Python-模块和包

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一、模块的概念

1. 什么是模块？

模块（Module）是一个包含Python 定义和语句的文件，文件名以.py为后缀。简单来说，模块就是将 Python 代码按功能拆分到不同文件中，实现代码的模块化、复用性和可维护性。
例如：创建一个名为math_tools.py的文件，里面写了加法、乘法等数学工具函数，这个文件就是一个模块。

2. 模块的作用

• 代码复用：写好的模块可以在多个项目中直接导入使用，无需重复编写。
• 功能拆分：将复杂程序拆分为多个模块，每个模块负责一个具体功能，降低开发难度。
• 避免命名冲突：不同模块中的函数 / 变量可以重名，通过模块名区分，避免冲突。

3. 模块的类型

• 内置模块：Python 自带的模块（如math、json、os），无需安装可直接导入。
• 自定义模块：开发者自己编写的.py文件。
• 第三方模块：需要通过pip安装的模块（如requests、numpy）。

二、模块的导入

Python 提供多种导入模块的方式，可根据需求选择合适的方法。

1. 基本导入（import 模块名）

直接导入整个模块，使用模块中的内容时需加模块名.前缀。

# 导入内置模块math
import math# 使用模块中的函数/属性
print(math.pi)  # 访问模块属性（圆周率）
print(math.sqrt(16))  # 调用模块函数（开平方）

2. 导入模块并起别名（import 模块名 as 别名）

当模块名较长时，可给模块起简短别名，简化使用。

# 给numpy模块起别名np（行业常用写法）
import numpy as nparr = np.array([1, 2, 3])  # 使用别名调用模块功能
print(arr)

3. 导入模块中的指定内容（from 模块名 import 内容）

只导入模块中需要的函数、变量等，无需加模块名前缀。

# 从math模块中只导入pi和sqrt
from math import pi, sqrtprint(pi)  # 直接使用，无需math.前缀
print(sqrt(25))

4. 导入模块中所有内容（不推荐）

使用*导入模块中所有公开内容（以非下划线_开头的内容），可能导致命名冲突。

# 导入math模块所有内容
from math import *print(sin(pi/2))  # 直接使用sin函数
print(cos(pi))

注意：除非明确知道模块内容且无命名冲突，否则不建议使用这种方式。

三、模块查找的顺序

当使用import导入模块时，Python 会按以下顺序查找模块文件，找到第一个匹配的模块后停止：

1. 当前执行脚本所在目录（即运行 Python 程序时的工作目录）
2. Python 的内置模块目录（存放math、os等内置模块的位置）
3. 环境变量PYTHONPATH指定的目录（可通过sys.path查看）
4. Python 安装时默认的第三方模块目录（如site-packages文件夹，存放pip安装的模块）

查看模块查找路径
可通过sys模块的path属性查看具体的查找路径：

import sys# 打印模块查找路径列表
for path in sys.path:print(path)

常见问题：模块找不到（ModuleNotFoundError）
若出现该错误，可能原因及解决方法：

• 模块文件不在当前工作目录：将模块文件移到当前目录，或把模块所在目录添加到sys.path。
• 模块名拼写错误：检查模块名是否正确（区分大小写）。
• 第三方模块未安装：通过pip install 模块名安装。

四、__name__的作用

__name__是 Python 中每个模块都有的内置变量，用于标识模块的 “身份”，其值取决于模块的运行方式。

1. __name__的两种取值

当模块作为主程序运行时（直接执行该.py文件），__name__的值为"__main__"。
当模块被导入时（在其他文件中import该模块），__name__的值为模块的文件名（不含.py后缀）。

2. 实际应用：模块的 “自测” 功能

利用__name__的特性，可以在模块中编写 “自测代码”—— 只有当模块直接运行时，自测代码才执行；当模块被导入时，自测代码不执行。
示例（模块文件：calc.py）：

# 定义一个加法函数
def add(a, b):return a + b# 自测代码
if __name__ == "__main__":# 只有直接运行calc.py时，以下代码才执行test1 = add(2, 3)test2 = add(5, 7)print(f"2+3={test1}（预期5）")print(f"5+7={test2}（预期12）")

直接运行calc.py：__name__为"__main__“，执行自测代码，输出测试结果。
在其他文件中import calc：__name__为"calc”，自测代码不执行，仅导入add函数。

五、包的概念

1. 什么是包？

包（Package）是多个相关模块的集合，本质是一个包含__init__.py文件的文件夹。通过包可以将功能关联的模块组织在一起，实现更高级的代码分层和管理（类似文件夹整理文件）。
例如：一个名为my_package的包结构如下：
my_package/ # 包文件夹
├── init.py # 包的初始化文件（必需）
├── module1.py # 模块1
├── module2.py # 模块2
└── sub_package/ # 子包
├── init.py
└── module3.py # 子包中的模块

2. init.py 文件的作用

标识该文件夹是一个 Python 包（Python 3.3 + 后可省略，但为了兼容性建议保留）。
初始化包：在导入包或包内模块时，会自动执行__init__.py中的代码。
简化导入：可以在__init__.py中指定 “对外暴露” 的模块 / 函数，方便外部导入。
示例（my_package/__init__.py）：

# 从包内模块中导入指定内容，方便外部直接导入
from .module1 import add
from .module2 import multiply# 定义包的版本等信息
__version__ = "1.0.0"

3. 包的导入方式

（1）导入包内的模块

# 方式1：import 包名.模块名
import my_package.module1print(my_package.module1.add(1, 2))

# 方式2：起别名
import my_package.module1 as m1print(m1.add(3, 4))

# 方式3：from 包名 import 模块名
from my_package import module2print(module2.multiply(2, 5))

（2）导入包内模块的指定内容

# 从包的模块中导入函数
from my_package.module1 import addprint(add(5, 6))

# 从子包中导入模块
from my_package.sub_package import module3

（3）通过__init__.py 简化导入
由于在__init__.py中导入了add和multiply，可以直接从包中导入这些内容：

from my_package import add, multiplyprint(add(10, 20))
print(multiply(3, 4))

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总结

• 模块：单个.py文件，实现代码复用和功能拆分。
• 导入方式：import 模块名、from 模块名 import 内容等，按需选择。
• 查找顺序：当前目录 → 内置模块目录 → PYTHONPATH → 第三方模块目录。
• name：区分模块运行方式，实现模块自测。
• 包：含__init__.py的文件夹，用于组织多个相关模块，支持分层管理。

合理使用模块和包，是编写大型 Python 项目的基础，能显著提升代码的可读性和可维护性。