18. Python中的模块与包

Hi, 大家好。我是茶桁。

这一段Python之旅怎么样？还算顺利吧？

之前我们都学习了些什么？有基本常识，流程，函数，不同类型的数据以及一些模块对吧？并且还做了一些练习来巩固所学过的内容。

那么今天，我们接着来学习模块。不过今天要学的模块和以往不太一样了，以前我们学习的都是Python内置的一些模块，而今天呢，我们自己来打包模块。

模块

简单点说，当我们定义一个Python文件，其后缀名为.py的时候，那么这个文件就被称为模块。

模块中通常呢会定义一些相似的类、函数等代码内容，提供给别的程序引入使用。那对于应用，之前我们已经用过很多次了对吧？我们曾多次应用系统模块来使用，那这次，我们还是从系统模块开始吧。

系统模块

系统模块实际上就是一个Python的程序脚本，专门提供给我们自己的程序使用。它们是在安装好Python环境时，就已经存在的，需要的时候可以使用 import 导入到程序中使用。比如：

import os, re, time, json, calendar

自定义模块

那知道了系统模块是什么东西，在理解自定义模块就轻松多了对吧？其实就是我们自己创建一个Python脚本，定义一些类或方法，供别的脚本导入后使用。

由于本节课比较特殊，所以课程源码除了18.ipynb这个笔记本文件之外，还有有一个文件夹，路径为./Python/packages/file，然后内部会有多个.py文件。

比如我们定义一个self.py文件如下：

# self.py

# 定义类
class MyException():
    pass

# 定义函数
def func():
    print('我是一个模块中的func函数')

# 定义变量
myStr = 'iloveyou'

然后让我们在笔记本中引用这个文件（模块）以及其他模块，让我们来看看，还记得我们是怎么引入模块的嘛？来，回忆一下：

# 先引入一个系统模块：time
import time
print(f'time:{time.time()}')

---
time:1692005247.144672

我们引入了一个系统模块time，然后执行了一下模块里的time()方法，并把最终结果打印了出来。

既然都已经有例子了，那我们有样学样来试试引入我们自己创建的文件：

import self

---
ModuleNotFoundError: No module named 'self'

报错了，告诉我们并没有self这个模块。这个…

还记得我们刚才说过的文件路径嘛？./Python/packages/file，而我们当前文件18.ipynb是放在Python目录下的，层级关系如下：

- .
- Python/
- ...
- 18.ipynb
- packages/
		| - self.py

也就是说，我们要应用self.py， 需要找对路径才行。那我们将路径加上去：

# 引入自定义模块
import packages.self 

这回执行之后是没报错了，应该没问题了。

那下面呢，让我们来操作一下文件内的类、函数之类的试试：

# 使用模块中定义的类
obj = packages.self.MyException()
print(obj)

---
<packages.self.MyException object at 0x10468cb80>

没毛病，确实获取到了相关类病打印了出来。

可是我们这也太麻烦了，每次使用这个模块不是抖要输入这么长一段吧？packages.self.xxx， 不知道之前的学习中大家有没有注意到一个关键字as，这个我之前课程中都没有特意讲解过，但是在我们引入模块的时候会经常的用到。所以这里顺带讲一下吧，比如，我们在操作文件的时候有如下代码：

with open('./file', 'w') as fp:
  fp.read()

那这个as我们能猜到是什么作用吗？其实，就是讲as前的内容放入as后面的这个变量里，然后将as身后的这个变量改为一个对象而已，在这段代码里，我们打开了文件，并且将其放入了fp这个变量里，变成了一个fp对象。也可以理解为，我们将as之前的内容起了一个别名。

那么我们导入文件的时候可以这么操作吗？我们试试看：

import packages.self as self
obj = self.MyException()
print(obj)

---
<packages.self.MyException object at 0x1046ce2c0>

嗯，看来我们没搞错，确实可以这么用。

那让我们再来试试文件中的那个函数吧，函数内应该是执行了一段打印方法：

self.func()

---
我是一个模块中的func函数

确实正确执行了。这也太顺利了，趁热打铁，让我们再来获取其中的变量：

print(self.myStr)

---
iloveyou

导入模块其实不是仅可导入模块，还能从一个模块中导入类，方法甚至是变量：

from packages.self import func
from packages.self import myStr as str

func()
print(str)

应该能看出这一段代码的含义吧？就是from（从）一个模块中import导入一个对象。

模块中的测试代码

在自定义模块中，通常我们只是去定义类或函数，变量等，并不调用。如果在指定模块中，想要写一些测试代码，在当前模块作为主程序使用时执行，而作为模块被别的程序导入时不执行，那么可以把测试代码写到下面的代码块中：

if __name__ == '__main__':
	  print('这个位置的代码只有当前脚本被直接运行时才会运行。')

