Python基础：模块、包与文件操作详解

一、 模块

1、模块的概念

模块构成了 Python 程序架构的核心基础。

• 任何以 .py 为扩展名的 Python 源代码文件，均可视为一个独立的模块。
• 模块的名称本质上是一个标识符，必须严格遵循 Python 的标识符命名规范。
• 在模块内部定义的全局变量、函数以及类，均作为外部可直接调用的资源接口。
• 可以将模块理解为一种“工具库”，使用其中的功能前，必须先执行导入操作。

2、模块的两种导入方式

（1）使用 import 语句

import 模块名1, 模块名2 

建议：每次导入模块时，应单独占用一行代码。

import 模块名1
import 模块名2 

导入操作完成后：

• 通过“模块名.”的语法格式，调用模块暴露的全局变量、函数或类。
• 也可使用 as 关键字为模块指定别名，以简化调用。

import 模块名1 as 模块别名
注意：模块别名 应该符合 大驼峰命名法

（2）使用 From…import 语句

• 若仅需从特定模块中引入部分功能，可采用 from ... import 语法。
• import 模块名 会一次性加载该模块的所有功能，并通过“模块名/别名.”进行访问。

# 从 模块 导入 某一个工具
from 模块名1 import 工具名

导入完成后：

• 无需再使用“模块名.”前缀。
• 可直接调用模块提供的全局变量、函数或类。

注意

若两个被导入的模块包含同名函数，后导入的函数将覆盖先导入的函数定义。

开发规范建议将所有 import 语句统一置于代码顶部，以便快速识别潜在冲突。

若发现命名冲突，可使用 as 关键字为其中一个工具定义别名以解决。

（3）from…import * 语句

# 从 模块 导入 所有工具
from 模块名1 import *

注意

不推荐使用此方式，因函数重名时不会发出警告，导致问题排查困难。

3、模块的搜索顺序[扩展]

Python 解释器在导入模块时，遵循以下查找逻辑：

• 首先搜索当前目录中指定模块名的文件，若存在则直接导入。
• 若当前目录未找到，则继续搜索系统预设的模块目录。
• 开发时，应避免将自定义文件命名为与系统内置模块相同的名称。

每个 Python 模块均内置有 __file__ 属性，用于查看该模块的完整加载路径。

示例
import random
# 生成一个 0～10 的数字
rand = random.randint(0, 10)
print(rand)

注意：

• 若当前目录下存在名为 random.py 的文件，程序执行将异常。
• 此时 Python 解释器会优先加载当前目录下的 random.py，而忽略系统内置的 random 模块。

4. __name__ 属性

在实际开发中，模块通常由专人独立编写，模块末尾常包含用于测试的代码。这些代码仅在模块内部运行时有效，导入其他文件时不应执行。

• __name__ 属性可实现测试代码仅在本地运行，而在被导入时不执行的效果。
• __name__ 是 Python 的内置属性，记录着一个字符串值。
• 若模块被其他文件导入，__name__ 的值即为模块名。
• 若模块是当前执行的入口程序，__name__ 的值为 __main__。

在多数 Python 文件中，可见如下标准代码结构：

# 导入模块
# 定义全局变量
# 定义类
# 定义函数

# 在代码的最下方
def main():
    # ...
    pass

# 根据 __name__ 判断是否执行下方代码
if __name__ == "__main__":
    main()

二、包

1、概念

• 包是一种包含多个模块的特殊目录结构。
• 包目录下必须包含一个特殊文件 __init__.py。
• 包的命名规则与变量名一致，采用小写字母加下划线。
• 使用 import 包名 可一次性导入包内所有模块。

2、案例演练

• 创建一个名为 hm_message 的包。
• 在该目录下新建两个文件：send_message 和 receive_message。
• 在 send_message 文件中定义一个 send 函数。
• 在 receive_message 文件中定义一个 receive 函数。
• 在外部直接导入 hm_message 包。

若需从外界访问包内的模块，必须在 __init__.py 中明确指定对外提供的模块列表。

# 从 当前目录 导入 模块列表
from . import send_message
from . import receive_message

三、发布模块（了解）

若希望将自己开发的模块分享给他人，可遵循以下步骤操作。

1、 制作发布压缩包步骤

（1）创建 setup.py 文件。

from distutils.core import setup

setup(name="hm_message",  # 包名
      version="1.0",  # 版本
      description="itheima's 发送和接收消息模块",  # 描述信息
      long_description="完整的发送和接收消息模块",  # 完整描述信息
      author="itheima",  # 作者
      author_email="itheima@itheima.com",  # 作者邮箱
      url="www.itheima.com",  # 主页
      py_modules=["hm_message.send_message",
                  "hm_message.receive_message"])

