如何用Python编写模块?

随着对Python学习的深入,其优点日渐突出,让读者也感觉到Python的强大了,强大感觉之一就是“模块自信”,因为Python不仅有自带的模块(称之为标准库),还有海量的第三方模块,并且很多开发者还在不断贡献自己开发的新模块,正是有了这么强大的“模块自信”,Python才被很多人钟爱。并且这种方式也正在不断被其他更多语言所借鉴,几乎成为普世行为了(不知道Python是不是首倡者)。

“模块自信”的本质是:开放。

Python不是一个封闭的体系,而是一个开放系统。开放系统的最大好处就是避免了“熵增”。

熵的概念是由德国物理学家克劳修斯于1865年所提出,是一种测量在动力学方面不能做功的能量总数,也就是当总体的熵增加,其做功能力也下降,熵的量度正是能量退化的指标。

熵亦被用于计算一个系统中的失序现象,也就是计算该系统混乱的程度。

根据熵的统计学定义,热力学第二定律说明一个孤立系统倾向于增加混乱程度。换句话说就是对于封闭系统而言,会越来越趋向于无序化。反过来,开放系统则能避免无序化。

编写模块

想必读者已经熟悉了import语句,曾经有这样一个例子:

这里的math(是Python标准库之一,我们要逐渐理解模块、库之类的术语。)就是一个模块,用import引入这个模块,然后可以使用模块里面的函数,比如pow()函数。显然,这里是不需要自己动手写具体函数的,我们的任务就是拿过来使用。这就是模块的好处:拿过来就用,不用自己重写。

1. 模块是程序

“模块是程序”一语道破了模块的本质,它就是一个扩展名为.py的Python程序。

我们能够在应该使用它的时候将它引用过来,节省精力,不需要重写雷同的代码。

但是,如果我自己写一个.py文件,是不是就能作为模块import过来呢?还不那么简单。必须得让Python解释器能够找到你写的模块。比如,在某个目录中,我写了这样一个文件:

并把它命名为pm.py,那么这个文件就可以作为一个模块被引入。不过由于这个模块是我自己写的,Python解释器并不知道,得先告诉它我写了这样一个文件。

用这种方式告诉Python解释器,我写的那个文件在哪里。在这个方法中,也用了模块import sys,不过由于sys是Python标准库之一,所以不用特别告诉Python解释器其位置。

上面那个一长串的地址是Ubuntu系统的地址格式,如果读者使用的是Windows系统,请写你所保存的文件路径。

在pm.py文件中有一个赋值语句,即lang = "python",现在将pm.py作为模块引入(注意作为模块引入的时候不带扩展名),就可以通过“模块名字”+“.”+“属性或方法名称”来访问pm.py中的东西。当然,如果要访问不存在的属性,肯定是要报错的。

请读者回到pm.py文件的存储目录,查看一下是不是多了一个扩展名是.pyc的文件?

解释器,英文是:interpreter,在Python中,它的作用就是将.py的文件转化为.pyc文件,而.pyc文件是由字节码(bytecode)构成的,然后计算机执行.pyc文件。

很多人喜欢将这个世界简化再简化,比如编程语言就分为解释型和编译型,不但如此,还将两种类型的语言分别贴上运行效率高低的标签,解释型的运行速度就慢,编译型的运行速度就快。一般人都把Python看成是解释型的,于是就得出它运行速度慢的结论。不少人都因此上当受骗了,认为Python不值得学,或者做不了什么“大事”。这就是将本来复杂的、多样化的世界非得划分为“黑白”的结果,喜欢用“非此即彼”的思维方式考虑问题。

世界是复杂的,“敌人的敌人就是朋友”是幼稚的,“一分为二”是机械的。

如同刚才看到的那个.pyc文件一样,当Python解释器读取了.py文件,先将它变成由字节码组成的.pyc文件,然后这个.pyc文件交给一个叫作Python虚拟机的东西去运行(那些号称编译型的语言也是这个流程,不同的是它们先有一个明显的编译过程,编译好了之后再运行)。如果.py文件修改了,Python解释器会重新编译,只是这个编译过程不全显示给你看。

有了.pyc文件后,每次运行就不需要重新让解释器来编译.py文件了,除非.py文件修改了。这样,Python运行的就是那个编译好了的.pyc文件。

是否还记得前面写有关程序然后执行时常常要用到if __name__ == "__main__",那时我们直接用“python filename.py”的格式来运行该文件,此时我们也同样有了.py文件,不过是作为模块引入的。这就得深入探究一下,同样是.py文件,它怎么知道是被当作程序执行还是被当作模块引入?

