《Python程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》-課件 項(xiàng)目八　Python 模塊和包

任務(wù)1模塊的導(dǎo)入和使用01任務(wù)2包的導(dǎo)入和使用02327任務(wù)1

模塊的導(dǎo)入和使用3281.?了解模塊的概念。2.?了解模塊化編程的概念。3.?了解模塊化程序設(shè)計(jì)的優(yōu)越性。4.?熟悉模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。5.?掌握模塊的導(dǎo)入、使用和重新加載方法。6.?掌握模塊中成員的導(dǎo)入方法。7.?能進(jìn)行模塊及其元素的導(dǎo)入并調(diào)用模塊。任務(wù)目標(biāo)329一、模塊的概念在前面的項(xiàng)目中已經(jīng)使用了很多模塊（如string、time等），通過向程序中導(dǎo)入這些模塊，可以使用很多“現(xiàn)成”的函數(shù)實(shí)現(xiàn)需要的功能。模塊就是Python程序。換句話說，任何Python程序都可以作為模塊。經(jīng)過前面的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)能夠?qū)ython代碼寫到一個文件中，但隨著程序功能越來越復(fù)雜，程序體積會不斷變大，為了便于維護(hù)，通常會將其分為多個文件（模塊），這樣不僅可以提高代碼的可維護(hù)性，還可以提高代碼的可重用性。相關(guān)知識330代碼的可重用性體現(xiàn)在，當(dāng)編寫好一個模塊后，只要編程過程中需要用到該模塊中的某個功能（由變量、函數(shù)、類實(shí)現(xiàn)），無須做重復(fù)性的編寫工作，直接在程序中導(dǎo)入該模塊即可使用該功能。前面講了封裝，并且介紹了很多具有封裝特性的結(jié)構(gòu)，如諸多容器（列表、元組、字符串、字典等），它們都是對數(shù)據(jù)的封裝；函數(shù)是對Python代碼的封裝；類是對方法和屬性的封裝，也可以說是對函數(shù)和數(shù)據(jù)的封裝。模塊可以理解為對代碼更高級的封裝，即把能夠?qū)崿F(xiàn)某一特定功能的代碼編寫在同一個Python文件中，并將其作為一個獨(dú)立的模塊，這樣既可以方便其他程序或腳本導(dǎo)入并使用，又能有效避免函數(shù)名和變量名發(fā)生沖突。331二、模塊化編程1.?模塊化程序設(shè)計(jì)在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時，將系統(tǒng)按照功能劃分為若干部分，每個部分完成特定功能，通過在不同部分間建立聯(lián)系實(shí)現(xiàn)互相協(xié)作，完成系統(tǒng)功能的方式稱為模塊化程序設(shè)計(jì)，這些提供計(jì)算功能的程序塊稱為模塊（或函數(shù)模塊），導(dǎo)入并使用這些模塊的程序稱為客戶端程序。使用模塊可以將計(jì)算任務(wù)分解為大小合理的子任務(wù)，并實(shí)現(xiàn)代碼的重用。3322.?模塊的API在模塊化程序設(shè)計(jì)中，客戶端使用模塊所提供的函數(shù)時，無須深入了解函數(shù)的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。模塊與客戶端之間的協(xié)定稱為API（applicationprogramminginterface，應(yīng)用程序接口）。API清楚地描述了模塊中提供的函數(shù)的功能和使用方法。模塊化程序設(shè)計(jì)的基本原則是，首先設(shè)計(jì)好API，即定義模塊所提供的函數(shù)或類的功能描述。然后，在此基礎(chǔ)上編寫具體的程序代碼實(shí)現(xiàn)模塊中的函數(shù)或類。最后，客戶端可以通過導(dǎo)入模塊，并使用其中的函數(shù)或類，實(shí)現(xiàn)所需的功能，而無須關(guān)心其內(nèi)部的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。333通過內(nèi)置函數(shù)help可以查看Python模塊的API。其語法格式如下。import模塊名help(模塊名)在查看模塊的API之前，需要使用import語句導(dǎo)入模塊，也可以使用Python在線幫助查看模塊的API。3343.?模塊的實(shí)現(xiàn)“實(shí)現(xiàn)”是指實(shí)現(xiàn)用于重用的函數(shù)或類的代碼，模塊的實(shí)現(xiàn)就是若干實(shí)現(xiàn)函數(shù)或類的代碼的集合，保存在擴(kuò)展名為“.py”的文件中。模塊的實(shí)現(xiàn)必須遵循API，可以采用不同算法實(shí)現(xiàn)API，這為模塊的改進(jìn)和版本升級提供了無縫對接，只需要使用遵循API的新的實(shí)現(xiàn)，所有客戶端程序無須修改即可正常運(yùn)行。模塊通常是使用Python編寫的程序（“.py”文件）。Python內(nèi)置模塊使用C編寫并已鏈接到Python解釋器中，還可以使用C或C++拓展編寫模塊（編譯為共享庫或DLL文件）。3354.?模塊的客戶端客戶端在使用模塊時，需要遵循模塊所提供的API調(diào)用接口，以導(dǎo)入和調(diào)用模塊中已實(shí)現(xiàn)的函數(shù)功能。