Python 模块

在本教程中，我们将解释如何构建和导入自定义的Python模块。此外，我们可以通过各种方法导入或集成Python的内置模块。

什么是模块化编程

模块化编程是将单个复杂的编码任务分割成多个简单、易于管理的子任务的实践。我们将这些子任务称为模块。因此，我们可以通过组装不同的模块来构建一个更大的程序，这些模块就像构建块一样工作。

在大型应用程序中对代码进行模块化有很多好处。

简化： 模块通常只集中在一小部分较小的问题上，而不是整个任务。如果我们只集中于一个模块，我们将有一个更容易管理的设计问题。现在程序开发更简单，也更不易出错。

灵活性： 模块经常被用来在不同的问题领域之间建立概念上的分离。如果模块的构建方式减少了相互关联，那么对一个模块的更改就不太可能影响程序的其他部分。（我们甚至可能会在不熟悉该程序的情况下编辑一个模块。）这增加了许多开发人员能够合作处理大型项目的可能性。

可重用性： 在特定模块中创建的函数可以轻松地被分配到任务的不同部分中（通过适当建立的api）。因此，不再需要重复的代码。

范围： 模块通常声明了一个独立的命名空间，以防止程序的不同部分发生标识符冲突。

在Python中，通过使用函数、模块和包来鼓励对代码进行模块化。

Python中的模块是什么

一个包含用Python编写的函数定义和各种语句的文档被称为Python模块。

在Python中，我们可以通过以下3种方式之一定义一个模块：

Python本身允许创建模块。
类似于re（正则表达式）模块，模块可以主要用C编程语言编写，然后在运行时动态插入。
内置模块，如itertools模块，在解释器中已经默认包含。

一个模块是一个包含Python代码、函数定义、语句或类的文件。一个example_module.py文件是一个我们将创建的模块，它的名字是example_module。

我们使用模块将复杂的程序分割成更小、更易于理解的模块。模块还允许代码的重用。

我们可以将最常用的函数定义在一个单独的模块中，然后通过导入整个模块来避免将它们重复到多个应用程序中。

让我们来构建一个模块。在输入以下内容后，将文件保存为example_module.py。

示例：

# Here, we are creating a simple Python program to show how to create a module.  
# defining a function in the module to reuse it  
def square( number ):  
   # here, the above function will square the number passed as the input  
    result = number ** 2       
    return result     # here, we are returning the result of the function

这里有一个名为example_module的模块，其中包含函数square()的定义。该函数返回给定数字的平方。

如何在Python中导入模块

在Python中，我们可以从一个模块中导入函数到我们的程序中，或者说导入到另一个模块中。

为了实现这一点，我们使用import Python关键字。在Python窗口中，我们在import关键字后添加要导入的模块的名称。我们将导入我们之前定义的模块example_module。

语法:

import example_module

我们在example_module中定义的函数不会立即被导入到当前程序中。这里只是导入了模块的名称，即example_module。

我们可以使用点操作符来使用模块名来使用这些函数。例如：

示例：

# here, we are calling the module square method and passing the value 4
result = example_module.square(  4  )  
print("By using the module square of number is: ", result )

输出：

By using the module square of number is: 16

有几个标准模块适用于Python。完整的Python标准模块列表可供查阅。可以使用help命令查看该列表。

与我们导入用户定义模块的方式类似，我们可以使用import语句导入其他标准模块。

导入模块可以使用多种方式。以下是它们的列表。

Python导入语句

使用import Python关键字和点运算符，我们可以导入一个标准模块，并可以访问其中定义的函数。以下是一个示例。

代码

# Here, we are creating a simple Python program to show how to import a standard module  
# Here, we are import the math module which is a standard module    
import math  
print( "The value of euler's number is", math.e )    
# here, we are printing the euler's number from the math module

输出：

The value of euler's number is 2.718281828459045

导入和重命名

在导入模块时，我们也可以更改其名称。这里有一个示例来展示。

代码

# Here, we are creating a simple Python program to show how to import a module and rename it  
# Here, we are import the math module and give a different name to it  
import math as mt     # here, we are importing the math module as mt
print( "The value of euler's number is", mt.e ) 
# here, we are printing the euler's number from the math module

输出:

The value of euler's number is 2.718281828459045

该程序中，math模块现在被命名为mt。在某些情况下，这可能有助于我们更快地输入模块名称较长的情况。

请注意，现在我们程序的作用域不包括math这个术语。因此，mt.pi是模块的正确实现，而math.pi是无效的。

Python的from…import语句

我们可以从一个模块中导入特定的名称，而不是将整个模块导入。下面是一个例子。

代码

# Here, we are creating a simple Python program to show how to import specific 
# objects from a module  
# Here, we are import euler's number from the math module using the from keyword  
from math import e  
# here, the e value represents the euler's number
print( "The value of euler's number is", e )