那么这个模块再被别的程序调用之后，这段代码中的程序是不会被执行的。因为只有这个模块作为主程序运行时才会运行这段代码。我们来看下面这些操作就明白了：

import packages.self as self
self

---
<module 'packages.self' from '/Users/du/git/AI_Cheats/Python/packages/self.py'>

按道理，我们引入模块之后应该会拿到该模块内的所有方法，可是刚才我们写的打印并没有被执行。现在我们在命令行内直接大概这个.py文件来试试：

能看到，if里面的print被直接执行了，打印出了里面的字符串。

在这整段代码中，__name__是一个特殊的变量，这个变量在当前脚本作为模块被别的程序导入时__name__的值是当前这个模块的名称，也就是说，我在笔记本中导入的时候__name__就是self， 而我们在if条件中的设定，是只有当前脚本被作为主程序直接由Python解析时才会进入判断，也就是__name__这个变量的值为__main__时。

我们来看看是不是如此，我们在self.py中加上一段代码：

name = __name__
print(f'__name__: {name}')

然后我们直接让self.py在Python解释器中运行：

现在让我们在笔记本中重新引入一下模块中的变量name，再打印出来看看：

打印的第一段内容为引入模块的时候，模块内的print(f'__name__: {name}')执行了一次，第二段内容则是在笔记本中输入的方法print(name)。 这样，我们就很直观的看到了__name__在不同位置时存储了不同的值。

我们在写程序的时候要记得，不要想着把所有的方法定义在一个脚本文件内。

包

那什么是包呢？包并不是模块。你可以将包理解为一个文件夹，这个文件夹里面包含了多个Python文件。

包的结构

'''
package/   # 包(文件夹)
├── __init__.py  # 包中的初始化文件
├── a.py         # 包中的模块
├── b.py
└── ps/   # 子包
  ├── __init__.py
  ├── c.py
  └── d.py
'''

包的使用方法

其实，我们在刚才所讲的内容中，已经给大家演示过了包的使用方法，不知道小伙伴们能不能反应过来到底是哪里？不知道也没有关系，让我们从头来好好的盘一下这件事。

我们之前在当前目录下创建了一个文件夹packages， 里面有我们self.py文件。实际上，这就是一个包了。

让我们将这个包搞的复杂一点，按照上面我们写的结构来增加一些文件，然后我们看看现在的目录结构：

我们可以看到，除了我们之前设定的文件之外，还有多出来一个文件夹__pycache__以及文件self.cpython-310.pyc， 这个文件夹和文件是当这个包内的文件存在引入关系的时候，自动生成的缓存文件。大家可以不用管。

下面我们来看具体的包使用方法，我们预先在a, b, c, d这四个文件内都写入了一模一样的代码：

def funca():
  	print('a.py')

当然，方法名和打印的内容都和文件同名的。

然后我们回到18.ipynb这个笔记本文件内，开始操作使用：

import packages as pa
pa.a.funca

---
AttributeError: module 'packages' has no attribute 'a'

似乎并不行，我们好像并不能引用包来直接使用。那我们怎么办呢？前面我们介绍过一个引用的方法from ... import，我们在使用包内的模块时，需要这样去引用。

from packages import a, b
a.funca()
b. funcb()

---
a.py
b.py

可以看到，这回我们引用成功了。那我们之前也学到了，在引入模块的时候，也可以直接就引用模块内的方法和变量，模块在包内也可以如此使用：

from packages.a import funca
funca()

---
a.py

那既然我们得到了这种方式来导入模块内的内容，同样的，包内层如果还存在一个包，而我们要使用子包里的模块，也是这样的导入方法：

from packages.ps import c
c.funcc()

---
c.py

看到了，同样能够正常使用。

那如果再过分点，我们要想导入c.py里的函数可以吗？试试就知道了, 再使用.多链接一层：

from packages.ps.d import funcd
funcd()

---
d.pys

呐，完全没问题。

然后我们再反过来看最开始，其实呢，我们的第一种方法直接引用包不是不可以，这需要用到我们这个包内的__init__.py文件。

__init__.py是一个包内的初始化文件，可以说，没有这个文件，这只是一个文件夹，只有有了这个文件，这才是一个包。在初始化的时候，就把包内的模块导入一次，在__init__.py中写下以下代码：

import a

然后我们再回到笔记本文件中直接导入包来使用试试：

import packages
a.funca()

---
a.py

这样就可以了。

好了，那如果这个时候我packages这个包里一大堆的模块，我不想一个个的来导入，有什么办法吗？也是有的，我们需要用到__all__这个参数，在__init__.py中将包内所有的模块名做成一个列表，然后赋值给__all__这个变量，那么我们在引入包内的模块的时候，就可以使用``*`来代表所有文件：

