【20天快速掌握Python】day09-模块和包

1.Python中的模块

在Python中有一个概念叫做模块（module）。

说的通俗点：模块就好比是工具包，要想使用这个工具包中的工具(就好比函数)，就需要导入这个模块

比如我们经常使用工具 random，就是一个模块。使用 import random 导入工具之后，就可以使用 random 的函数。

导入模块有五种方式

import 模块名
from 模块名 import 功能名
from 模块名 import *
import 模块名 as 别名
from 模块名 import 功能名 as 别名

下面来挨个的看一下。

1.1 import

在Python中用关键字import来引入某个模块，比如要引入系统模块 math，就可以在文件最开始的地方用import math来引入。

语法:

import 模块1,模块2,...  # 导入方式模块名.函数名()  # 使用模块里的函数

想一想:

为什么必须加上模块名调用呢？
答:

因为可能存在这样一种情况：在多个模块中含有相同名称的函数，此时如果只是通过函数名来调用，解释器无法知道到底要调用哪个函数。所以如果像上述这样引入模块的时候，调用函数必须加上模块名

示例：

import math#这样才能正确输出结果
print math.sqrt(2)#这样会报错
print(sqrt(2))

1.2 from...import

有时候我们只需要用到模块中的某个函数，只需要引入该函数即可，此时可以用下面方法实现：

from 模块名 import 函数名1,函数名2....

不仅可以引入函数，还可以引入一些全局变量、类等

注意:

通过这种方式引入的时候，调用函数时只能给出函数名，不能给出模块名，但是当两个模块中含有相同名称函数的时候，后面一次引入会覆盖前一次引入。也就是说假如模块A中有函数function( )，在模块B中也有函数function( )，如果引入A中的function在先、B中的function在后，那么当调用function函数的时候，是去执行模块B中的function函数。

例如，要导入模块fib的fibonacci函数，使用如下语句：

from fib import fibonacci

注意：

不会把整个fib模块导入到当前的命名空间中，它只会将fib里的fibonacci单个函数引入

1.3 from...import *

把一个模块的所有内容全都导入到当前的命名空间也是可行的，只需使用如下声明：

from modname import *

注意：

这提供了一个简单的方法来导入一个模块中的所有项目。然而这种声明不该被过多地使用。

1.4 as别名

In [1]: import time as tt  # 导入模块时设置别名为 ttIn [2]: time.sleep(1)
---------------------------------------------------------------------------
NameError                                 Traceback (most recent call last)
<ipython-input-2-07a34f5b1e42> in <module>()
----> 1 time.sleep(1)NameError: name 'time' is not definedIn [3]: In [3]: tt.sleep(1)  # 使用别名才能调用方法In [4]: In [4]: from time import sleep as sp  # 导入方法时设置别名In [5]: sleep(1)
---------------------------------------------------------------------------
NameError                                 Traceback (most recent call last)
<ipython-input-5-82e5c2913b44> in <module>()
----> 1 sleep(1)NameError: name 'sleep' is not definedIn [6]: In [6]: sp(1)  # 使用别名才能调用方法In [7]:

2.常见的系统模块和使用

为了方便程序员开发代码，Python提供了很多内置的模块给程序员用来提高编码效率。常见的内置模块有:

os模块
sys模块
math模块
random模块
datetime模块
time模块
calendar模块
hashlib模块
hmac模块
copy模块
uuid模块

2.1 OS模块

OS全称OperationSystem,即操作系统模块，这个模块可以用来操作系统的功能，并且实现跨平台操作。

import os
os.getcwd()  # 获取当前的工作目录，即当前python脚本工作的目录
os.chdir('test') # 改变当前脚本工作目录，相当于shell下的cd命令
os.rename('毕业论文.txt','毕业论文-最终版.txt') # 文件重命名
os.remove('毕业论文.txt') # 删除文件
os.rmdir('demo')  # 删除空文件夹
os.removedirs('demo') # 删除空文件夹
os.mkdir('demo')  # 创建一个文件夹
os.chdir('C:\\') # 切换工作目录
os.listdir('C:\\') # 列出指定目录里的所有文件和文件夹
os.name # nt->widonws posix->Linux/Unix或者MacOS
os.environ # 获取到环境配置
os.environ.get('PATH') # 获取指定的环境配置os.path.abspath(path) # 获取Path规范会的绝对路径
os.path.exists(path)  # 如果Path存在，则返回True
os.path.isdir(path)  # 如果path是一个存在的目录，返回True。否则返回False
os.path.isfile(path) # 如果path是一个存在的文件，返回True。否则返回False
os.path.splitext(path)  # 用来将指定路径进行分隔，可以获取到文件的后缀名

