在本教程中，我们将解释如何构建和导入自定义Python模块。此外，我们还可以通过各种方法导入或集成Python的内置模块。

什么是模块化编程？

模块化编程是将单个复杂的编程任务分割为多个更简单、易于管理的子任务的实践。我们称这些子任务为模块。因此，我们可以通过组装不同的模块来构建更大的程序，这些模块就像构建块一样发挥作用。

在大型应用程序中将代码模块化具有许多好处。

简化： 模块通常集中在整体问题的相对小的领域，而不是整个任务。如果我们只专注于一个模块，那么我们将有一个更易于管理的设计问题。程序开发现在更简单，错误也更少。

灵活性： 模块经常用于在不同的问题领域之间建立概念上的分离。如果模块的构建方式减少了相互关联，那么更改一个模块不太可能影响程序的其他部分。它增加了许多开发人员能够在一个大型项目上进行合作的可能性。

可重用性： 在特定模块中创建的函数可以轻松地被分配到任务的不同部分（通过适当建立的 API）。因此，不再需要重复的代码。

作用域： 模块通常声明了一个独立的命名空间，以防止在程序的不同部分中发生标识符冲突。

在Python中，通过使用函数、模块和包来鼓励对代码进行模块化。

Python中的模块是什么？

用Python编写的带有函数定义和各种语句的文档称为Python模块。

在Python中，我们可以通过以下3种方式之一来定义一个模块：

  • Python本身允许创建模块。
  • 类似于re（正则表达式）模块，一个模块可以主要用C编程语言编写，然后在运行时动态插入。
  • 内置模块，如itertools模块，已经内置在解释器中。

模块是包含Python代码、函数定义、语句或类的文件。一个名为example_module.py的文件是一个我们将创建的模块，其名称为example_module。

我们使用模块将复杂的程序分解为更小、更易于理解的部分。模块还允许代码的重复使用。

与将其定义复制到多个应用程序中不同，我们可以将最常用的函数定义在一个单独的模块中，然后导入整个模块。

让我们来构建一个模块。在输入以下内容后，将文件保存为example_module.py。

示例：

# Here, we are creating a simple Python program to show how to create a module.    
# defining a function in the module to reuse it    
def square( number ):    
   # here, the above function will square the number passed as the input    
    result = number ** 2         
    return result     # here, we are returning the result of the function

在这里，一个名为example_module的模块包含函数square()的定义。该函数返回给定数字的平方。

如何在Python中导入模块？

在Python中，我们可以从一个模块导入函数，或者如我们所说的，从另一个模块导入函数。

为此，我们使用import关键字。在Python窗口中，我们将在import关键字后添加要导入的模块的名称。我们将导入之前定义的example_module模块。

语法：

import example_module

在这个示例_module中定义的函数不会立即导入到当前程序中。这里只是导入了模块的名称，即example_module。

我们可以使用点运算符通过模块名来使用这些函数。例如：

示例：

# here, we are calling the module square method and passing the value 4  
result = example_module.square(  4  )    
print("By using the module square of number is: ", result )

输出：

By using the module square of number is: 16

Python有许多标准模块。Python标准模块的完整列表是可用的。可以使用help命令查看列表。

与导入我们的模块一样，用户定义的模块，我们可以使用import语句来导入其他标准模块。

可以通过多种方式来导入模块。以下是其中的一些方法。

Python的import语句

使用import关键字和点运算符，我们可以导入一个标准模块并访问其中定义的函数。以下是一个示例。

代码：

# Here, we are creating a simple Python program to show how to import a standard module    
# Here, we are import the math module which is a standard module      
import math    
print( "The value of euler's number is", math.e )      
# here, we are printing the euler's number from the math module

输出：

The value of euler's number is 2.718281828459045

导入并重命名

在导入模块时，我们也可以更改其名称。以下是一个示例。

代码：

# Here, we are creating a simple Python program to show how to import a module and rename it    
# Here, we are import the math module and give a different name to it    
import math as mt     # here, we are importing the math module as mt  
print( "The value of euler's number is", mt.e )   
# here, we are printing the euler's number from the math module

输出：

The value of euler's number is 2.718281828459045

在这个程序中，math模块现在被命名为mt。在某些情况下，如果模块名称很长，这可以帮助我们更快地键入。

请注意，现在我们的程序范围不再包括术语math。因此，在这种情况下，mt.pi才是模块的正确实现，而math.pi是无效的。

Python的from...import语句

我们可以从模块中导入特定名称，而不是整个模块。以下是一个示例。

代码：

# Here, we are creating a simple Python program to show how to import specific   
# objects from a module    
# Here, we are import euler's number from the math module using the from keyword    
from math import e    
# here, the e value represents the euler's number  
print( "The value of euler's number is", e )

