在计算机程序的开发过程中,随着程序代码越写越多,在一个文件里代码就会越来越长,越来越不容易维护。
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)。
使用模块有什么好处?
最大的好处是大大提高了代码的可维护性。其次,编写代码不必从零开始。当一个模块编写完毕,就可以被其他地方引用。我们在编写程序的时候,也经常引用其他模块,包括Python内置的模块和来自第三方的模块。
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。点这里查看Python的所有内置函数。
你也许还想到,如果不同的人编写的模块名相同怎么办?为了避免模块名冲突,Python又引入了按目录来组织模块的方法,称为包(Package)。
举个例子,一个abc.py
的文件就是一个名字叫abc
的模块,一个xyz.py
的文件就是一个名字叫xyz
的模块。
现在,假设我们的abc
和xyz
这两个模块名字与其他模块冲突了,于是我们可以通过包来组织模块,避免冲突。方法是选择一个顶层包名,比如mycompany
,按照如下目录存放:
引入了包以后,只要顶层的包名不与别人冲突,那所有模块都不会与别人冲突。现在,abc.py
模块的名字就变成了mycompany.abc
,类似的,xyz.py
的模块名变成了mycompany.xyz
。
请注意,每一个包目录下面都会有一个__init__.py
的文件,这个文件是必须存在的,否则,Python就把这个目录当成普通目录,而不是一个包。__init__.py
可以是空文件,也可以有Python代码,因为__init__.py
本身就是一个模块,而它的模块名就是mycompany
。
类似的,可以有多级目录,组成多级层次的包结构。比如如下的目录结构:
文件www.py
的模块名就是mycompany.web.www
,两个文件utils.py
的模块名分别是mycompany.utils
和mycompany.web.utils
。
自己创建模块时要注意命名,不能和Python自带的模块名称冲突。例如,系统自带了sys
模块,自己的模块就不可命名为sys.py
,否则将无法导入系统自带的sys
模块。
使用模块
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。
我们以内建的sys
模块为例,编写一个hello
的模块:
#!/usr/bin/env python3 # -*- coding: utf-8 -*- ' a test module ' __author__ = 'Michael Liao' import sys def test(): args = sys.argv if len(args)==1: print('Hello, world!') elif len(args)==2: print('Hello, %s!' % args[1]) else: print('Too many arguments!') if __name__=='__main__': test()
第1行和第2行是标准注释,第1行注释可以让这个hello.py
文件直接在Unix/Linux/Mac上运行,第2行注释表示.py文件本身使用标准UTF-8编码;
第4行是一个字符串,表示模块的文档注释,任何模块代码的第一个字符串都被视为模块的文档注释;
第6行使用__author__
变量把作者写进去,这样当你公开源代码后别人就可以瞻仰你的大名;
以上就是Python模块的标准文件模板,当然也可以全部删掉不写,但是,按标准办事肯定没错。
后面开始就是真正的代码部分。
你可能注意到了,使用sys
模块的第一步,就是导入该模块:
import sys
导入sys
模块后,我们就有了变量sys
指向该模块,利用sys
这个变量,就可以访问sys
模块的所有功能。
sys
模块有一个argv
变量,用list存储了命令行的所有参数。argv
至少有一个元素,因为第一个参数永远是该.py文件的名称,例如:
运行python3 hello.py
获得的sys.argv
就是['hello.py']
;
运行python3 hello.py Michael
获得的sys.argv
就是['hello.py', 'Michael]
。
最后,注意到这两行代码:
if __name__=='__main__': test()
当我们在命令行运行hello
模块文件时,Python解释器把一个特殊变量__name__
置为__main__
,而如果在其他地方导入该hello
模块时,if
判断将失败,因此,这种if
测试可以让一个模块通过命令行运行时执行一些额外的代码,最常见的就是运行测试。
我们可以用命令行运行hello.py
看看效果:
$ python3 hello.py Hello, world! $ python hello.py Michael Hello, Michael!
如果启动Python交互环境,再导入hello
模块:
$ python3 Python 3.4.3 (v3.4.3:9b73f1c3e601, Feb 23 2015, 02:52:03) [GCC 4.2.1 (Apple Inc. build 5666) (dot 3)] on darwin Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information. >>> import hello >>>
导入时,没有打印Hello, word!
,因为没有执行test()
函数。
调用hello.test()
时,才能打印出Hello, word!
:
>>> hello.test() Hello, world!
导入模块(使用该模块所有函数)
只需一条import语句,并在其中指定模块名,就可在程序中使用该模块中所有函数
import 模块1[, 模块2[,... 模块N]
当解释器遇到 import 语句,如果模块在当前的搜索路径就会被导入。
导入特定的函数
Python的from语句让你从模块中导入一个指定的部分到当前命名空间中,语法如下:
from 模块名 import 函数名
通过逗号分隔函数名,可根据需要从模块中倒入任意数量的函数
from 模块名 import 函数名1,函数名2,函数名3,...
使用 as 给函数指定别名
如果倒入的函数名称可能与程序中出现的现有名称冲突,或者函数的名称太长,可以制定一个独一无二的别名,类似于外号。
from 模块名 import 函数名 as 函数别名
使用 as 给模块指定别名
除了可以给函数指定别名意外,还可以对模块来指定别名,让你更轻松的调用模块中的函数
import 模块名 as 模块别名
导入模块中的所有类
使用星号(*)运算符,可以让Python导入模块中的所有函数
from 模块名 import *
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。比如在使用一个并非自己编写的大型模块时,模块中有函数名称和你的项目名称相同,可能导致意想不到的效果,Python可能遇到多个名称相同的函数获变量,进而覆盖函数,而不是分别导入所有函数。
最佳的做法就是,要么只导入你需要使用的函数。要么导入整个模块并使用句点表示法,这能让代码更清晰,更容易理解和阅读。
__name__属性
一个模块被另一个程序第一次引入时,其主程序将运行。如果我们想在模块被引入时,模块中的某一程序块不执行,我们可以用__name__属性来使该程序块仅在该模块自身运行时执行。
#!/usr/bin/python3 # Filename: using_name.py if __name__ == '__main__': print('程序自身在运行') else: print('我来自另一模块')
运行输出如下:
$ python using_name.py 程序自身在运行 $ python >>> import using_name 我来自另一模块
说明: 每个模块都有一个__name__属性,当其值是'__main__'时,表明该模块自身在运行,否则是被引入。
作用域
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。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),不应该被直接引用,比如_abc
,__abc
等;
之所以我们说,private函数和变量“不应该”被直接引用,而不是“不能”被直接引用,是因为Python并没有一种方法可以完全限制访问private函数或变量,但是,从编程习惯上不应该引用private函数或变量。
private函数或变量不应该被别人引用,那它们有什么用呢?请看例子:
def _private_1(name): return 'Hello, %s' % name def _private_2(name): return 'Hi, %s' % name def greeting(name): if len(name) > 3: return _private_1(name) else: return _private_2(name)
我们在模块里公开greeting()
函数,而把内部逻辑用private函数隐藏起来了,这样,调用greeting()
函数不用关心内部的private函数细节,这也是一种非常有用的代码封装和抽象的方法,即:
外部不需要引用的函数全部定义成private,只有外部需要引用的函数才定义为public。
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