Python模块之自定义模块

1. 模块的定义与分类

模块是什么？

这几天，我们进入模块的学习。在学习模块之前，我们首先要知道，什么是模块？

​ 一个函数封装一个功能，你使用的软件可能就是由n多个函数组成的（先备考虑面向对象）。比如抖音这个软件，不可能将所有程序都写入一个文件，所以咱们应该将文件划分，这样其组织结构要好并且代码不冗余。加入分了10个文件，每个文件里面可能都有相同的功能（函数），怎么办？所以将这些相同的功能封装到一个文件中，那么这个存储着很多常用的功能的py文件，就是模块。 模块就是文件，存放一堆常用的函数，谁用谁拿。怎么拿？比如：我要策马奔腾共享人世繁华，应该怎么样？我应该骑马，你也要去浪，你是不是也要骑马。 我们说一个函数就是一个功能，那么把一些常用的函数放在一个py文件中，这个文件就称之为模块，模块，就是一些列常用功能的集合体。

为什么要使用模块?

从文件级别组织程序，更方便管理 随着程序的发展，功能越来越多，为了方便管理，我们通常将程序分成一个个的文件，这样做程序的结构更清晰，方便管理。这时我们不仅仅可以把这些文件当做脚本去执行，还可以把他们当做模块来导入到其他的模块中，实现了功能的重复利用

拿来主义，提升开发效率 同样的原理，我们也可以下载别人写好的模块然后导入到自己的项目中使用，这种拿来主义，可以极大地提升我们的开发效率，避免重复造轮子。

​ ps：人们常说的脚本是什么？

如果你退出python解释器然后重新进入，那么你之前定义的函数或者变量都将丢失，因此我们通常将程序写到文件中以便永久保存下来，需要时就通过python test.py方式去执行，此时test.py被称为脚本script。

所以，脚本就是一个python文件，比如你之前写的购物车，模拟博客园登录系统的文件等等。

模块的分类

Python语言中，模块分为三类。

• 第一类：内置模块，也叫做标准库。此类模块就是python解释器给你提供的，比如我们之前见过的time模块,os模块。标准库的模块非常多（200多个，每个模块又有很多功能），我们这几天就讲常用的十几种，后面课程中还会陆续的讲到。

• 第二类：第三方模块，第三方库。一些python大神写的非常好用的模块，必须通过pip install 指令安装的模块，比如BeautfulSoup, Django,等等。大概有6000多个。

• 第三类：自定义模块。我们自己在项目中定义的一些模块。

这几天，我们先学第一类和第三类模块，第二类模块会在我们并发编程开始逐渐的接触学习。

今天，我们先讲第三类，自定义模块。

我们先定义一个模块，定义一个模块其实很简单就是写一个文件，里面写一些代码（变量，函数）即可。此文件的名字为tbjx.py，文件内容如下：

print('from the tbjx.py')
name = '太白金星'

def read1():
    print('tbjx模块：',name)

def read2():
    print('tbjx模块')
    read1()

def change():
    global name
    name = 'barry'

2. import

2.1 import 使用

import 翻译过来是一个导入的意思。

这里一定要给同学强调那个文件执行文件，和哪个文件是被执行模块。

​ 模块可以包含可执行的语句和函数的定义，这些语句的目的是初始化模块，它们只在模块名第一次遇到导入import语句时才执行（import语句是可以在程序中的任意位置使用的,且针对同一个模块很import多次,为了防止你重复导入，python的优化手段是：第一次导入后就将模块名加载到内存了，后续的import语句仅是对已经加载到内存中的模块对象增加了一次引用，不会重新执行模块内的语句），如下 import tbjx #只在第一次导入时才执行tbjx.py内代码,此处的显式效果是只打印一次'from the tbjx.py',当然其他的顶级代码也都被执行了,只不过没有显示效果.