2.2 sys模块

该模块提供对解释器使用或维护的一些变量的访问，以及与解释器强烈交互的函数。

import sys
sys.path # 模块的查找路径
sys.argv # 传递给Python脚本的命令行参数列表
sys.exit(code) # 让程序以指定的退出码结束sys.stdin # 标准输入。可以通过它来获取用户的输入
sys.stdout # 标准输出。可以通过修改它来百变默认输出
sys.stderr # 错误输出。可以通过修改它来改变错误删除

2.3 math模块

math模块保存了数学计算相关的方法，可以很方便的实现数学运算。

import math
print(math.fabs(-100)) # 取绝对值
print(math.ceil(34.01))  #向上取整
print(math.factorial(5)) # 计算阶乘
print(math.floor(34.98))  # 向下取整
print(math.pi)   # π的值，约等于 3.141592653589793
print(math.pow(2, 10)) # 2的10次方
print(math.sin(math.pi / 6))  # 正弦值
print(math.cos(math.pi / 3))  # 余弦值
print(math.tan(math.pi / 2))  # 正切值

2.4 random模块

random 模块主要用于生成随机数或者从一个列表里随机获取数据。

print(random.random())  # 生成 [0,1)的随机浮点数
print(random.uniform(20, 30))  # 生成[20,30]的随机浮点数
print(random.randint(10, 30))  # 生成[10,30]的随机整数
print(random.randrange(20, 30))  # 生成[20,30)的随机整数
print(random.choice('abcdefg'))  # 从列表里随机取出一个元素
print(random.sample('abcdefghij', 3)) # 从列表里随机取出指定个数的元素

练习:

定义一个函数，用来生成由数字和字母组成的随机验证码。该函数需要一个参数，参数用来指定验证码的长度。

2.5 datetime模块

datetime模块主要用来显示日期时间，这里主要涉及 date类，用来显示日期；time类，用来显示时间；dateteime类，用来显示日期时间;timedelta类用来计算时间。

import datetime
print(datetime.date(2020, 1, 1))  # 创建一个日期
print(datetime.time(18, 23, 45)) # 创建一个时间
print(datetime.datetime.now())  # 获取当前的日期时间
print(datetime.datetime.now() + datetime.timedelta(3))  # 计算三天以后的日期时间

2.6 time模块

除了使用datetime模块里的time类以外，Python还单独提供了另一个time模块，用来操作时间。time模块不仅可以用来显示时间，还可以控制程序，让程序暂停(使用sleep函数)

print(time.time())  # 获取从1970-01-01 00:00:00 UTC 到现在时间的秒数
print(time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")) # 按照指定格式输出时间
print(time.asctime()) #Mon Apr 15 20:03:23 2019
print(time.ctime()) # Mon Apr 15 20:03:23 2019print('hello')
print(time.sleep(10)) # 让线程暂停10秒钟
print('world')

2.7 calendar模块

calendar模块用来显示一个日历，使用的不多，了解即可。

calendar.setfirstweekday(calendar.SUNDAY) # 设置每周起始日期码。周一到周日分别对应 0 ~ 6
calendar.firstweekday()# 返回当前每周起始日期的设置。默认情况下，首次载入calendar模块时返回0，即星期一。
c = calendar.calendar(2019)  # 生成2019年的日历，并且以周日为其实日期码
print(c)  #打印2019年日历
print(calendar.isleap(2000)) # True.闰年返回True,否则返回False
count = calendar.leapdays(1996,2010) # 获取1996年到2010年一共有多少个闰年
print(calendar.month(2019, 3))  # 打印2019年3月的日历

2.8 hashlib模块

hashlib是一个提供字符加密功能的模块，包含MD5和SHA的加密算法，具体支持md5,sha1, sha224, sha256, sha384, sha512等算法。该模块在用户登录认证方面应用广泛，对文本加密也很常见。

import hashlib# 待加密信息
str = '这是一个测试'# 创建md5对象
hl = hashlib.md5('hello'.encode(encoding='utf8'))
print('MD5加密后为 ：' + hl.hexdigest())h1 = hashlib.sha1('123456'.encode())
print(h1.hexdigest())
h2 = hashlib.sha224('123456'.encode())
print(h2.hexdigest())
h3 = hashlib.sha256('123456'.encode())
print(h3.hexdigest())
h4 = hashlib.sha384('123456'.encode())
print(h4.hexdigest())

2.9 hmac模块

HMAC算法也是一种一种单项加密算法，并且它是基于上面各种哈希算法/散列算法的，只是它可以在运算过程中使用一个密钥来增增强安全性。hmac模块实现了HAMC算法，提供了相应的函数和方法，且与hashlib提供的api基本一致。

h = hmac.new('h'.encode(),'你好'.encode())
result = h.hexdigest()
print(result)  # 获取加密后的结果