（2）构建模块。

$ python3 setup.py build
3) 生成发布压缩包
$ python3 setup.py sdist

注意：构建哪个版本的模块，必须使用对应版本的解释器执行！

2、安装模块

$ tar -zxvf hm_message-1.0.tar.gz 

$ sudo python3 setup.py install

卸载模块

直接从安装目录中删除该模块所在的文件夹即可实现卸载。

$ cd /usr/local/lib/python3.5/dist-packages/
$ sudo rm -r hm_message*

3、pip 安装第三方模块

• 第三方模块通常指由知名第三方团队开发并被广泛使用的 Python 包或模块。
• 例如 pygame 是一套成熟的游戏开发模块。
• pip 是现代通用的 Python 包管理工具。
• 它提供了对 Python 包的查找、下载、安装及卸载等功能。

安装和卸载命令如下：

# 将模块安装到 Python 2.x 环境
$ sudo pip install pygame
$ sudo pip uninstall pygame

# 将模块安装到 Python 3.x 环境
$ sudo pip3 install pygame
$ sudo pip3 uninstall pygame
在 Mac 下安装 iPython
$ sudo pip install ipython
在 Linux 下安装 iPython
$ sudo apt install ipython
$ sudo apt install ipython3

四、文件

1、文件的基本操作

（1）操作文件的通用流程

在计算机中操作文件遵循固定套路，共包含三个步骤：

第一步：打开文件。

• 第二步：读、写文件。
• 读：将文件内容载入内存。
• 写：将内存中的数据写入文件。

第三步：关闭文件。

（2）操作文件的函数/方法

在 Python 中操作文件需掌握 1 个函数和 3 个方法。

• open 函数负责打开文件，并返回文件对象。
• read/write/close 三个方法均需通过文件对象进行调用。

（3）read 方法 —— 读取文件

open 函数的第一个参数为文件名（区分大小写）；若文件存在，返回文件操作对象；若不存在，则抛出异常。read 方法可一次性读取并返回文件的全部内容。close 方法负责关闭文件（若忘记关闭，会导致系统资源消耗，并影响后续文件访问）。

注意：read 方法执行后，文件指针将移动至文件末尾。

# 1. 打开 - 文件名需要注意大小写
file = open("README")

# 2. 读取
text = file.read()
print(text)

# 3. 关闭
file.close()

提示
在开发中，通常会先编写 打开 和 关闭 的代码，再编写中间针对文件的 读/写 操作！

（4）文件指针（了解）

• 文件指针标记从何处开始读取数据。
• 首次打开文件时，文件指针通常指向文件起始位置。
• 执行 read 方法后，文件指针将移动至读取内容的末尾。
• 默认情况下，指针会移动至文件末尾。

思考

如果执行了一次 read 方法，读取了所有内容，那么再次调用 read 方法，还能够获得到内容吗？

答案

不能 第一次读取之后，文件指针移动到了文件末尾，再次调用不会读取到任何的内容

（5）打开文件的方式

open 函数默认以只读方式打开文件，并返回文件对象。

语法如下：

f = open("文件名", "访问方式")

提示

频繁移动文件指针会影响读写效率，开发中更多采用只读或只写模式操作文件。写入文件示例

# 打开文件
f = open("README", "w")

f.write("hello python！\n")
f.write("今天天气真好")

# 关闭文件
f.close()

（6） 按行读取文件内容

• read 方法默认将文件所有内容一次性读取至内存。
• 若文件过大，将对内存造成严重占用。
• readline 方法可一次读取一行内容。
• 该方法执行后，文件指针将移动至下一行，准备再次读取。
• 读取大文件的正确姿势

# 打开文件
file = open("README")

while True:
    # 读取一行内容
    text = file.readline()