输出：

The value of euler's number is 2.718281828459045

只有来自math模块的e常数在这种情况下被导入。

我们避免在这些情况下使用点（.）运算符。如下，我们可以同时导入多个属性：

代码

# Here, we are creating a simple Python program to show how to import multiple  
# objects from a module  
from math import e, tau  
print( "The value of tau constant is: ", tau )  
print( "The value of the euler's number is: ", e )

输出:

The value of tau constant is:  6.283185307179586
The value of the euler's number is:  2.718281828459045

从`import *`语句中导入所有名称

要在当前命名空间中从模块中导入所有对象，请使用*符号和from和import关键字。

语法:

from name_of_module import *

使用符号*有利有弊。除非我们确切地了解模块的特定要求，否则不建议使用*；否则，请使用。

以下是同样的示例。

代码

# Here, we are importing the complete math module using *  
from math import *  
# Here, we are accessing functions of math module without using the dot operator  
print( "Calculating square root: ", sqrt(25) )  
# here, we are getting the sqrt method and finding the square root of 25
print( "Calculating tangent of an angle: ", tan(pi/6) ) 
# here pi is also imported from the math module

输出:

Calculating square root:  5.0
Calculating tangent of an angle:  0.5773502691896257

模块的路径定位

在Python程序中导入模块时，解释器会在许多地方进行搜索。如果内置模块不存在，将会搜索多个目录。可以使用sys.path来访问目录列表。Python解释器按照以下方式搜索模块：

首先，在当前工作目录中查找模块。如果在当前目录中找不到模块，则Python会在设置的shell参数PYTHONPATH所指定的每个目录中进行搜索。PYTHONPATH是一个环境变量，由一系列文件夹组成。如果在这些目录中仍然找不到模块，则Python会查找在下载Python时设置的与安装相关的一系列文件夹。

下面是一个打印路径的示例：

代码

# Here, we are importing the sys module  
import sys  
# Here, we are printing the path using sys.path  
print("Path of the sys module in the system is:", sys.path)

输出：

Path of the sys module in the system is:
['/home/pyodide', '/home/pyodide/lib/Python310.zip', '/lib/Python3.10', '/lib/Python3.10/lib-dynload', '', '/lib/Python3.10/site-packages']

dir()内置函数

我们可以使用dir()方法来识别模块中声明的名称。

例如，我们在标准模块str中有以下名称。为了打印这些名称，我们将以以下方式使用dir()方法：

Code

# Here, we are creating a simple Python program to print the directory of a module  
print( "List of functions:\n ", dir( str ), end=", " )

输出：

List of functions:
  ['__add__', '__class__', '__contains__', '__delattr__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__getitem__', '__getnewargs__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__iter__', '__le__', '__len__', '__lt__', '__mod__', '__mul__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__rmod__', '__rmul__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', 'capitalize', 'casefold', 'center', 'count', 'encode', 'endswith', 'expandtabs', 'find', 'format', 'format_map', 'index', 'isalnum', 'isalpha', 'isascii', 'isdecimal', 'isdigit', 'isidentifier', 'islower', 'isnumeric', 'isprintable', 'isspace', 'istitle', 'isupper', 'join', 'ljust', 'lower', 'lstrip', 'maketrans', 'partition', 'removeprefix', 'removesuffix', 'replace', 'rfind', 'rindex', 'rjust', 'rpartition', 'rsplit', 'rstrip', 'split', 'splitlines', 'startswith', 'strip', 'swapcase', 'title', 'translate', 'upper', 'zfill']

命名空间和作用域

对象由称为变量的名称或标识符表示。命名空间是一个包含变量名称（键）和与之相关的对象（值）的字典。

Python语句可以访问局部和全局命名空间变量。当具有相同名称的变量是局部和全局变量时，局部变量起到全局变量的作用。每个函数都有一个单独的局部命名空间。类方法的作用域规则与普通函数相同。Python根据合理的预测确定参数是局部变量还是全局变量。在方法中分配了值的任何变量都被视为局部变量。

因此，在函数中为全局变量提供值之前，我们必须使用全局语句。通过global Var_Name的语句，Python被告知Var_Name是一个全局变量。Python停止在局部命名空间中查找该变量。

例如，在全局命名空间中声明变量Number。由于我们在函数中为Number提供了一个值，Python将Number视为局部变量。如果我们在声明全局变量之前或之后尝试访问局部变量的值，将导致UnboundLocalError错误。

代码

Number = 204  
def AddNumber():  # here, we are defining a function with the name Add Number
    # Here, we are accessing the global namespace  
    global Number  
    Number = Number + 200  
print("The number is:", Number)     
# here, we are printing the number after performing the addition
AddNumber()    # here, we are calling the function
print("The number is:", Number)