06. Python模块

1、前言

2、什么是模块

3、Python标准库模块

3.1、os模块

3.2、datetime 模块

3.3、random模块

4、自定义模块

4.1、创建和使用

4.2、模块命名空间

4.3、作用域

5、安装第三方依赖

5.1、使用 pip 安装单个依赖

5.2、从 requirements.txt 安装依赖

5.3、安装指定版本的依赖

5.4、从版本库安装依赖

6、from...import...as

7、小结

1、前言

Python 的强大之处之一就是其模块化编程的支持。模块是代码的组织单元，它允许你将代码划分为可重用的部分，从而提高代码的可维护性和可扩展性。今天我们一起来探讨 Python 模块的概念、创建和使用方法，以及一些常见的 Python 标准库模块。

2、什么是模块

为了编写可维护的代码，我们把很多函数分组，分别放到不同的文件里，这样，每个文件包含的代码就相对较少，很多编程语言都采用这种组织代码的方式。在Python中，一个.py文件就称之为一个模块（Module）。

模块是包含 Python 代码的文件，它可以包括变量、函数和类。通过将代码组织成模块，我们可以更好地组织代码、提高可重用性，并支持更好的命名空间管理。使用模块还可以避免函数名和变量名冲突。相同名字的函数和变量完全可以分别存在不同的模块中，因此，我们自己在编写模块时，不必考虑名字会与其他模块冲突。但是也要注意，尽量不要与内置函数名字冲突。

此外，Python为了避免模块名冲突，引入了按目录来组织模块的方法，称为包（Package）。如：

其中，first_demo.py，main.py就是一个名字分别叫做first_demo和main的模块。而first_demo存在模块冲突了，于是我们通过first包（Package）来组织，避免冲突。

3、Python标准库模块

Python本身就内置了很多非常有用的模块，只要安装完毕，这些模块就可以立刻使用。如os模块、datetime模块、random模块等。使用内置模块我们只需要使用import导入该模块，然后就有了以模块名称为变量名的变量引用该模块，使用该变量就可以访问模块里的所有功能。

3.1、os模块

os 模块提供了与操作系统交互的功能，包括文件和目录操作、环境变量等。

import os

if __name__ == '__main__':
    """ 返回当前的工作目录 """ 
    """ Return a unicode string representing the current working directory. """
    print(os.getcwd())

3.2、datetime 模块

datetime 模块用于处理日期和时间，提供了丰富的功能，如日期的格式化、时间的计算等。

from datetime import datetime 

if __name__ == '__main__':
    now_time = datetime.now()
    print("当前时间：", now_time)

3.3、random模块

random 模块用于生成伪随机数，提供了多种随机数生成函数。

import random

if __name__ == '__main__':
    for i in range(10):  # 打印10次
        print(random.randint(1, 100))

4、自定义模块

除了使用Python标准库中的模块以外，我们还可以按需定义自己的模块。这种方式在团队协作开发模式中非常有用。

4.1、创建和使用

创建模块非常简单，只需将相关代码保存在一个文件中，并使用 import 关键字在其他地方引入它。

定义一个my_module.py模块，里面定义了一个接收名称的函数，同时返回hello, xxx。

# 定义了一个sqy_hello函数，用于外部调用
def say_hello(name):
    return f"Hello, {name}!"

使用该模块：

# 使用import关键字引入该模块
import my_module

if __name__ == '__main__':
    # 调用该模块
    print(my_module.say_hello("张三"))

4.2、模块命名空间

模块创建了一个独立的命名空间，可以使用模块名来访问其中的变量和函数，从而避免命名冲突。如在my_module.py模块中定义一个变量，我们在引用该模块的函数中可以调用该变量，而不与自己模块冲突。如：

COUNTRY = "中国"


# 定义了一个sqy_hello函数，用于外部调用
def say_hello(name):
    return f"Hello, {name}!"

调用：

import my_module

COUNTRY = "中国111"

if __name__ == '__main__':
    print(my_module.say_hello("张三"), my_module.COUNTRY, "你好")

4.3、作用域

模块的作用域是指在模块中定义的变量、函数和类的可见性和访问范围。

在一个模块中，我们可能会定义很多函数和变量，但有的函数和变量我们希望给别人使用，有的函数和变量我们希望仅仅在模块内部使用。而在Python中，是通过_前缀来实现的。正常的函数和变量名是公开的（public），可以被直接引用，比如：abc，x123，PI等。

类似__xxx__这样的变量是特殊变量，可以被直接引用，但是有特殊用途，比如上面的__author__，__name__就是特殊变量，hello模块定义的文档注释也可以用特殊变量__doc__访问，我们自己的变量一般不要用这种变量名。

类似_xxx和__xxx这样的函数或变量就是非公开的（private），表示这个函数是“内部实现细节”或“私有”的，不应该被直接引用或调用。这是一种命名约定，告诉其他程序员，这个函数是模块内部使用的，不属于模块的公共接口。

def _internal_function():
    print("This is an internal function.")

def public_function():
    print("This is a public function.")

其中_internal_function 被认为是模块内部使用的，而 public_function 是模块的公共接口。

5、安装第三方依赖

除了Python自带的模块，自己定义的模块以外，通常还会使用别人定义好的第三方依赖。使用这些依赖，由于不在我们的Python库中，因此需要先进行安装。

5.1、使用 pip 安装单个依赖

在Python中，安装第三方模块，是通过包管理工具pip完成的。

pip install package_name

例如安装requests依赖：

pip install requests

5.2、从 requirements.txt 安装依赖

通常，在项目中会有一个名为 requirements.txt 的文件，其中列出了项目所需的所有依赖。你可以使用以下命令一次性安装所有依赖：

pip install -r requirements.txt

5.3、安装指定版本的依赖

如果你需要安装特定版本的依赖，可以使用 == 符号：

pip install package_name==1.2.3
# 指定安装最新版本
pip install --upgrade package_name

5.4、从版本库安装依赖

有时你可能需要从版本库（例如 GitHub）直接安装依赖。可以使用以下命令：

pip install git+https://github.com/username/repo.git

6、from...import...as

使用import引入模块时，引用模块的变量名默认为模块名。有时候如果模块名太长，我们可以通过as关键字，进行变量名重定义。如：

import my_module as mm  # 定义变量名为mm

if __name__ == '__main__':
    # 这里通过重定义的变量名mm访问模块功能
    print(mm.say_hello("张三"))

from ... import ... 是一种导入模块中特定成员（变量、函数、类等）的语法。这种方式允许你直接从模块中导入你需要的部分，而不是整个模块。如：

""" 
这里只导入了math模块中的sqrt函数
如果要导入多个函数，使用英文逗号,隔开即可 
如果需要引入全部模块，import后面跟上*号即可，这种方式不是推荐的做法，因为它可能导致命名冲突和代码不易读。
"""
from math import sqrt

result = sqrt(25)
print(result)