初学__Python——Python 可重用结构：Python模块

一、模块的基本用法

一、导入模块

二、编写一个模块

二、在哪里查找模块

三、是否需要编译模块

四、模块也可独立运行

五、如何查看模块提供的函数名

Python中的模块实际上就是包含函数或者类的 Python 脚本。对于一个大型脚本而言，经常需要将其功能细化，将实现不同功能的代码放到不同的脚本中实现，在其他的脚本中以模块的形式使用细化的功能，以便于脚本的维护与重用。

一、模块的基本用法

模块是包含函数和其他语句的 Python 脚本文件，它以 ".py" 为后缀名，也就是 Python 脚本的后缀名。用做模块的 Python 脚本与其他脚本并没有什么区别。

在 Python 中可以通过导入模块，然后使用模块中提供的函数或者数据。

一、导入模块

在 Python 中可以使用以下两种方法导入模块或者模块中的函数。

import 模块名
import 模块名 as 新名字
from 模块名 import 函数名

其中，使用 import 是将整个模块导入，而使用 from 则是将模块中某一个函数或者名字导入，而不是整个模块。使用 import 和 from 导入模块还有一个不同：要想使用 import 导入模块中的函数，则必须以模块名 + "." + 函数名的形式调用函数；而要想使用 from 导入模块中的函数，则可以直接使用函数名调用，不必在前面加上模块名称。

>>> import math  # 使用 import 导入 math 模块
>>> math.sqrt(9)  # 使用 math 模块中的 sqrt 函数
3.0
>>> sqrt(9)  # 直接使用 sqrt 名字调用函数——发生错误
Traceback (most recent call last):File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'sqrt' is not defined
>>> from math import sqrt  # 使用 from 导入 math 模块中的 sqrt 函数
>>> sqrt(9)  # # 直接使用 sqrt 名字调用函数——成功使用
3.0

使用 from 导入模块中的函数后，使用模块中的函数会方便得多，不用在调用函数时使用模块名。如果要想将模块中所有函数都采用这种方式导入，则可以在 from 中使用 "*" 通配符，表示导入模块中的所有函数。

>>> from math import sqrt  # 仅从 math 模块中导入 sqrt
>>> sqrt(9)
3.0
>>> sin(30)  # 调用 math 模块中的 sin 函数出错
Traceback (most recent call last):File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'sin' is not defined
>>> from math import *  # 重新从 math 模块中导入所有函数
>>> sin(30)  # 重新调用 sin 函数
-0.9880316240928618

在 Python 2.x 中，还可以通过使用内置函数 reload 重新载入模块。reload 可以在模块被修改的情况下不必关闭 Python 而重新载入模块。在使用 reload 重载模块时，该模块必须已经事先被导入。

在 Python 3 中，reload 函数已经被删除，要重新载入模块，则需要使用 importlib（版本旧一点的名称是 imp ）模块中的 reload 函数。

>>> import os              # 导入 os 模块
>>> import importlib       # 导入 importlib 函数
>>> importlib.reload(os)   # 重新载入 os 模块
<module 'os' from 'C:\\Users\\图图\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python37-32\\lib\\os.py'>

二、编写一个模块

下面是一个简单的模块，该模块中只包含一个函数。这个函数只打印 "I am a module!"。该模块保存为 mymodule.py。代码如下：

def show():   # 声明 show 函数print('I am a module!')

编写一个调用函数 show 的脚本，将其保存为 usemodule.py。代码如下：

import mymodule    # 导入模块
mymodule.show()    # 调用模块中的 show 函数

脚本运行后输出如下：

除了在模块中声明函数外，还可以在模块中定义变量。模块中的变量同样可以在其他脚本中使用。以下代码在 mymodule.py 模块中添加了一个名为 name 的变量。

def show():print('I am a module!')
name = 'mymodule.py'  # 在模块中添加一个 name 变量

以下代码为修改的 usemodule.py 模块，其中使用了 mymodule.py 中的 name 变量。

import mymodule
mymodule.show()
print(mymodule.name)      # 打印模块中的 name 变量
mymodule.name = 'usemodule.py'   # 将 name 变量重新赋值
print(mymodule.name)

脚本运行后输出如下：

二、在哪里查找模块

编写好的模块只有被 Python 找到才能被导入。上一节中编写的模块和调用模块的脚本位于同一个目录中，因此不需要进行设置就能被 Python 找到并导入。如果在该目录中新建一个 module 目录，并且把 mymodule.py 转移到 module 目录中，再次运行 usemodule.py，则输出如下：

