Python中Package导入机制与模块访问详解

Python Package与Module的基本概念

在Python中，Package是组织代码的有效方式。Module通常对应单个文件，可通过import语句导入；而Package则对应一个目录结构。接下来我们将探讨多层嵌套目录下的导入方式。

>>> import collections,socket
>>> print(collections.__path__)
['/anaconda3/envs/py38/lib/python3.8/collections']
>>> print(socket.__path__)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: module 'socket' has no attribute '__path__'

以Python标准库为例，collections是一个Package（目录结构），而socket是一个Module（单个文件）。两者的关键区别在于Package具有__path__属性，可通过__path__访问存放Python文件的目录路径，而普通Module不具备此属性。

Python Package的两种类型

Python中主要存在两种Package类型：Regular Package（常规包）和Namespace Package（命名空间包）。

Regular Package是最常见的包形式。

Regular Package结构与__init__.py作用

首先分析Regular Package的结构。

main.py
pkg1
---__init__.py

在项目目录下创建文件夹pkg1，并在其中放置文件__init__.py，该目录即构成Regular Package。包名即为文件夹名，可直接导入。在__init__.py文件中添加如下代码。

print("importing pk1")
def hi_say():
    print("pkg1 say hi")

在main.py中执行import pkg1语句。Python通过Finder定位Package位置，PathFinder在sys.path中搜索。由于sys.path首个路径为当前目录，Python能定位到pkg1。导入Package时，会自动执行其下的__init__.py文件。导入后生成的编译代码对象，可通过pkg1.hi_say()调用。

print(pkg1.__path__)

利用pkg1的__path__属性，可获取pkg1目录的绝对路径。

print(pkg1.__file__)

通过__file__属性，可得到__init__.py文件的绝对路径。

print(pkg1.__package__)

此外，可通过Package的__package__属性获取Package名称，或通过__name__获取Module名称。

Package下子Module的导入与访问机制

进一步增加复杂度，在pkg1文件夹下新建mod1.py文件。

main.py
 pkg1
 ---__init__.py
 ---mod1.py

__init__.py文件内容如下。

print("importing pk1")

在mod1.py中输出“import mod1”信息，并定义say_hi函数。目标是导入该Module并执行其中的say_hi方法。

print("importing mod1")
def say_hi():
    print("pkg1 say hi")

import sys
import pkg1

print('pkg1' in globals())#True
print('pkg1' in sys.modules)#True

执行import pkg1时，会创建指向Module对象的引用并加入全局变量，同时该Module会被添加到sys.modules缓存中。

若直接通过pkg1.mod1访问mod1 Module，将抛出错误，提示该属性不存在。

AttributeError: module 'pkg1' has no attribute 'mod1'

这表明仅导入Package并不会自动导入其下的子Module，因此会出现上述错误。要正确导入pkg1下的mod1，需使用import pkg1.mod1这种标准方式。

import sys
import pkg1.mod1

请注意，正确导入mod1的方式是import pkg1.mod1。从输出结果可见，Python先执行__init__.py，即先导入Package pkg1，随后再导入Module mod1，遵循此顺序。

importing pk1
importing mod1

采用上述方式即可访问Module mod1中的say_hi()方法。

pkg1.mod1.say_hi()

print('pkg1' in sys.modules)#True
print('pkg1.mod1' in sys.modules)#True
print('pkg1' in globals())#True
print('pkg1.mod1' in globals())#False

观察输出可知，pkg1和pkg1.mod1均存在于sys.modules缓存中。但仅pkg1位于全局变量中，必须通过pkg1的属性来访问mod1。

简要总结：要访问Package下的Module，首先访问Package会执行其下的__init__.py文件，随后执行Module代码。sys.modules中保存pkg1和pkg1.mod1分别指向两个Module对象的内存地址。

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