__init__.py文件：

__all__ = ['a', 'b']

然后进行引入：

from packages import *
b.funcb()

---
b.py

这样，我们就一次性导入了packages这个包里的所有文件。

导入方式的分类

之前我们讲的内容中，把导入的方式都过了一遍。到现在这个位置，我们应该总结一下了。

具体的导入方式，我们可以将其分为两个类别，分别是绝对导入和相对导入。那两者有什么区别呢？

绝对导入

绝对导入的方式会使用「搜索路径」去查找和导入指定的包或模块，包括以下几种方式：

• import module 导入模块

• import package 导入包

• import package.module导入包.模块

• from module import func 从模块中导入函数

• from package import module从包中导入模块

• from package.module import func 从包.模块中导入函数

关于「搜索路径」，我们先简单的理解一下就是，从当前文件夹中去找，如果找不到，就会去Python的安装环境中去寻找。

相对导入

⚠️ 相对导入智能在非主程序的模块中使用，不需要直接运行的模块文件。比如：

• from .包名/模块名 import 模块/内容
• from ..包名/模块名 import 模块/内容

.和..我们之前已经了解过了，.代表的就是当前这一级，..代表的就是上一级。

举个栗子好理解：假设我们现在去修改一下ps/c.py这个文件，在这个模块中如果需要当前包中的d模块:

from .d import funcd

注意啊，我们这个时候不要在c.py中直接运行funcd()方法，这样会导致报错：

ImportError: attempted relative import with no known parent package

那我们需要怎么运行呢？我们需要讲c.py导入到其他文件中再执行。比如我们进入到笔记本18.ipynb中导入执行。

import packages.ps.c as c
c.funcd()

---
d.py

然后让我们再在c.py中加上一段内容：

from ..a import funca

小伙伴们应该都看出来了，我是在引用c.py的上一级的a.py。

让我们再在笔记本中执行一下试试：

import packages.ps.c as c
c.funcd()
c.funca()

---
d.py
a.py

这样，在我们引入了模块c之后，我们同时也拥有了c.py引入的同级和上一级中的d.py、a.py。

搜索路径

刚才我们简单提到了一下「搜索路径」， 这里我们详细的来展开说一下。

「搜索路径」就是在导入模块或者包的时候，程序查找的路径。主要的搜索路径包含以下三部分：

• 当前导入模块的程序所在的文件

1. python的扩展目录中
2. python解释器指定的其它 第三方模块位置 /lib/sitepackages

当然，如果你像我一样，系统中安装了多个Python版本，并且使用虚拟环境。那么你的「搜索路径」就不一定是在哪里了。那么我们到底该如何查找呢？我们来看一下以下查找方法：

# 在当前脚本中查看包或者模块的搜索路径
import sys
print(sys.path)

---
['/Users/du/git/AI_Cheats/Python', '/Users/du/miniforge3/envs/glm/lib/python310.zip', '/Users/du/miniforge3/envs/glm/lib/python3.10', '/Users/du/miniforge3/envs/glm/lib/python3.10/lib-dynload', '', '/Users/du/miniforge3/envs/glm/lib/python3.10/site-packages']

我们看到找到的搜索路径被以列表的形式呈现出来。当然，我们找到搜索路径后，其实是可以向其中添加一个的。

sys.path.append('/Users/du/AI/GPT')

单入口程序

那什么是单入口程序呢？顾名思义，这种程序就只有一个入口。那单入口程序就是指整个程序都是经过一个主程序文件在运行，其它程序都封装成了包或模块。

单入口文件是作为程序直接被运行的唯一文件，其他都是作为模块或者包，被导入单入口中去执行。打个比方说，我们要去做一个ATM机的程序，我们来实现一个单入口程序。那么可能的情况如下：

ATM/
|-- main.py  # 当前程序的主入口文件，单入口文件,唯一直接运行的文件
|-- package/ # 主要程序模块包
|-- |--- __init__.py  # 包的初始化文件
|-- |--- View.py      # 视图函数模块
|-- |--- Controller.py# 控制器模块
|-- |--- Card.py      # 银行卡模块
|-- |--- User.py      # 用户模块
|-- databases/ # 数据存储文件夹
|-- |-- user.txt
|-- |-- user_id_card.txt

那么这个程序中，main就是程序的主入口文件，会被直接作为主程序运行。所以main.py文件必须使用「绝对导入」的方式。

好，那讲到这里，我们今天的内容也就结束了。不知道小伙伴们理解了多少？

本节课也不太好放练习，那我们这节课就免了。下去之后，大家去拉取我的源码好好的研究一下引入关系，然后讲包、模块的概念好好的理解透。

那小伙伴们，咱们下节课再见。