python modules and packages

https://realpython.com/python-modules-packages/

在软件开发中，一个module是具有一些相关功能的软件集合，比如，当你在开发一个游戏时，可能会有一个模块负责game logic，而另一个module负责在屏幕上绘制对应的界面。每个module是一个不同的文件，可以单独编辑。

modules

python中每一个单独的.py文件就是一个module，模块的名称就是文件的名称。一个module可以有一组函数，类或者变量。比如，上面说道的游戏开发中，可能会有两个文件组成的两个module:

# game.py
# import the draw module
import draw
 
def play_game():
    ...
 
def main():
    result = play_game()
    draw.draw_game(result)
 
# this means that if this script is executed, then
# main() will be executed
if __name__ == '__main__':
    main()

在上面的game模块中，我们定义了play_game函数，它将使用定义在draw模块中的draw_game函数。而draw模块中实现draw_game对应的逻辑。

下面我们看看draw 模块长的样子:

# draw.py
 
def draw_game():
    ...
 
def clear_screen(screen):
    ...

在本例子中game module通过import draw来加载draw模块，而这将赋能game模块引用draw模块中实现的函数或者类。为了使用draw模块中的draw_game，我们需要通过dot点操作符告知game块draw_game是哪个模块中的实现。

当import draw这个directive被执行时，python解释器将从game.py文件所在目录开始寻找draw.py文件，如果没有找到，python解释器将继续在built-in内置模块中寻找。

你可能注意到当导入一个module时，将会有一个.pyc文件出现，这个文件是一个编译过的Python文件。python解释器将module文件编译成python的byte code以便不用每次Import时都需要重新解析他。如果已经有了.pyc文件存在，则直接加载draw.pyc文件，这个过程对于用户来说是透明的。

importing module objects到当前的命名空间namespace

我们可以通过from及import命令将对应模块的函数加载到主脚本所在的命名空间中：

# game.py
# import the draw module
from draw import draw_game
 
def main():
    result = play_game()
    draw_game(result)

通过上面的from, import后我们就不用再使用prefixmodule.function的方式来引用，而只需要function了，因为function已经存在于主脚本的命名空间里面了！

import all objects from module

# game.py
# import the draw module
from draw import *
 
def main():
    result = play_game()
    draw_game(result)

自定义加载后的命名

# game.py
# import the draw module
if visual_mode:
    # in visual mode, we draw using graphics
    import draw_visual as draw
else:
    # in textual mode, we print out text
    import draw_textual as draw
 
def main():
    result = play_game()
    # this can either be visual or textual depending on visual_mode
    draw.draw_game(result)

上面的例子中，使用as关键字，以及条件加载使得不同的module中定义的函数使用同一个名称draw

module initialization

当一个module首次被加载时，对应module的代码将会执行一次以便初始化。如果其他的模块再次加载同一个module，则不会再重复加载！因此，module中的局部变量就像一个singleton一样，因为他们仅会初始化一次。

# draw.py
 
def draw_game():
    # when clearing the screen we can use the main screen object initialized in this module
    clear_screen(main_screen)
    ...
 
def clear_screen(screen):
    ...
 
class Screen():
    ...
 
# initialize main_screen as a singleton
main_screen = Screen()

看上面的例子，main_screen就是首次加载draw模块式初始化的变量，不会重复初始化！

扩展module的加载路径

在加载module时，除了默认的寻找路径：主脚本目录以及内置module外，我们可以通过以下方法告知python解释器，哪里可以去寻找对应的module:

• PYTHONPATH变量:

• sys.path.append

PYTHONPATH=/foo python game.py
sys.path.append("/foo") #在执行import之前运行该代码

built-in modules

和每个python发行版伴随的有很多内置的Python库，这些built-in modules使用C语言编写，提供诸如访问系统功能比如文件I/O的功能，这些库也提供一些常见问题的通用解决方案供调用。还有部分builtin模块用于抽象Python应用程序，以便和平台无关。

https://docs.python.org/3/library/

比如，我们向使用urllib这个内置库：

# import the library
import urllib
 
# use it
urllib.urlopen(...)

我们可以通过dir函数来列出一个module中定义的函数:

>>> import urllib
>>> dir(urllib)
['ContentTooShortError', 'FancyURLopener', 'MAXFTPCACHE', 'URLopener', '__all__', '__builtins__',
'__doc__', '__file__', '__name__', '__package__', '__version__', '_ftperrors', '_get_proxies',
'_get_proxy_settings', '_have_ssl', '_hexdig', '_hextochr', '_hostprog', '_is_unicode', '_localhost',
'_noheaders', '_nportprog', '_passwdprog', '_portprog', '_queryprog', '_safe_map', '_safe_quoters',
'_tagprog', '_thishost', '_typeprog', '_urlopener', '_userprog', '_valueprog', 'addbase', 'addclosehook',
'addinfo', 'addinfourl', 'always_safe', 'basejoin', 'c', 'ftpcache', 'ftperrors', 'ftpwrapper', 'getproxies',
'getproxies_environment', 'getproxies_macosx_sysconf', 'i', 'localhost', 'main', 'noheaders', 'os',
'pathname2url', 'proxy_bypass', 'proxy_bypass_environment', 'proxy_bypass_macosx_sysconf', 'quote',
'quote_plus', 'reporthook', 'socket', 'splitattr', 'splithost', 'splitnport', 'splitpasswd', 'splitport',
'splitquery', 'splittag', 'splittype', 'splituser', 'splitvalue', 'ssl', 'string', 'sys', 'test', 'test1',
'thishost', 'time', 'toBytes', 'unquote', 'unquote_plus', 'unwrap', 'url2pathname', 'urlcleanup', 'urlencode',
'urlopen', 'urlretrieve']

当我们发现了我们希望使用的module中的某个function,还可以通过help命令来列出对应的帮助信息.

help(urllib.urlopen)

pypi第三方modules

虽然python本身内置了非常丰富的package供程序员使用，但是依然有很多场景需要加载第三方的package，比如numpy, pandas等等。。

https://pypi.org/

开发package

packages是包含了多个package和module的命名空间。简单来说，package就是一些目录，仅此而已。只要目录中包含了一个命名为__init__.py的特殊文件，我们就称该目录为一个package。这个文件本身可以是空的，这个文件的存在标识了该目录为一个python package.

比如，如果我们创建一个目录:foo,那么foo作为package名称，然后我们创建一个模块并命名为bar.py,我们不要忘记在foo目录下增加一个__init__.py的文件。那么要使用这个bar模块，我们可以这样做:

import foo.bar
# 或者：
from foo import bar

在__init__.py文件中，我们可以指定哪些模块作为暴露的api，而其他的模块作为私有的：

__init__.py:
 
__all__ = ["bar"]