运行脚本出错，Python 解释器没有找到 mymodule.py 模块，在导入模块时，Python 解释器首先在当前目录中查找要导入的模块，如果未找到模块，则 Python 解释器会从 sys 模块中 path 变量指定的目录中查找导入模块。如果在以上所有目录中都未找到导入的模块，则会输出出错信息。

以下代码是使用 sys.path 输出 Python 的模块查找路径。

>>> import sys
>>> sys.path
['D:\\Python',
'D:\\Python',
'C:\\Users\\图图\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python37-32\\python37.zip',
'C:\\Users\\图图\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python37-32\\DLLs',
'C:\\Users\\图图\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python37-32\\lib',
'C:\\Users\\图图\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python37-32',
'C:\\Users\\图图\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python37-32\\lib\\site-packages',
'C:\\Program Files\\JetBrains\\PyCharm 2018.3.5\\helpers\\pycharm_matplotlib_backend']

在脚本中可以向 sys.path 添加模块查找路径。以下所示脚本中，将当前目录下的 module 子目录添加到 sys.path 中，并从 module 目录中导入 mymodule.py 模块。代码如下。

import os
import sys
modulepath = os.getcwd() + '\\module'
sys.path.append(modulepath)
print(sys.path)
import mymodule
mymodule.show()
print(mymodule.name)
mymodule.name = 'usenodule.py'
print(mymodule.name)

运行脚本输出如下：

['D:\\Python',
'D:\\Python',
'C:\\Users\\图图\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python37-32\\python37.zip',
'C:\\Users\\图图\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python37-32\\DLLs',
'C:\\Users\\图图\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python37-32\\lib',
'C:\\Users\\图图\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python37-32',
'C:\\Users\\图图\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python37-32\\lib\\site-packages',
'C:\\Program Files\\JetBrains\\PyCharm 2018.3.5\\helpers\\pycharm_matplotlib_backend',
'D:\\Python\\module']
I am a module!
mymodule.py
usenodule.py

从输出可以看出，当前路径也被添加到了 sys.path 路径列表中，这说明 Python 其实是按照 sys.path 中的路径来查找模块的。之所以首先在当前目录中查找，那是因为 Python 解释器在运行脚本前将当前目录添加到 sys.path 路径列表中了。

三、是否需要编译模块

在上面的例子中，运行完 usemodule.py 会发现，module 目录中除了 mymodule.py 文件外，还多了一个后缀名为 ".pyc" 文件。其实，该文件就是 Python 将 mymodule.py 编译成字节码的文件。虽然 Python 是脚本语言，但 Python 可以将脚本编译成字节码的形式。对于模块，Python 总是在第一次调用后就将其编译成字节码的形式，以提高脚本的启动速度。

Python 在导入模块时会查找模块的字节码文件，如果存在则将编译后的模块的修改时间同模块的修改时间相比较。如果两者的修改时间不相符，则 Python 将重新编译模块，以保证两者内容相符。被编译的脚本也是可以直接运行的。

当然，没有必要去刻意编译 Python 脚本。不过，由于 Python 是脚本，如果不想将源文件发布，则可以发布编译后的脚本，这样能起到一定的保护源文件的作用。

对于非模块的脚本，Python 不会在运行脚本后将其编译成字节码的形式。如果想将其编译，可以使用 commile 模块。以下代码可以将 usemodule.py 文件编译成 ".pyc" 文件。

import py_compile       # 导入 py_compile 模块
py_compile.compile('usemodule.py','usemodule.pyc')   # 编译 usemodule.py

运行 compile.py 后，可以看到当前目录中多了一个 usemodule.pyc 文件。在 Python 3 中，如果在 py_compile.compile 函数中不指定第 2 个参数，则将在当前目录新建一个名为 "__pycache__" 的目录，并在这个目录中生成 "被编译模块名.cpython-32.pyc" 的 pytc 字节码文件。

运行 usemodule.py 脚本输出如下：

['D:\\Python',
'D:\\Python',
'C:\\Users\\图图\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python37-32\\python37.zip',
'C:\\Users\\图图\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python37-32\\DLLs',
'C:\\Users\\图图\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python37-32\\lib',
'C:\\Users\\图图\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python37-32',
'C:\\Users\\图图\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python37-32\\lib\\site-packages',
'C:\\Program Files\\JetBrains\\PyCharm 2018.3.5\\helpers\\pycharm_matplotlib_backend',
'D:\\Python\\module']
I am a module!
mymodule.py
usenodule.py

