalue', 'ssl', 'string', 'sys', 'test', 'test1', 
'thishost', 'time', 'toBytes', 'unquote', 'unquote_plus', 'unwrap', 'url2pathname', 'urlcleanup', 'urlencode', 
'urlopen', 'urlretrieve']

当我们找到模块中我们想要使用的函数时，可以使用 Python 解释器中的 help 函数阅读更多关于它的信息：

help(urllib.urlopen)

Writing packages

包是包含多个包和模块的命名空间。它们只是目录，但有一定的要求。

Python 中的每个包都是一个目录，它必须包含一个名为 __init__.py 的特殊文件。这个文件可以是空的，表明它所在的目录是一个 Python 包。这样它可以像模块一样被导入。

如果我们创建一个名为 foo 的目录，它标志着包名，然后我们可以在该包中创建一个名为 bar 的模块。接着，我们在 foo 目录中添加 __init__.py 文件。

要使用模块 bar，我们有两种方式导入它：

import foo.bar

或：

from foo import bar

在上面的第一个例子中，我们每次访问模块 bar 时都要使用 foo 前缀。在第二个例子中，我们不需要，因为我们已经将模块导入到我们模块的命名空间中。

__init__.py 文件还可以通过重写 __all__ 变量来决定包作为 API 导出的模块，同时使其他模块保持内部使用：

__init__.py:

__all__ = ["bar"]

练习

在这个练习中，打印 re 模块中所有函数的按字母顺序排列的列表，这些函数包含单词 find。

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