输出：

The value of euler's number is 2.718281828459045

在这种情况下，只导入了math模块中的e常数。

在这些情况下，我们避免使用点（.）运算符。如下，我们可以同时导入多个属性：

代码：

# Here, we are creating a simple Python program to show how to import multiple    
# objects from a module    
from math import e, tau    
print( "The value of tau constant is: ", tau )    
print( "The value of the euler's number is: ", e )

输出：

The value of tau constant is:  6.283185307179586
The value of the euler's number is:  2.718281828459045

导入所有名称 - 使用from...import * 语句

为了在当前命名空间内导入模块中的所有对象，可以使用 * 符号以及from和import关键字。

语法：

from name_of_module import *

使用符号 有利有弊。除非我们确定模块的特定需求，否则不建议使用 。

以下是一个相同的示例。

代码：

# Here, we are importing the complete math module using *    
from math import *    
# Here, we are accessing functions of math module without using the dot operator    
print( "Calculating square root: ", sqrt(25) )    
# here, we are getting the sqrt method and finding the square root of 25  
print( "Calculating tangent of an angle: ", tan(pi/6) )   
# here pi is also imported from the math module

输出：

Calculating square root:  5.0
Calculating tangent of an angle:  0.5773502691896257

模块的路径定位

在Python程序中导入模块时，解释器会搜索多个位置。如果没有找到内置模块，则会搜索多个目录。可以使用sys.path来访问目录列表。Python解释器在下面描述的方式中查找模块：

首先，在当前工作目录中查找模块。然后，如果模块在当前目录中找不到，Python将在shell参数PYTHONPATH中的每个目录中查找。一组文件夹组成了名为PYTHONPATH的环境变量。如果仍然找不到，Python将在下载Python时设置的依赖于安装的文件夹中查找。

以下是一个打印路径的示例。

代码：

# Here, we are importing the sys module    
import sys    
# Here, we are printing the path using sys.path    
print("Path of the sys module in the system is:", sys.path)

输出：

Path of the sys module in the system is:
['/home/pyodide', '/home/pyodide/lib/Python310.zip', '/lib/Python3.10', '/lib/Python3.10/lib-dynload', '', '/lib/Python3.10/site-packages']

内置函数dir()

我们可以使用dir()方法来识别模块内声明的名称。

例如，标准模块str中有以下名称。为了打印这些名称，我们将使用dir()方法，如下所示：

代码：

# Here, we are creating a simple Python program to print the directory of a module    
print( "List of functions:\n ", dir( str ), end=", " )

输出：

（输出内容因长度限制而省略）

List of functions:
  ['__add__', '__class__', '__contains__', '__delattr__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__getitem__', '__getnewargs__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__iter__', '__le__', '__len__', '__lt__', '__mod__', '__mul__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__rmod__', '__rmul__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', 'capitalize', 'casefold', 'center', 'count', 'encode', 'endswith', 'expandtabs', 'find', 'format', 'format_map', 'index', 'isalnum', 'isalpha', 'isascii', 'isdecimal', 'isdigit', 'isidentifier', 'islower', 'isnumeric', 'isprintable', 'isspace', 'istitle', 'isupper', 'join', 'ljust', 'lower', 'lstrip', 'maketrans', 'partition', 'removeprefix', 'removesuffix', 'replace', 'rfind', 'rindex', 'rjust', 'rpartition', 'rsplit', 'rstrip', 'split', 'splitlines', 'startswith', 'strip', 'swapcase', 'title', 'translate', 'upper', 'zfill']

命名空间和作用域

变量由名字或标识符表示，称为变量。命名空间是一个包含变量名（键）和与其关联的对象（值）的字典。

Python语句可以访问本地和全局命名空间变量。当局部和全局都存在相同名称的两个变量时，局部变量将起到全局变量的作用。每个函数都有一个单独的局部命名空间。类方法的作用域规则与常规函数相同。Python根据合理的预测来确定参数是局部还是全局的。在方法中分配值的任何变量都被视为局部变量。

因此，在函数内部给全局变量赋值之前，我们必须使用global语句。通过global Var_Name语句，Python被告知Var_Name是一个全局变量。Python停止在局部命名空间中查找变量。

例如，我们在全局命名空间中声明了变量Number。由于我们在函数内部为Number提供了一个值，Python将Number视为局部变量。如果我们在声明全局变量之前或之后尝试访问局部变量的值，将会出现UnboundLocalError错误。

代码：

Number = 204    
def AddNumber():  # here, we are defining a function with the name Add Number  
    # Here, we are accessing the global namespace    
    global Number    
    Number = Number + 200    
print("The number is:", Number)       
# here, we are printing the number after performing the addition  
AddNumber()    # here, we are calling the function  
print("The number is:", Number)

输出：

The number is: 204
The number is: 404

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