API的存在使得任何客戶端都可以直接使用模塊，而無須深入檢查模塊內(nèi)部的代碼實(shí)現(xiàn)。336三、模塊化程序設(shè)計(jì)的優(yōu)越性模塊化程序設(shè)計(jì)是現(xiàn)代程序設(shè)計(jì)的基本理念之一，具有如下優(yōu)越性。（1）可以編寫大規(guī)模的系統(tǒng)程序：通過把復(fù)雜的任務(wù)分解為多個子任務(wù)，團(tuán)隊(duì)合作開發(fā)，以完成大規(guī)模的系統(tǒng)程序。（2）控制程序的復(fù)雜度：分解后的子任務(wù)的實(shí)現(xiàn)模塊代碼規(guī)模一般被控制在數(shù)百行之內(nèi)，從而可以控制程序的復(fù)雜度，各代碼調(diào)試可以限制在少量的代碼范圍內(nèi)。（3）實(shí)現(xiàn)代碼重用：一旦實(shí)現(xiàn)了通用模塊（如math、random等），任何客戶端都可以通過導(dǎo)入模塊直接重用代碼，而無須重復(fù)實(shí)現(xiàn)。（4）增強(qiáng)程序的可維護(hù)性：模塊化程序設(shè)計(jì)可以增強(qiáng)程序的可維護(hù)性。337四、模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1.?模塊設(shè)計(jì)的一般原則（1）先設(shè)計(jì)API，再實(shí)現(xiàn)模塊。（2）控制模塊的規(guī)模，只為客戶端提供需要的函數(shù)。實(shí)現(xiàn)包含大量函數(shù)的模塊會導(dǎo)致模塊的復(fù)雜度高。（3）在模塊中編寫測試代碼，并消除全局代碼。（4）使用私有函數(shù)實(shí)現(xiàn)不被外部客戶端調(diào)用的模塊函數(shù)。（5）通過文檔提供模塊幫助信息。3382.?API設(shè)計(jì)API通常由可用函數(shù)的簽名的精確規(guī)范和描述函數(shù)作用的非正式自然語言兩部分組成。API一般使用表格的形式描述模塊中的變量、函數(shù)和類。在編寫一個新模塊時，建議先設(shè)計(jì)API，然后實(shí)現(xiàn)模塊。3393.?創(chuàng)建模塊Python模塊對應(yīng)于包含Python代碼的源文件（其擴(kuò)展名為“.py”）。在模塊中除了可以定義變量、函數(shù)和類，還可以包含一般的語句，即主塊語句。當(dāng)運(yùn)行該模塊或?qū)朐撃K時，主塊語句將依次執(zhí)行。一般而言，獨(dú)立運(yùn)行的源碼中主要包含主塊語句，以實(shí)現(xiàn)響應(yīng)的功能。作為庫的模塊，主要包含可供調(diào)用的變量、函數(shù)和類，還可以包含用于測試的主塊代碼。注意：主塊代碼只在模塊第一次被導(dǎo)入時執(zhí)行，重復(fù)導(dǎo)入時不會多次導(dǎo)入、多次執(zhí)行。3404.?模塊的私有函數(shù)在實(shí)現(xiàn)模塊時，有時候需要在模塊中定義僅在模塊中使用的輔助函數(shù)。輔助函數(shù)不提供給客戶端直接調(diào)用，故稱之為私有函數(shù)。按慣例，應(yīng)使用以下畫線開始的函數(shù)名作為私有函數(shù)名。私有函數(shù)在客戶端不能直接調(diào)用，故API中不包括私有函數(shù)。Python沒有強(qiáng)制不允許調(diào)用私有函數(shù)的機(jī)制，但應(yīng)避免直接調(diào)用私有函數(shù)。3415.?模塊的測試代碼每一個模塊都有一個名稱，通過特殊變量__name__可以獲取模塊的名稱。特別地，當(dāng)一個模塊被用戶單獨(dú)運(yùn)行時，其__name__的值為'__main__'，故可以把模塊源碼文件的測試代碼寫在相應(yīng)的測試判斷中，以保證只有單獨(dú)運(yùn)行模塊時才會運(yùn)行測試代碼。3426.?編寫模塊文檔字符串在程序源碼中，可以在特定的地方添加描述性文字，以說明包、模塊、函數(shù)、類、類方法的相關(guān)信息。在函數(shù)的第一個邏輯行的字符串稱為函數(shù)的文檔字符串。函數(shù)的文檔字符串用于提供有關(guān)函數(shù)的幫助信息。文檔字符串一般遵循下列慣例：文檔字符串是一個多行字符串；首行以大寫字母開始，以句號結(jié)尾；第二行是空行；從第三行開始是詳細(xì)的描述。343用戶可以使用以下三種方法抽取函數(shù)的文檔字符串幫助信息。（1）使用內(nèi)置函數(shù)help。（2）使用函數(shù)的特殊屬性：函數(shù)名.__doc__。（3）使用第三方自動化工具抽取文檔字符串信息，以形成幫助文檔。3447.?按字節(jié)編譯的“.pyc”文件在導(dǎo)入模塊時，Python解釋器為提高程序的啟動速度，會在與模塊文件同一目錄的__pycache__子目錄下生成“.pyc”文件。“.pyc”文件是經(jīng)過編譯后的字節(jié)碼，這樣下次導(dǎo)入時如果模塊源碼“.py”文件沒有修改（通過比較兩者的時間戳），則直接導(dǎo)入“.pyc”文件，從而提高編程效率。按字節(jié)編譯的“.pyc”文件在導(dǎo)入時由Python解釋器自動完成，無須手動編譯。345五、導(dǎo)入模塊和使用模塊1.?通過import語句導(dǎo)入模塊使用import語句可以導(dǎo)入模塊。其基本形式如下。import模塊名