代码示例：

import tbjx
import tbjx
import tbjx
import tbjx

import tbjx

执行结果：只是打印一次：

from the tbjx.py

image

2.2 第一次导入模块执行三件事

​ 1.创建一个以模块名命名的名称空间。

​ 2.执行这个名称空间（即导入的模块）里面的代码。

​ 3.通过此模块名. 的方式引用该模块里面的内容（变量，函数名，类名等）。 这个名字和变量名没什么区别，都是‘第一类的’，且使用tbjx.名字的方式可以访问tbjx.py文件中定义的名字，tbjx.名字与test.py中的名字来自两个完全不同的地方。

​ ps：重复导入会直接引用内存中已经加载好的结果

2.3 被导入模块有独立的名称空间

​ 每个模块都是一个独立的名称空间，定义在这个模块中的函数，把这个模块的名称空间当做全局名称空间，这样我们在编写自己的模块时，就不用担心我们定义在自己模块中全局变量会在被导入时，与使用者的全局变量冲突。

示例：

当前是meet.py

import tbjx.py
name = 'alex'
print(name)
print(tbjx.name)
'''
from the tbjx.py
alex
太白金星
'''

def read1():
    print(666)
tbjx.read1()
'''
from the tbjx.py
tbjx模块： 太白金星
'''

name = '日天'
tbjx.change()
print(name)
print(tbjx.name)
'''
from the tbjx.py
日天
barry
'''

让同学们将上面的代码练习一下。

2.4 为模块起别名

别名其实就是一个外号,我们小的时候，都喜欢给学生们起外号对吧。

​ 1. 好处可以将很长的模块名改成很短,方便使用.

import tbjx as t
t.read1()

​ 2. 有利于代码的扩展和优化。

'''
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'''
#mysql.py
def sqlparse():
    print('from mysql sqlparse')
#oracle.py
def sqlparse():
    print('from oracle sqlparse')

#test.py
db_type=input('>>: ')
if db_type == 'mysql':
    import mysql as db
elif db_type == 'oracle':
    import oracle as db

db.sqlparse()

2.5 导入多个模块

​ 我们以后再开发过程中，免不了会在一个文件中，导入多个模块，推荐写法是一个一个导入。

import os,sys,json   # 这样写可以但是不推荐

推荐写法

import os
import sys
import json

多行导入：易于阅读 易于编辑 易于搜索 易于维护。

3 from ... import ...

3.1 from ... import ... 使用

from ... import ... 的使用示例。

from tbjx import name, read1
print(name)
read1()
'''
执行结果：
from the tbjx.py
太白金星
tbjx模块： 太白金星
'''

3.2 from...import... 与import对比

​ 唯一的区别就是：使用from...import...则是将spam中的名字直接导入到当前的名称空间中，所以在当前名称空间中，直接使用名字就可以了、无需加前缀：tbjx.

from...import...的方式有好处也有坏处

​ 好处：使用起来方便了

​ 坏处：容易与当前执行文件中的名字冲突

示例演示：

执行文件有与模块同名的变量或者函数名，会有覆盖效果。

'''
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'''
name = 'oldboy'
from tbjx import name, read1, read2
print(name)  
'''
执行结果：
太白金星
'''
----------------------------------------
from tbjx import name, read1, read2
name = 'oldboy'
print(name)  

'''
执行结果：
oldboy

'''
----------------------------------------
def read1():
    print(666)
from tbjx import name, read1, read2
read1()

'''
执行结果：
tbjx模块： 太白金星
'''
----------------------------------------

from tbjx import name, read1, read2
def read1():
    print(666)
read1()

'''
执行结果：
tbjx模块： 666
'''

2.当前位置直接使用read1和read2就好了，执行时，仍然以tbjx.py文件全局名称空间

'''
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'''
#测试一：导入的函数read1，执行时仍然回到tbjx.py中寻找全局变量 'alex'
#test.py
from tbjx import read1
name = 'alex'
read1()
'''
执行结果:
from the spam.py
spam->read1->name = '太白金星'
'''