为了便于比较,将pm.py文件进行改造。

沿用先前的做法:

如果将这个程序作为模块,导入,会是这样的:

查看模块属性和方法,可以使用dir()。

同样一个.py文件,可以把它当作程序来执行,也可以将它作为模块引入。

如果要作为程序执行,则__name__ == "__main__";如果作为模块引入,则pm.__name__ == "pm",即变量__name__的值是模块名称。

用这种方式就可以区分是执行程序还是作为模块引入了。

在一般情况下,如果仅仅是用作模块引入,不必写if __name__ == "__main__"。

2. 模块的位置

为了让我们自己写的模块能够被Python解释器知道,需要用sys.path.append("~/Documents/ VBS/StarterLearningPython/2code/pm.py")。其实,在Python中,所有模块都被加入到了sys.path里面。用下面的方法可以看到模块所在位置:

从中也发现了我自己写的那个文件。

凡在上面列表所包括位置内的.py文件都可以作为模块引入。不妨举个例子,把前面自己编写的pm.py文件修改为pmlib.py,然后复制到'/usr/lib/python2.7/dist-packages中。(这是以Ubuntu为例说明,如果是其他操作系统,读者用类似方法也能找到。)

文件放到了指定位置。看下面的:

将模块文件放到指定位置是一种不错的方法,但感觉此法受到了拘束,程序员都喜欢自由,能不能放到别处呢?

当然能,用sys.path.append()就是不管把文件放在哪里,都可以把其位置告诉Python解释器。虽然这种方法在前面用了,但其实是很不常用的,因为它也有麻烦的地方,比如在交互模式下,如果关闭了,再开启,还得重新告知。

比较常用的方法是设置PYTHONPATH环境变量。

环境变量,不同的操作系统设置方法略有差异。读者可以根据自己的操作系统,到网上搜索设置方法。

以Ubuntu为例,建立一个Python的目录,然后将我自己写的.py文件放到这里,并设置环境变量。

然后将这个目录~/python,即/home/qw/python设置环境变量。

要用root权限,在打开的文件最后增加export PATH = /home/qw/python:$PATH,然后保存退出即可。

注意,我是在~/python目录下输入Python,然后进入到交互模式:

如此,就完成了告知过程。

3. __all__在模块中的作用

上面的模块虽然比较简单,但是已经显示了编写模块,以及在程序中导入模块的基本方式。在实践中,所编写的模块也许更复杂一点,比如,有这么一个模块,其文件命名为pp.py

接下来就是熟悉的操作了,进入到交互模式中。pp.py这个文件就是一个模块,该模块中包含了变量和函数。

变量public_variable能够被使用,但是另外一个变量_private_variable不能被调用,先观察一下两者的区别,后者是以单下画线开头的,这样的是私有变量。而from pp import *的含义是“希望能访问模块(pp)中有权限访问的全部名称”,那些被视为私有的变量或者函数或者类,当然就没有权限被访问了。

再如:

这不是绝对的,但如果要访问具有私有性质的东西,可以这样做。

下面再对pp.py文件进行改写,增加一些东西。

在修改之后的pp.py中,增加了__all__变量以及相应的值,在列表中包含了一个私有变量的名字和一个函数的名字。这是在告诉引用本模块的解释器,这两个东西是有权限被访问的,而且只有这两个东西。

果然,曾经不能被访问的私有变量,现在能够访问了。

因为这个变量没有在__all__的值中,虽然以前曾经被访问到过,但是现在就不行了。

这只不过是再次说明前面的结论罢了。当然,如果以import pp引入模块,再用pp._private_teacher的方式是一样有效的。

4. 包和库

顾名思义,包和库都是比“模块”大的。一般来讲,一个“包”里面会有多个模块,当然,“库”是一个更大的概念了,比如Python标准库中的每个库都有好多个包,每个包都有若干个模块。

一个包由多个模块组成,即有多个.py的文件,那么这个所谓的“包”就是我们熟悉的一个目录罢了。现在需要解决如何引用某个目录中的模块问题。解决方法就是在该目录中放一个__init__.py文件。__init__.py是一个空文件,将它放在某个目录中,就可以将该目录中的其他.py文件作为模块被引用。

例如,建立一个目录,名曰:package_qi,里面依次放了pm.py和pp.py两个文件,然后建立一个空文件__init__.py

接下来,需要导入这个包(package_qi)中的模块。

下面这种方法很清晰明了。

下面这种方法,貌似简短,但如果多了,恐怕难以分辨。

在后续制作网站的实战中,还会经常用到这种方式,届时会了解更多。请保持兴趣继续阅读,不要半途而废,不然疑惑得不到解决,好东西就看不到了。

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