2.10 copy模块

copy模块里有copy和deepcopy两个函数，分别用来对数据进行深复制和浅复制。

import copynums = [1, 5, 3, 8, [100, 200, 300, 400], 6, 7]
nums1 = copy.copy(nums)  # 对nums列表进行浅复制
nums2 = copy.deepcopy(nums)  # 对nums列表进行深复制

2.11 uuid模块

UUID是128位的全局唯一标识符，通常由32字节的字母串表示，它可以保证时间和空间的唯一性，也称为GUID。通过MAC地址、时间戳、命名空间、随机数、伪随机数来保证生产的ID的唯一性。随机生成字符串，可以当成token使用，当成用户账号使用，当成订单号使用。

方法	作用
uuid.uuid1()	基于MAC地址，时间戳，随机数来生成唯一的uuid，可以保证全球范围内的唯一性。
uuid.uuid2()	算法与uuid1相同，不同的是把时间戳的前4位置换为POSIX的UID。不过需要注意的是python中没有基于DCE的算法，所以python的uuid模块中没有uuid2这个方法。
uuid.uuid3(namespace,name)	通过计算一个命名空间和名字的md5散列值来给出一个uuid，所以可以保证命名空间中的不同名字具有不同的uuid，但是相同的名字就是相同的uuid了。namespace并不是一个自己手动指定的字符串或其他量，而是在uuid模块中本身给出的一些值。比如uuid.NAMESPACE_DNS，uuid.NAMESPACE_OID，uuid.NAMESPACE_OID这些值。这些值本身也是UUID对象，根据一定的规则计算得出。
uuid.uuid4()	通过伪随机数得到uuid，是有一定概率重复的
uuid.uuid5(namespace,name)	和uuid3基本相同，只不过采用的散列算法是sha1

一般而言，在对uuid的需求不是很复杂的时候，uuid1或者uuid4方法就已经够用了，使用方法如下：

import uuidprint(uuid.uuid1())  # 根据时间戳和机器码生成uuid,可以保证全球唯一
print(uuid.uuid4())  # 随机生成uuid,可能会有重复# 使用命名空间和字符串生成uuid.
# 注意一下两点:
# 1. 命名空间不是随意输入的字符串，它也是一个uuid类型的数据
# 2. 相同的命名空间和想到的字符串，生成的uuid是一样的
print(uuid.uuid3(uuid.NAMESPACE_DNS, 'hello'))
print(uuid.uuid5(uuid.NAMESPACE_OID, 'hello'))

3.pip命令的使用

在安装Python时，同时还会安装pip软件，它是Python的包管理工具，可以用来查找、下载、安装和卸载Python的第三方资源包。

可以直接在终端中输入pip命令，如果出错，可能会有两个原因:

pip安装成功以后没有正确配置
安装Python时，没有自动安装pip(很少见)

4.管理第三方软件

对第三方包的管理主要包含查找、安装和卸载三个部分的操作。

4.1 安装

使用 pip install <包名>命令可以安装指定的第三方资源包。

pip install ipython # 安装ipython包

使用 install 命令下载第三方资源包时，默认是从 pythonhosted下载，由于各种原因，在国内下载速度相对来说比较慢，在某些时候甚至会出现连接超时的情况，我们可以使用国内镜像来提高下载速度。

4.2 临时修改

如果只是想临时修改某个第三方资源包的下载地址，在第三方包名后面添加 -i 参数，再指定下载路径即可，格式为pip install <包名> -i <国内镜像路径>

pip install ipython -i https://pypi.douban.com/simple

4.3 永久修改

除了临时修改pip的下载源以外，我们还能永久改变pip的默认下载路径。

在当前用户目录下创建一个pip的文件夹，然后再在文件夹里创建pip.ini文件并输入一下内容:

[global]
index-url=https://pypi.douban.com/simple
[install]
trusted-host=pypi.douban.com

常见国内镜像

阿里云 https://mirrors.aliyun.com/pypi/simple/
中国科技大学 https://pypi.mirrors.ustc.edu.cn/simple/
豆瓣(douban) https://pypi.douban.com/simple/
清华大学 https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple/
中国科学技术大学 https://pypi.mirrors.ustc.edu.cn/simple/

4.4 卸载

使用 pip install <包名>命令可以用来卸载指定的第三方资源包。

pip uninstall ipython # 卸载ipython包

4.5 查找

使用pip list 或者 pip freeze命令可以来管理第三方资源包。这两个命令的功能一致，都是用来显示当前环境里已经安装的包，区别在于pip list会列出所有的包，包括一些无法uninstall的包；而pip freeze只会列出我们安装的第三方包。

5.自定义模块

除了使用系统提供的内置模块以外，我们还能自己写一个模块供自己的程序使用。一个py文件就是一个模块，所以，自定义模块很简单，基本上相当于创建一个py文件。但是，需要注意的是，如果一个py文件要作为一个模块被别的代码使用，这个py文件的名字一定要遵守标识符的命名规则。

5.1 模块的查找路径

创建一个模块非常简单，安装标识符的命名规则创建一个py文件就是一个模块。但是问题是，我们需要把创建好的这个py文件放在哪个位置，在代码中使用 import语句才能找到这个模块呢?