#導(dǎo)入模塊import模塊1,模塊2,…,模塊n

#導(dǎo)入多個模塊import模塊名as模塊別名

#導(dǎo)入模塊并使用別名其中，模塊名是要導(dǎo)入的模塊的名稱。注意：模塊名區(qū)分大小寫。3462.?通過內(nèi)置函數(shù)__import__導(dǎo)入模塊使用內(nèi)置函數(shù)__import__可以動態(tài)導(dǎo)入模塊。其基本形式如下。_m=__import__(name)

#將模塊name導(dǎo)入_m內(nèi)置函數(shù)__import__有較大的靈活性，如要導(dǎo)入的模塊name可以是計(jì)算的結(jié)果字符串，但一般不直接使用。事實(shí)上，import語句在內(nèi)部調(diào)用該函數(shù)。3.?使用模塊一般在Python源程序的開始位置導(dǎo)入其他模塊。在導(dǎo)入模塊后，可以使用全限定名稱訪問模塊中定義的成員，即模塊名.函數(shù)名/變量名347六、導(dǎo)入模塊中的成員Python使用from...import語句直接導(dǎo)入模塊中的成員。其基本形式如下。from模塊名import成員名

#導(dǎo)入模塊中的具體成員成員名

#直接調(diào)用如果希望同時導(dǎo)入一個模塊中的多個成員，可以采用以下形式。from模塊名import成員名1,成員名2,…,成員名n如果希望同時導(dǎo)入一個模塊中的所有成員，則可以采用以下形式。from模塊名import*348注意：雖然from...import語句可以簡化代碼，但應(yīng)避免使用，因?yàn)檫@樣可能導(dǎo)致名稱沖突（如導(dǎo)入多個模塊時，多個模塊中可能存在同一個名稱的函數(shù)），且導(dǎo)致程序的可讀性差（如導(dǎo)入多個模塊時，無法準(zhǔn)確確定某個名稱的函數(shù)具體屬于哪一個模塊）。349七、重新加載模塊importlib模塊中的reload函數(shù)用于重新加載之前導(dǎo)入過的模塊，一般用于交互式執(zhí)行Python代碼不退出解釋器的情況，重新加載已更改的Python模塊。需要注意的是，重新加載內(nèi)存中不存在的模塊（未導(dǎo)入過）會導(dǎo)致運(yùn)行錯誤。350任務(wù)2

包的導(dǎo)入和使用3511.?了解包的基本概念。2.?掌握包的創(chuàng)建、導(dǎo)入和使用方法。3.?能正確地從包中導(dǎo)入模塊，實(shí)例化函數(shù)并輸出對象地址。任務(wù)目標(biāo)352一、Python的包Python模塊是“.py”文件，而包是文件夾。通常，只要文件夾中包含一個特殊的文件“__init__.py”，Python解釋器就將該文件夾作為包，其中的模塊文件（“.py”文件）屬于包中的模塊。特殊文件“__init__.py”可以為空，也可以包含屬于包的代碼，當(dāng)導(dǎo)入包或該包中的模塊時執(zhí)行“__init__.py”。包可以包含子包，沒有層次限制。使用包可以有效避免名稱空間沖突。相關(guān)知識353354二、創(chuàng)建包包和模塊組成的層次組織結(jié)構(gòu)對應(yīng)文件夾和模塊文件。創(chuàng)建包，首先需要在指定目錄中創(chuàng)建對應(yīng)包名的目錄，然后在該目錄下創(chuàng)建一個特殊文件“__init__.py”，最后在該目錄下創(chuàng)建模塊文件。355三、包的導(dǎo)入和使用在使用import語句導(dǎo)入包中的模塊時需要指定對應(yīng)的包名。其基本形式如下。import[包名1.[包名2…]].模塊名#導(dǎo)入包中模塊其中，包名是模塊的上層組織包的名稱。注意：包名和模塊名區(qū)分大小寫。在導(dǎo)入包中的模塊后，可以使用全限定名稱訪問包中模塊定義的成員。其基本形式如下。[包名1.[包名2…]].模塊