Python 模块

category: 编程语言

Python 模块全面指南

模块(Module)是Python代码组织的基本单元，允许你将相关的代码组织到一个文件中，便于重用和维护。

1. 模块基础

什么是模块？

• 一个包含Python定义和语句的.py文件
• 模块名就是文件名去掉.py后缀
• 可以包含函数、类、变量和可执行代码

创建模块示例

创建一个名为mymodule.py的文件：

# mymodule.py
def greet(name):
    return f"Hello, {name}!"

PI = 3.14159

class Calculator:
    def add(self, a, b):
        return a + b

2. 模块导入方式

基本导入

# 导入整个模块
import mymodule

print(mymodule.greet("Alice"))  # 使用模块名前缀
print(mymodule.PI)

calc = mymodule.Calculator()

从模块导入特定内容

from mymodule import greet, PI

print(greet("Bob"))  # 直接使用，无需模块名前缀
print(PI)

导入所有内容（不推荐）

from mymodule import *  # 导入所有非下划线开头的名称

print(greet("Charlie"))
print(PI)

给模块或导入内容起别名

import mymodule as mm
from mymodule import greet as hello

print(mm.PI)
print(hello("Dave"))

3. 模块搜索路径

Python解释器按以下顺序查找模块：

1. 当前目录
2. PYTHONPATH环境变量指定的目录
3. Python安装目录的标准库
4. 第三方库目录(site-packages)

查看模块搜索路径：

import sys
print(sys.path)

4. 标准库模块示例

Python内置了大量有用的标准库模块：

math - 数学运算

import math

print(math.sqrt(16))  # 4.0
print(math.pi)        # 3.141592653589793

os - 操作系统接口

import os

print(os.getcwd())  # 获取当前工作目录
os.mkdir("new_dir") # 创建目录

datetime - 日期时间

from datetime import datetime

now = datetime.now()
print(now.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S"))

random - 随机数

import random

print(random.randint(1, 10))  # 1到10的随机整数
print(random.choice(["a", "b", "c"]))

5. 模块的特殊变量

每个模块都有一些内置的特殊变量：

__name__

• 当模块被直接运行时，值为"__main__"
• 当模块被导入时，值为模块名

# mymodule.py
if __name__ == "__main__":
    print("模块被直接运行")
else:
    print("模块被导入")

__file__

print(__file__)  # 当前模块的文件路径

6. 包(Package)

包是包含多个模块的目录，必须有__init__.py文件：

my_package/
├── __init__.py
├── module1.py
└── module2.py

导入包中的模块

from my_package import module1
import my_package.module2

__init__.py文件

• 可以是空文件
• 可以包含初始化代码
• 可以定义__all__列表控制from package import *的行为

7. 第三方模块安装

使用pip安装第三方模块：

pip install requests numpy pandas

然后在Python中使用：

import requests
import numpy as np
import pandas as pd

8. 模块重载

默认情况下，模块只导入一次。要重新加载模块：

import importlib
import mymodule

importlib.reload(mymodule)  # 重新加载模块

9. 模块最佳实践

1. 模块命名：使用小写字母和下划线，如my_module.py
2. 导入顺序：按标准库、第三方库、本地模块分组
3. 避免循环导入：模块A导入模块B，模块B又导入模块A
4. 文档字符串：为模块和重要函数添加文档
5. 测试代码：使用if __name__ == "__main__":包含测试代码

10. 实际应用示例

创建自定义工具模块

# utils.py
"""常用工具函数集合"""

import os
from datetime import datetime

def get_file_size(filepath):
    """返回文件大小(字节)"""
    return os.path.getsize(filepath)

def format_timestamp(timestamp):
    """格式化时间戳为可读字符串"""
    return datetime.fromtimestamp(timestamp).strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")

if __name__ == "__main__":
    # 测试代码
    print(get_file_size(__file__))
    print(format_timestamp(1625097600))

使用自定义模块

from utils import get_file_size, format_timestamp

print(f"当前文件大小: {get_file_size(__file__)}字节")
print(f"格式化时间: {format_timestamp(1625097600)}")

11. 常见问题

1. 模块找不到(ModuleNotFoundError)

   • 确保模块在搜索路径中
   • 检查文件名和拼写
   • 确保目录有__init__.py(对于包)

2. 循环导入

   • 重构代码消除循环依赖
   • 将导入移到函数内部

3. 名称冲突

   • 避免与标准库同名
   • 使用明确的命名

4. 导入性能

   • 导入是相对昂贵的操作
   • 将不常用的导入放在函数内部

总结

Python模块系统提供了强大的代码组织能力：

掌握模块和包的使用是Python开发的重要基础，能够帮助你构建更大型、更可维护的应用程序。