#测试二:导入的函数read2，执行时需要调用read1(),仍然回到tbjx.py中找read1()
#test.py
from tbjx import read2
def read1():
    print('==========')
read2()

'''
执行结果:
from the tbjx.py
tbjx->read2 calling read
tbjx->read1->tbjx 'barry'
'''

4.3.3 也支持as

通过这种方式引用模块也可以对模块进行改名。

from tbjx import read1 as read
read()

3.4 一行导入多个

from tbjx import read1,read2,name

**3.5 from ... import ***

​ from spam import * 把tbjx中所有的不是以下划线(_)开头的名字都导入到当前位置

​ 大部分情况下我们的python程序不应该使用这种导入方式，因为*你不知道你导入什么名字，很有可能会覆盖掉你之前已经定义的名字。而且可读性极其的差，在交互式环境中导入时没有问题。

可以使用all来控制*（用来发布新版本），在tbjx.py中新增一行

__ all__=['money','read1'] #这样在另外一个文件中用from spam import *就这能导入列表中规定的两个名字
3.6 模块循环导入问题

​ 模块循环/嵌套导入抛出异常的根本原因是由于在python中模块被导入一次之后，就不会重新导入，只会在第一次导入时执行模块内代码

​ 在我们的项目中应该尽量避免出现循环/嵌套导入，如果出现多个模块都需要共享的数据，可以将共享的数据集中存放到某一个地方在程序出现了循环/嵌套导入后的异常分析、解决方法如下（了解，以后尽量避免）

示范文件内容如下

#创建一个m1.py
print('正在导入m1')
from m2 import y

x='m1'

#创建一个m2.py
print('正在导入m2')
from m1 import x

y='m2'

#创建一个run.py
import m1

#测试一
执行run.py会抛出异常
正在导入m1
正在导入m2
Traceback (most recent call last):
  File "/Users/linhaifeng/PycharmProjects/pro01/1 aaaa练习目录/aa.py", line 1, in <module>
    import m1
  File "/Users/linhaifeng/PycharmProjects/pro01/1 aaaa练习目录/m1.py", line 2, in <module>
    from m2 import y
  File "/Users/linhaifeng/PycharmProjects/pro01/1 aaaa练习目录/m2.py", line 2, in <module>
    from m1 import x
ImportError: cannot import name 'x'


#测试一结果分析
先执行run.py--->执行import m1，开始导入m1并运行其内部代码--->打印内容"正在导入m1"
--->执行from m2 import y 开始导入m2并运行其内部代码--->打印内容“正在导入m2”--->执行from m1 import x,由于m1已经被导入过了，所以不会重新导入，所以直接去m1中拿x，然而x此时并没有存在于m1中，所以报错


#测试二:执行文件不等于导入文件，比如执行m1.py不等于导入了m1
直接执行m1.py抛出异常
正在导入m1
正在导入m2
正在导入m1
Traceback (most recent call last):
  File "/Users/linhaifeng/PycharmProjects/pro01/1 aaaa练习目录/m1.py", line 2, in <module>
    from m2 import y
  File "/Users/linhaifeng/PycharmProjects/pro01/1 aaaa练习目录/m2.py", line 2, in <module>
    from m1 import x
  File "/Users/linhaifeng/PycharmProjects/pro01/1 aaaa练习目录/m1.py", line 2, in <module>
    from m2 import y
ImportError: cannot import name 'y'


#测试二分析
执行m1.py，打印“正在导入m1”，执行from m2 import y ，导入m2进而执行m2.py内部代码--->打印"正在导入m2"，执行from m1 import x，此时m1是第一次被导入，执行m1.py并不等于导入了m1，于是开始导入m1并执行其内部代码--->打印"正在导入m1"，执行from m1 import y，由于m1已经被导入过了，所以无需继续导入而直接问m2要y，然而y此时并没有存在于m2中所以报错



