第十一章：模块
11.1 什么是模块？
模块就像一个装满工具的箱子，每个模块都包含了一组相关的函数、类和变量，可以帮助我们组织代码，实现代码的复用。Python中的模块实际上就是一个.py文件。
# 使用内置math模块。importmath;# 使用math模块中的函数。print(math.sqrt(16));# 4.0。print(math.pi);# 3.141592653589793。11.2 为什么使用模块？
11.2.1 代码组织
模块帮助我们将代码分成逻辑单元：
my_project/ ├── main.py ├── utils/ │ ├── __init__.py │ ├── file_utils.py │ └── math_utils.py └── models/ ├── __init__.py ├── user.py └── product.py11.2.2 代码复用
避免重复编写相同的代码：
# 在不同项目中重用工具函数fromutils.math_utilsimportcalculate_average scores=[85,92,78,90,88]average=calculate_average(scores)print(f"平均分：{average}")11.2.3 命名空间管理
避免命名冲突：
importmathimportstatistics# 不同模块可以有相同名称的函数math.mean([1,2,3])# math模块的mean函数statistics.mean([1,2,3])# statistics模块的mean函数11.3 导入模块的方式
11.3.1 基本导入
# 导入整个模块。importmath;print(math.sqrt(25));# 导入模块并指定别名。importmathasm;print(m.sqrt(25));# 导入特定函数/类。frommathimportsqrt,pi;print(sqrt(25));print(pi);# 导入所有内容（不推荐，可能导致命名冲突）。frommathimport*;print(sqrt(25));运行结果：
5.05.05.03.1415926535897935.011.3.2 相对导入（在包内部）
在包内部的模块中使用相对导入：
# 在 utils/math_utils.py 中from.importfile_utils# 导入同级的file_utils模块from..modelsimportuser# 导入上级models包中的user模块11.4 Python标准库常用模块
11.4.1 math - 数学运算
importmath# 基本数学函数print(math.ceil(4.2))# 5 - 向上取整print(math.floor(4.8))# 4 - 向下取整print(math.fabs(-5))# 5.0 - 绝对值print(math.factorial(5))# 120 - 阶乘# 幂和对数print(math.pow(2,3))# 8.0 - 幂运算print(math.sqrt(16))# 4.0 - 平方根print(math.log(100,10))# 2.0 - 对数# 三角函数print(math.sin(math.pi/2))# 1.0print(math.cos(math.pi))# -1.0# 常数print(math.pi)# 3.141592653589793print(math.e)# 2.71828182845904511.4.2 random - 随机数
importrandom# 生成随机数print(random.random())# 0.0到1.0之间的随机浮点数print(random.uniform(1,10))# 1到10之间的随机浮点数print(random.randint(1,6))# 1到6之间的随机整数（包括6）# 序列操作fruits=["苹果","香蕉","橙子","葡萄"]print(random.choice(fruits))# 随机选择一个元素print(random.sample(fruits,2))# 随机选择2个不重复的元素random.shuffle(fruits)# 打乱序列顺序print(fruits)11.4.3 datetime - 日期时间
importdatetime# 获取当前时间now=datetime.datetime.now()print(f"当前时间：{now}")print(f"年份：{now.year}")print(f"月份：{now.month}")print(f"日期：{now.day}")# 创建特定日期birthday=datetime.datetime(1990,5,15)print(f"生日：{birthday}")# 时间计算tomorrow=now+datetime.timedelta(days=1)print(f"明天：{tomorrow}")# 日期格式化formatted=now.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")print(f"格式化时间：{formatted}")# 字符串转日期date_str="2023-12-25"christmas=datetime.datetime.strptime(date_str,"%Y-%m-%d")print(f"圣诞节：{christmas}")11.4.4 os - 操作系统接口
importos# 文件和目录操作print(os.getcwd())# 获取当前工作目录# 创建目录os.makedirs("my_folder/sub_folder",exist_ok=True)# 列出目录内容print(os.listdir("."))# 当前目录内容# 检查路径是否存在print(os.path.exists("my_folder"))# True# 路径操作file_path=os.path.join("my_folder","sub_folder","file.txt")print(f"文件路径：{file_path}")# 环境变量print(os.environ.get("PATH","未找到PATH环境变量"))11.4.5 sys - 系统相关参数
importsys# 命令行参数print(f"脚本名称：{sys.argv[0]}")print(f"参数列表：{sys.argv[1:]}")# Python解释器信息print(f"Python版本：{sys.version}")print(f"平台：{sys.platform}")# 退出程序iflen(sys.argv)<2:print("需要提供参数")sys.exit(1)# 非零退出码表示错误# 模块搜索路径print("模块搜索路径：")forpathinsys.path:print(f"{path}")11.4.6 json - JSON数据处理
importjson# Python对象转JSON字符串data={"name":"张三","age":25,"courses":["数学","英语","编程"],"is_student":True}json_str=json.dumps(data,ensure_ascii=False,indent=2)print("JSON字符串：")print(json_str)# JSON字符串转Python对象parsed_data=json.loads(json_str)print(f"姓名：{parsed_data['name']}")# 读写JSON文件withopen("data.json","w",encoding="utf-8")asf:json.dump(data,f,ensure_ascii=False,indent=2)withopen("data.json","r",encoding="utf-8")asf:loaded_data=json.load(f)print(f"从文件加载：{loaded_data['name']}")11.5 创建自己的模块
11.5.1 创建简单模块
创建一个名为my_math.py的文件：
# my_math.py"""一个简单的数学工具模块"""defadd(a,b):"""计算两个数的和"""returna+bdefmultiply(a,b):"""计算两个数的积"""returna*bdeffactorial(n):"""计算阶乘"""ifn==0:return1result=1foriinrange(1,n+1):result*=ireturnresult# 模块级别的常量PI=3.14159VERSION="1.0.0"在其他文件中使用这个模块：
# main.pyimportmy_mathprint(my_math.add(5,3))# 8print(my_math.multiply(4,6))# 24print(my_math.factorial(5))# 120print(my_math.PI)# 3.1415911.5.2 创建包
包是包含多个模块的目录，需要包含__init__.py文件：
my_package/ ├── __init__.py ├── math_utils.py └── string_utils.py__init__.py文件可以是空文件，也可以包含初始化代码：
# my_package/__init__.py"""我的工具包"""from.math_utilsimportadd,multiplyfrom.string_utilsimportreverse_string __version__="1.0.0"__all__=['add','multiply','reverse_string']11.6 模块的搜索路径
Python按照以下顺序搜索模块：
- 当前目录
- 环境变量PYTHONPATH指定的目录
- Python标准库目录
- 第三方库目录（site-packages）
importsys# 查看模块搜索路径forpathinsys.path:print(path)# 添加自定义路径sys.path.append("/path/to/my/modules")本章笔记：
- 模块是组织Python代码的基本单位，通常是一个.py文件。
- 使用模块可以提高代码的可维护性、可重用性和可读性。
- Python有多种导入模块的方式：import、from…import、别名导入等。
- Python标准库提供了丰富的模块，如math、random、datetime、os等。
- 可以创建自己的模块和包来组织代码。
- 模块搜索路径决定了Python如何找到要导入的模块。