    # 判断是否读到内容
    if not text:
        break

    # 每读取一行的末尾已经有了一个 `\n`
    print(text, end="")

# 关闭文件
file.close()

（7） 文件读写案例 —— 复制文件

目标

通过代码实现文件复制过程。

小文件复制

打开已有文件，读取完整内容，并写入至另一个文件。

# 1. 打开文件
file_read = open("README")
file_write = open("README[复件]", "w")

# 2. 读取并写入文件
text = file_read.read()
file_write.write(text)

# 3. 关闭文件
file_read.close()
file_write.close()

大文件复制

打开已有文件，逐行读取内容，并顺序写入至另一个文件。

# 1. 打开文件
file_read = open("README")
file_write = open("README[复件]", "w")

# 2. 读取并写入文件
while True:
    # 每次读取一行
    text = file_read.readline()

    # 判断是否读取到内容
    if not text:
        break

    file_write.write(text)

# 3. 关闭文件
file_read.close()
file_write.close()

2、文件/目录的常用管理操作

• 在终端或文件浏览器中，可执行常规的文件/目录管理操作，例如：
• 创建、重命名、删除、改变路径、查看目录内容等。
• 在 Python 中，若希望通过程序实现上述功能，需导入 os 模块。

文件操作

目录操作

提示：文件或者目录操作均支持相对路径和绝对路径。

3、Python 2.x 中如何使用中文

在 Python 2.x 文件的第一行添加以下代码，解释器将以 utf-8 编码处理 Python 文件。

# *-* coding:utf8 *-*

此为官方推荐的使用方式！

也可使用

# coding=utf8

unicode 字符串

• 在 Python 2.x 中，即使指定了文件使用 UTF-8 编码格式，遍历字符串时仍以字节为单位进行。
• 要正确遍历字符串，定义字符串时需在引号前增加小写字母 u，告知解释器这是一个 unicode 字符串（使用 UTF-8 编码格式）。

# *-* coding:utf8 *-*

# 在字符串前，增加一个 `u` 表示这个字符串是一个 utf8 字符串
hello_str = u"你好世界"

print(hello_str)

for c in hello_str:
    print(c)

五、命名空间和作用域

变量是拥有匹配对象的名字（标识符）。命名空间是一个包含变量名称（键）及其对应对象（值）的字典。

Python 表达式可访问局部命名空间和全局命名空间中的变量。若局部变量与全局变量重名，局部变量将覆盖全局变量。

• 每个函数拥有独立的命名空间。类的方法作用域规则与常规函数相同。
• Python 会智能推断变量是局部还是全局，默认假设函数内赋值的变量为局部变量。

因此，若要在函数内给全局变量赋值，必须使用 global 语句。

#!/usr/bin/python
# -*- coding: UTF-8 -*-
 
Money = 2000
def AddMoney():
   # 想改正代码就取消以下注释:
   # global Money
   Money = Money + 1
 
print Money
AddMoney()
print Money

1、dir()函数

dir() 函数返回一个排序后的字符串列表，内容为模块中定义的名字。

返回的列表包含模块中定义的所有模块、变量和函数。如下为一个简单实例：

#!/usr/bin/python
# -*- coding: UTF-8 -*-
 
# 导入内置math模块
import math
 
content = dir(math)
 
print content;

以上实例输出结果：

['__doc__', '__file__', '__name__', 'acos', 'asin', 'atan', 'atan2', 'ceil', 'cos', 'cosh', 'degrees', 'e', 'exp', 'fabs', 'floor', 'fmod', 'frexp', 'hypot', 'ldexp', 'log', 'log10', 'modf', 'pi', 'pow', 'radians', 'sin', 'sinh', 'sqrt', 'tan', 'tanh']

在此，特殊字符串变量 __name__ 指向模块名，__file__ 指向该模块的导入文件名。

2、globals()和locals()函数

• 根据调用位置的不同，**globals()和locals()** 函数可用于返回全局和局部命名空间中的名字。
• 若在函数内部调用 locals()，返回的是该函数内可访问的所有命名。
• 若在函数内部调用 globals()，返回的是该函数内可访问的所有全局名字。
• 两个函数的返回类型均为字典，因此可用 keys() 函数提取名字。

3、reload()函数

当一个模块被导入脚本时，模块顶层代码仅执行一次。

因此，若想重新执行模块顶层代码，可使用 reload() 函数。该函数会重新导入之前已导入的模块。语法如下：

reload(module_name)

此处，module_name 需直接放置模块名，而非字符串形式。例如想重载 hello 模块，如下：

reload(hello)

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