# 解决方法:
方法一:导入语句放到最后
#m1.py
print('正在导入m1')

x='m1'

from m2 import y

#m2.py
print('正在导入m2')
y='m2'

from m1 import x

方法二:导入语句放到函数中
#m1.py
print('正在导入m1')

def f1():
    from m2 import y
    print(x,y)

x = 'm1'

# f1()

#m2.py
print('正在导入m2')

def f2():
    from m1 import x
    print(x,y)

y = 'm2'

#run.py
import m1

m1.f1()

4. py文件的两种功能

编写好的一个python文件可以有两种用途：
一：脚本，一个文件就是整个程序，用来被执行（比如你之前写的模拟博客园登录那个作业等）
二：模块，文件中存放着一堆功能，用来被导入使用
​
python为我们内置了全局变量name，
当文件被当做脚本执行时：name 等于'main'
当文件被当做模块导入时：name等于模块名
​

#作用：用来控制.py文件在不同的应用场景下执行不同的逻辑（或者是在模块文件中测试代码）

if __name__ == '__main__':
print('from the tbjx.py')

__all__ = ['name', 'read1',]

name = '太白金星'


def read1():
   print('tbjx模块：',name)


def read2():
   print('tbjx模块')
   read1()


def change():
   
   global name
   name = 'barry'
   
if __name__ == '__main__':  
   # 在模块文件中测试read1()函数
   # 此模块被导入时 __name__ == tbjx 所以不执行
   read1()

5. 模块的搜索路径

当你引用一个模块时，不见得每次都可以import到：

在这里插入图片描述

上面的示例可以得知，引用模块也是按照一定规则进行引用的。

​ Python中引用模块是按照一定的规则以及顺序去寻找的，这个查询顺序为：先从内存中已经加载的模块进行寻找找不到再从内置模块中寻找，内置模块如果也没有，最后去sys.path中路径包含的模块中寻找。它只会按照这个顺序从这些指定的地方去寻找，如果最终都没有找到，那么就会报错。

内存中已经加载的模块->内置模块->sys.path路径中包含的模块

模块的查找顺序

在第一次导入某个模块时（比如tbjx），会先检查该模块是否已经被加载到内存中（当前执行文件的名称空间对应的内存），如果有则直接引用（ps：python解释器在启动时会自动加载一些模块到内存中，可以使用sys.modules查看）
如果没有，解释器则会查找同名的内置模块
如果还没有找到就从sys.path给出的目录列表中依次寻找tbjx.py文件。
需要特别注意的是：我们自定义的模块名不应该与系统内置模块重名。虽然每次都说，但是仍然会有人不停的犯错

#在初始化后，python程序可以修改sys.path,路径放到前面的优先于标准库被加载。

> > > import sys
> > > sys.path.append('/a/b/c/d')
> > > sys.path.insert(0,'/x/y/z') #排在前的目录，优先被搜索
> > > 注意：搜索时按照sys.path中从左到右的顺序查找，位于前的优先被查找，sys.path中还可能包含.zip归档文件和.egg文件，python会把.zip归档文件当成一个目录去处理，

#首先制作归档文件：zip module.zip foo.py bar.py 
import sys
sys.path.append('module.zip')
import foo,bar

#也可以使用zip中目录结构的具体位置
sys.path.append('module.zip/lib/python')

#windows下的路径不加r开头，会语法错误
sys.path.insert(0,r'C:\Users\Administrator\PycharmProjects\a')

#至于.egg文件是由setuptools创建的包，这是按照第三方python库和扩展时使用的一种常见格式，.egg文件实际上只是添加了额外元数据(如版本号，依赖项等)的.zip文件。

#需要强调的一点是：只能从.zip文件中导入.py，.pyc等文件。使用C编写的共享库和扩展块无法直接从.zip文件中加载（此时setuptools等打包系统有时能提供一种规避方法），且从.zip中加载文件不会创建.pyc或者.pyo文件，因此一定要事先创建他们，来避免加载模块是性能下降。