[TimLinux] Python 模块

1. 概念

　模块是最高级别的程序组织单元，它将程序文件和数据封装起来以便重用。实际上，模块往往对应Python文件，每一个文件都是一个模块，并且模块导入其他模块之后就可以使用导入模块定义的变量，模块和类实际上就是一个重要的命名空间。

2. 模块的导入

• import:使导入者以一个整体获取一个模块，import b可能对应的文件：b.py, b.pyc, b.pyo, 模块包b目录，b.so/b.dll, Python内置库，b.zip文件组件（导入时自动给解压缩），内存内映射（frozen的可执行文件）。
• from:允许导入者从一个模块文件中获取特定的变量名。
• imp.reload:在不中止Python程序的情况下，提供了一种重新载入模块文件代码的方法。

import和from是赋值语句：import将整个模块对象赋值给一个变量名，from将一个或多个变量名赋值给另一个模块中同名的对象，from复制的变量名会变成对共享对象的引用。

small.py:

　　x = 1

　　y = [1,2]

from small import x,y # 从small里面拷贝两个名字

x = 42 # 改变我的x值

y[0] = 42  # 这是修改了一个对象，而不是变量名

import small

print(small.x) # 仍然为值1，获取small模块中的x，不是我的x

print(small.y) # [42, 2], y[0]被修改为42了。

from module import name1, name2概念上与下面的代码一样。

import module

name1 = module.name1

name2 = module.name2

del module

3. 模块的作用

• 代码重用：模块文件中的代码是永久的，可任意多次重新载入、运行。
• 系统命名空间的划分：模块是Python总最高级别的程序组织单元。
• 实现共享服务和数据：全局对象数据统一定义，多个代码文件间实现共享。

4. import工作原理

导入（import）是运行时的运算，程序第一次导入指定文件时，执行三个步骤：

• 查找：找到模块文件。程序所在目录，PYTHONPATH, 标准链接库目录，任何.pth文件的内容（sites-packages）（这是个内容构成：sys.path列表）
• 编译：文件编译成位码（需要时）：.pyc， .pyo文件
• 执行：执行模块的代码来创建所定义的对象

以上操作，只有在第一次导入文件才需要，以后的导入操作则直接读取内存中的数据，导入的模块存放在sys.modules中.

5. 模块包

$ mkdir packages/sound/{effects,filters,utils} -p
$ cd packages/

1. 存在sound/__init__.py文件
$ python
>>> from sound import *  # 没有报错，此时没有__init__.py文件
>>> dir()
['__annotations__', '__builtins__', '__doc__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__'] # 显示的列表中没有该sound包相关的信息

$ cat > sound/__init__.py
print("in sound.__init__.py")
__all__ = ['effects','filters','utils']
$ python
>>> from sound import *
in sound.__init__.py
>>> dir()
[..., 'effects', 'filters', 'utils'] # 多出了__all__里面配置的变量
>>> dir(effects) # 注意effects没有加引号，也就是可以直接通过effects访问，effects下当前没有__init__.py文件

2. 存在sound/__init__.py, test1.py文件
$ cat > sound/test1.py
print("in sound.test1.py")

def test():
    print("in sound.test1.py:test()")
$ python
>>> from sound import *  # 导入所有，但是不存在test1
in sound.__init__.py
>>> test1.test()
>>> dir(test1)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'test1' is not defined

原因：test1 没有加入到 __all__中
$ cat > sound/__init__.py
print("in sound.__init__.py")
__all__ = ['effects','filters','utils','test1'] # 加入test1
$ python
>>> from sound import *  # 导入所有，包含test1
in sound.__init__.py
>>> test1.test()
>>> dir(test1)

$ cat > sound/__init__.py  # 恢复到不含有test1
print("in sound.__init__.py")
__all__ = ['effects','filters','utils'] # 不含有test1
$ python
>>> import sound.test1  # 单独导入test1
in sound.__init__.py
in sound.test1.py
>>> dir()
[..., 'sound'] # 全局有sound
>>> dir(sound)
[..., 'test1'] # sound内有test1，但是没有effects等定义在__all__中的模块
>>> sound.test1.test() # 可以访问
in sound.test1.py:test()

$ python
>>> from sound import test1
in sound.__init__.py
in sound.test1.py
>>> dir()
[..., 'test1'] # 有test1，不需要在__all__定义，访问了sound/__init__.py文件，没有sound
>>> dir(sound) # 出错
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'sound' is not defined

>>> test1.test() # 可以访问
in sound.test1.py:test()

$ python
>>> import sound # 无法访问test1
in sound.__init__.py
>>> dir()
[..., 'sound']
>>> dir(sound) # 没有test1, 没有effects(定义在__all__变量中)
>>> sound.test1.test() # 不可以访问
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'sound.test1' is not defined

$ cat > sound/__init__.py
print("in sound.__init__.py")
__all__ = ['effects','filters','utils']
from . import test1
>>> import sound # 可以访问test1
in sound.__init__.py
in sound.test1.py
>>> dir()
[..., 'sound'] # 有sound
>>> dir(sound)
[..., 'test1'] # 有test，没有effects(定义在__all__变量中)
>>> sound.test1.test() # 可以访问
in sound.test1.py:test()

总结：
1. import sound:

　　执行sound/__init__.py，并且解析__all__变量(如果存在的元素不存在，会抛出AttributeError异常）
　　a) 可以访问sound.* (*必须是在__init__.py中有定义的变量，或者通过from 语句导入的模块）
　　　　from . import test1: 可以访问sound.test1
　　　　import test1: 此时或提示无法导入模块（sys.path找不到test1.py文件）
　　b) 不会展开__all__变量，即无法访问sound.effects(effects内是否存在__init__.py，效果一致)
2. from sound import *:
　　a) 执行sound/__init__.py，并且解析__all__变量(如果存在的元素不存在，会抛出AttributeError异常）
　　b) 展开__all__:可以访问effects.xxx
3. from sound import test1:

　　执行sound/__init__.py，执行sound/test1.py，不需要在sound/__init__.py文件中做任何配置，即可访问到sound.test1.py (只需要sound/__init__.py文件存在）

扩展解释：

sound/
    __init__.py
    test1.py (test()) # e_test1.py要访问该方法，在e_test1.py文件中需要明确import该模块
    effects/
        __init__.py
        e_test1.py (e_test()) # 要访问test1.py提供的方法，需要明确的import test1模块

from sound import effects.e_test1:错误，语法不支持（import后不能带.）
from sound.effects import e_test1:

• 依次调用：sound/__init__.py (不展开__all__) -> sound/effects/__init__.py(不展开__all__) -> sound/effects/e_test1.py
• 然后将e_test1 = """e_test1.py中的全部Python代码"""
• 如果sound/__ini__.py内有from . import test1.py #test1.py提供的test方法，e_test1.py内还是无法访问的，需要在e_test1.py文件内单独import（但是在真实执行时，在解析sound/__init__.py文件的时候已经解析过了，不会再次解析。