可以看到其输出与前面的输出一样。编译后生成的 usemodule.pyc 文件并没有改变程序功能，只是以 Python 字节码的形式存在。

另外，还可以通过 Python 的命令行选项将脚本优化编译。Python 编译的优化选项有以下两个：

-O 该选项对脚本的优化不多，编译后的脚本以 ".pyo" 为扩展名。凡是以 ".pyo" 为扩展名的 Python 字节码都是经过优化的。
-OO 该选项对脚本优化的程度较大。使用该标志可以使编译的 Python 脚本更小。使用该选项可能导致脚本运行错误，因此，因谨慎使用。

可以通过在命令行中输入以下命令将 usemodule.py 优化编译。

python -O compile.py
python -OO compile.py

四、模块也可独立运行

每个 Python 脚本在运行时都有一个 __name__ 属性（name 前后均是两条下划线）。在脚本中通过对 __name__ 属性值的判断，可以让脚本在作为导入模块和独立运行时都可以正确运行。

在 Python 中，如果脚本作为模块被导入，则其 __name__ 属性被设置为模块名；如果脚本独立运行，则其 __name__ 属性被设置为 "__main__"。因此可以通过 __name__ 属性来判断脚本的运行状态。

以下所示脚本 mymodule2.py 既可以独立运行，也可以作为模块被其他脚本导入。

# file: mymodule2.pydef show():print('I am a module!')
if __name__ == '__main__':show()print('I am not a module!')

以下所示脚本 usemodule2.py 可以调用 mymodule2.py 模块

# file: usemodule2.pyimport mymodule2
mymodule2.show()
print('my __name__ is', __name__)

运行 usemodule2.py 后，输出如下：

运行 mymodule2.py 后，输出如下：

五、如何查看模块提供的函数名

如果需要获得导入模块中所有声明的名字、函数等，就可以使用内置的函数 dir() 来进行操作。

以下所示代码将获得 sys 模块中的名字和函数。

import sys
print(dir(sys))

输出结果如下：

['__breakpointhook__', '__displayhook__', '__doc__', '__excepthook__',
'__interactivehook__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__',
'__stderr__', '__stdin__', '__stdout__', '_clear_type_cache', '_current_frames',
'_debugmallocstats', '_enablelegacywindowsfsencoding', '_framework', '_getframe',
'_git', '_home', '_xoptions', 'api_version', 'argv', 'base_exec_prefix', 'base_prefix',
'breakpointhook', 'builtin_module_names', 'byteorder', 'call_tracing', 'callstats',
'copyright', 'displayhook', 'dllhandle', 'dont_write_bytecode', 'exc_info',
'excepthook', 'exec_prefix', 'executable', 'exit', 'flags', 'float_info',
'float_repr_style', 'get_asyncgen_hooks', 'get_coroutine_origin_tracking_depth',
'get_coroutine_wrapper', 'getallocatedblocks', 'getcheckinterval', 'getdefaultencoding',
'getfilesystemencodeerrors', 'getfilesystemencoding', 'getprofile', 'getrecursionlimit',
'getrefcount', 'getsizeof', 'getswitchinterval', 'gettrace', 'getwindowsversion',
'hash_info', 'hexversion', 'implementation', 'int_info', 'intern', 'is_finalizing',
'maxsize', 'maxunicode', 'meta_path', 'modules', 'path', 'path_hooks',
'path_importer_cache', 'platform', 'prefix', 'set_asyncgen_hooks',
'set_coroutine_origin_tracking_depth', 'set_coroutine_wrapper', 'setcheckinterval',
'setprofile', 'setrecursionlimit', 'setswitchinterval', 'settrace', 'stderr', 'stdin',
'stdout', 'thread_info', 'version', 'version_info', 'warnoptions', 'winver']

dir() 函数的原型如下：

dir( [object] )

object 可选参数，要列举的模块名。

如果不向 dir() 函数传递参数，那么 dir() 函数将返回当前脚本的所有名字列表。如下所示。

a = [1, 3, 6]  # 定义一个列表
b = 'python'  # 定义一个字符串
print(dir())  # 使用 dir() 函数获得当前脚本所有名字列表def fun():  # 定义一个函数print('python')print(dir())  # 再次使用 dir() 函数

两个 print 的输出结果如下：