Python学习入门(17)—模块(一)

(本号正在连续推出以Python官网文档为主线的系统学习Python的系列文章或视频，感兴趣的朋友们欢迎点击关注。在这里学习Python事半功倍！本文及后续文章如无特别声明均以Windows平台作为演示平台，Python版本为：3.8.1）

之前的文章中我们一直使用交互方式进行演示，但当退出Python解释器再次进入后会发现之前所有的定义全部丢失了。因此除非有交互需求或执行简短的临时性操作，在实际中更多使用的脚步运行方式（这种运行方式在之前的文中已经介绍过，参阅Python学习入门(7)—开始编程)。在实际程序开发中，随着程序变得越来越长，为了更好的维护性，需要将较长的脚本文件分成较小的几个文件，并且为了提高开发效率需要复用这些文件中的定义。为了支持这一点，Python提供了一种在一个脚本文件中定义在其他脚本或解释器的交互式模式中使用这些定义的方法。这样的包含定义的脚本文件称为模块，模块中的定义可以导入到其他模块或主模块中(在顶层执行的脚本和计算器模式中可以访问的变量集合)。

模块的创建

创建模块其实就是创建一个扩展名为.py的脚本文件，其中包含需要作的定义(变量定义，函数定义，类定义等)。可以使用任何文本编辑器编辑此脚本文件，由于Python解释器默认是按UTF-8的编码格式解析脚本文件的，建议大家将脚本文件保存为UTF-8编码格式。如果脚本文件不是使用的UTF-8编码格式，则需要在文件开始处作形如# -*- coding: encoding -*-的声明，其中encoding表示所使用的编码格式。示例如下：

【注】在实例中创建了模块fib.py并在其中定义了两个函数fib1和fib2，分别用于输出和返回Fibonacci数列。除此之外，还在末尾增加了if语句块，这段代码在模块作为脚本运行时才会被执行。

模块的导入及使用

在Python中必须使用import命令先导入模块后才能使用。import命令有以下几种形式：

• importm [as mm] 导入模块m，指定导入后的名字为mm。其中指定导入模块的别名是可选的。
• from m importf1 [asff1]，[f2 [as ff2]] 从模块中导入f1和f2，分别指定导入后名字为ff1和ff2。从模块中可以导入多个名字，其中指定导入模块的别名是可选的。
• from m import* 从模块中导入除以下划线_开始的所有名字。注意：一般来说，从模块或包中导入*的做法不是一种好的做法，因为它通常会导致代码的可读性变差。但是，在交互运行模式中使用它来减少输入工作量还是可行的。

直接包含在模块中的可执行语句，在模块导入时会被执行，如示例模块中的print("这是定义了Fibonacci数列函数的模块")语句。实际开发中一般使用这样的语句来执行模块初始化工作。

示例如下：

【注】为了提高效率，每个模块在每个解释器会话中只导入一次。因此，如果模块发生了改变，就必须重新启动解释器后重新导入该模块，或者如果只是一个模块你想要交互测试，可使用import importlib;importlib.reload (modulename)命令来重新导入（不需要重启解释器）。

模块作为脚本运行

如果模块中有if __name__=="__main__":语句块，则以脚本形式运行模块时会执行该语句块中语句。而导入模块时这些语句是不被执行的。示例如下：

【注】模块中使用if __name__=="__main__":语句块通常用于为模块提供方便的用户界面，或者用于测试目的(将模块作为脚本运行以执行测试套件)。

模块的搜索路径

当导入名为fib的模块时，解释器首先搜索具有该名称的内置模块。如果没有找到，它将在变量sys.path提供的目录列表中搜索名为fib.py的文件，如果没搜索到则报错。sys.path是由下面的位置初始化的：

包含输入脚本的目录(或未指定文件时的当前目录)。环境变量PYTHONPATH。该环境变量包含以；分割的目录名，语法与环境变量PATH相同。安装时设置的默认值。值得注意的是：初始化之后，Python会修改sys.path，将正在运行的脚本的目录置于搜索路径的开头（在标准库路径之前）。这意味着当加载某一模块时该目录中模块会优先于库目录中的同名模块。如果这不是想要的，就会产生难以调试的错误。

【注】在支持符号链接的文件系统中，脚本所在的包含符号链接的目录会被转换成实际目录后才会添加到模块搜索路径中。

已编译的Python文件

为了提升加载模块的速度，Python在目录_pycache__下将每个模块缓存为名为moduleName.version.pyc形式的编译文件，其中，moduleName为模块名，version为已编译文件的格式，通常为Python编译器名-版本号的形式。例如，在CPython 3.3版本中，m.py的已编译版本将被缓存为名为_pycache__/m.cpython-33.pyc的文件。这种命名约定允许来自不同版本的已编译模块一起共存。

Python通过对比已编译模块文件和源文件的修改日期来决定已编译模块文件是否已经过期，如果已编译模块文件的修改日期较早说明已过期需要重新编译。这是一个完全自动的过程。此外，已编译模块是平台独立的，因此可以在具有不同体系结构的系统之间共享相同的库。

Python在两种情况下不检查缓存。首先，对于直接从命令行加载的模块它总是重新编译并且不存储结果。其次，如果没有源模块，它不会检查缓存。要支持非源(仅编译)发行版，已编译模块必须位于源目录中，且不能有源模块。

在运行Python命令时如果使用了-O或-OO开关则可以减少已编译模块的大小。使用-O开关会删除assert语句，使用-OO开关会同时删除assert语句和_doc__字符串。由于一些程序可能依赖于这些功能，所以在确定不需要这些功能时再使用这些选项。优化了的模块会有一个opt标签，并且通常占用比较小的空间。未来的版本可能会改变优化的效果。

需要说明的是：从.pyc文件中读取程序并不比从.py文件中读取快，.pyc文件唯一的优势是加载速度较快。

如果需要为某个目录下的所有模块创建已编译模块（.pyc文件），则可以使用compileall模块提供的方法。具体使用方法在后续文章中会介绍。

[关于"模块"部分的内容本篇未完，下篇将继续讲解]

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