Python内置sys模块的path属性，列出了程序运行时查找模块的目录，只需要把我们创建好的模块放到这些任意的一个目录里即可。

import sys
print(sys.path)
['C:\\Users\\chris\\Desktop\\Test','C:\\Users\\chris\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python37\\python37.zip','C:\\Users\\chris\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python37\\DLLs','C:\\Users\\chris\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python37\\lib','C:\\Users\\chris\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python37','C:\\Users\\chris\\AppData\\Roaming\\Python\\Python37\\site-packages','C:\\Users\\chris\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python37\\lib\\site-packages'
]

5.2 __all__的使用

使用from <模块名> import *导入一个模块里所有的内容时，本质上是去查找这个模块的__all__属性，将__all__属性里声明的所有内容导入。如果这个模块里没有设置__all__属性，此时才会导入这个模块里的所有内容。

5.2.1 模块里的私有成员

模块里以一个下划线_开始的变量和函数，是模块里的私有成员，当模块被导入时，以_开头的变量默认不会被导入。但是它不具有强制性，如果一个代码强行使用以_开头的变量，有时也可以。但是强烈不建议这样使用，因为有可能会出问题。

test1.py:模块里没有__all__属性

a = 'hello'
def fn():print('我是test1模块里的fn函数')

test2.py:模块里有__all__属性

x = '你好'
y = 'good'
def foo():print('我是test2模块里的foo函数')
__all__ = ('x','foo')

test3.py:模块里有以_开头的属性

m = '早上好'
_n = '下午好'
def _bar():print('我是test3里的bar函数')

demo.py

from test1 import *
from test2 import *
from test3 import *print(a)
fn()print(x)
# print(y) 会报错，test2的__all__里没有变量 y
foo()print(m)
# print(_n)  会报错，导入test3时， _n 不会被导入import test3
print(test3._n)  # 也可以强行使用，但是强烈不建议

5.3__name__的使用

在实际开中，当一个开发人员编写完一个模块后，为了让模块能够在项目中达到想要的效果，这个开发人员会自行在py文件中添加一些测试信息，例如：

test1.py

def add(a,b):return a+b# 这段代码应该只有直接运行这个文件进行测试时才要执行
# 如果别的代码导入本模块，这段代码不应该被执行
ret = add(12,22)
print('测试的结果是',ret)

demo.py

import test1.py   # 只要导入了tets1.py,就会立刻执行 test1.py 代码，打印测试内容

为了解决这个问题，python在执行一个文件时有个变量__name__.在Python中，当直接运行一个py文件时，这个py文件里的__name__值是__main__,据此可以判断一个一个py文件是被直接执行还是以模块的形式被导入。

def add(a,b):return a+bif __name__ == '__main__':  # 只有直接执行这个py文件时,__name__的值才是 __main__# 以下代码只有直接运行这个文件才会执行，如果是文件被别的代码导入，下面的代码不会执行ret = add(12,22)print('测试的结果是',ret)

注意事项：

在自定义模块时，需要注意一点，自定义模块名不要和系统的模块名重名，否则会出现问题！

6.包的使用

一个模块就是一个 py 文件，在 Python 里为了对模块分类管理，就需要划分不同的文件夹。多个有联系的模块可以将其放到同一个文件夹下，为了称呼方便，一般把 Python 里的一个代码文件夹称为一个包。

导入包的方式

现有以下包newmsg,包里由两个模块，分别是sendmsg.py、recvmsg.py文件。在包的上级文件夹里，有一个test.py文件，目标是在test.py文件里引入newmsg的两个模块。

目录结构如下图所示：

sendmsg.py文件里的内容如下:

def send_msg():print('------sendmsg方法被调用了-------')

recvmsg.py文件里的内容如下:

def recv_msg():print('-----recvmsg方法被调用了--------')

可以使用以下几种方式来导入模块，使用模块里的方法。

1）直接使用包名.模块模块名导入指定的模块。

import newmsg.sendmsg
newmsg.sendmsg.send_msg()

2）使用from xxx import xxx 方式导入指定模块。

from newmsg import sendmsg,recvmsg
sendmsg.send_msg()
recvmsg.recv_msg()