模块化程序设计

模块化，模块化指将一个完整的程序分解为一个一个小的模块。通过将模块组合，来搭建出一个完整的程序

包类似于文件夹，模块类似于文件
在Python中一个py文件就是一个模块，要想创建模块，实际上就是创建一个python文件。注意：模块名要符号标识符的规范
模块由语句组成。运行 Python 程序时，按照模块中语句的顺序依次执行。

为什么要模块化编程

不采用模块化，统一将所有的代码编写到一个文件中
采用模块化，将程序分别编写到多个文件中, 优点
① 方便开发
② 方便维护
③ 模块可以复用！

模块化编程的流程

设计 API，进行功能描述。（不涉及代码，用文档描述）
编码实现 API 中描述的功能。
在模块中编写测试代码，并消除全局代码。
使用私有函数实现不被外部客户端调用的模块函数。

模块的 API 和功能描述要点

API(Application Programming Interface 应用程序编程接口)是用于描述模块中提供的函数和类的功能和使用方式。（描述类和函数的功能及使用方式）

模块化编程中，首先设计的就是模块的 API（即要实现的功能描述），然后开始编码实现 API 中描述的功能。最后，在其他模块中导入本模块进行调用。

我们可以通过help(模块名)查看模块的API。一般使用时先导入模块然后通过help查看。

也可以在 python 的 api 文档中查询。首先进入 python 的安装目录下的 docs 子目录；双击打开 chm 文档，即可通过索引输入“math”查询到对应的 API 内容。

我们可以通过__doc__可以获得模块的文档字符串的内容：

salary.py
"""
计算员工工资
"""def yearSalary(monthSalary):"""根据传入的月薪，计算出年薪"""passdef daySalary(monthSalary):"""根据传入的月薪，计算出每天的薪资"""passmain.py
import salary
print(salary.__doc__)
print(salary.yearSalary.__doc__)
print(salary.daySalary.__doc__)输出：
计算员工工资根据传入的月薪，计算出年薪根据传入的月薪，计算出每天的薪资

模块测试代码

每个模块都有一个名称，在每一个模块内部都有一个__name__属性，通过这个属性可以获取到模块的名字
- 在正常情况下，模块名字对应源文件名
- 仅有一个例外，就是当一个模块被作为程序入口时（主程序、交互式提示符下），它的__name__的值为“main”。
  - 一个程序中只会有一个主模块
  - 主模块就是我们直接通过 python 执行的模块

import time as testprint(test.__name__)   #time
print(__name__)        #__main__

举个例子 (通过__name==“main”独立处理模块.)

demo.py 内容分为源代码和测试代码

#coding=utf-8
#-------------src---------------
# 源代码
name = "11111 not func"
add = "http://c.biancheng.net/python"
print(name,add)def say():print("22222  Python！")
class CLanguage:def __init__(self,name,add):self.name = nameself.add = adddef say(self):print(self.name,self.add)#----------test-------------
# 通常情况下，为了检验模板中代码的正确性，我们往往需要为其设计一段测试代码
say()
clangs = CLanguage("C语言中文网","http://c.biancheng.net")
clangs.say()

运行demo.py输出如下

('11111 not func', 'http://c.biancheng.net/python')
22222  Python！
('33333', 'http://c.biancheng.net')

在此基础上，我们可以新建一个 test.py 文件，并在该文件中使用 demo.py 模板文件，即使用 import 语句导入 demo.py：

import demo

运行 test.py 输出如下

('11111 not func', 'http://c.biancheng.net/python')
22222  Python！
('33333', 'http://c.biancheng.net')

可以看到，当执行 test.py 文件时，它同样会执行 demo.py 中用来测试的程序，这显然不是我们想要的效果。正常的效果应该是，只有直接运行模板文件时，测试代码才会被执行；反之，如果是其它程序以引入的方式执行模板文件，则测试代码不应该被执行。
要实现这个效果，可以借助 Python 内置的 name 变量。当直接运行一个模块时，name 变量的值为 main；而将模块被导入其他程序中并运行该程序时，处于模块中的 name 变量的值就变成了模块名。因此，如果希望测试函数只有在直接运行模块文件时才执行，则可在调用测试函数时增加判断，即只有当 name ==‘main’ 时才调用测试函数。
怎么办呢?
- 想要避免这种情况的关键在于，要让 Python 解释器知道，当前要运行的程度代码，是模块文件本身，还是导入模块的其它程序。
- 为了实现这一点，就需要使用 Python 内置的系统变量 name，它用于标识所在模块的模块名。

修改 demo.py 模板文件的测试代码为：
- if name == ‘main’: 的作用是确保只有单独运行该模块时，此表达式才成立，才可以进入此判断语法，执行其中的测试代码；
- 反之，如果只是作为模块导入到其他程序文件中，则此表达式将不成立，运行其它程序时，也就不会执行该判断语句中的测试代码。

if __name__ == '__main__':say()clangs = CLanguage("C语言中文网","http://c.biancheng.net")clangs.say()

运行demo.py输出如下

('11111 not func', 'http://c.biancheng.net/python')
22222  Python！
('33333', 'http://c.biancheng.net')

运行 test.py 输出如下

$ python test.py
('11111 not func', 'http://c.biancheng.net/python')

模块的导入

语法

导入全部

import 模块名

（模块名，就是python文件的名字，注意不要py） #导入一个模块

# 导入sys整个模块
import sys
# 使用sys模块名作为前缀来访问模块中的成员
print(sys.argv[0])

上面在程序中使用 sys 模块内的成员时，必须添加模块名作为前缀。
运行上面程序，可以看到如下输出结果（sys 模块下的 argv 变量用于获取运行 Python 程序的命令行参数，其中 argv[0] 用于获取当前 Python 程序的存储路径）：

C:\Users\mengma\Desktop\hello.py

import 模块名 as 模块别名

导入整个模块时，也可以为模块指定别名。

# 导入sys整个模块，并指定别名为s
import sys as s
# 使用s模块别名作为前缀来访问模块中的成员
print(s.argv[0])

上面在程序中使用 sys 模块内的成员时，必须添加模块别名 s 作为前缀
运行上面程序，可以看到如下输出结果（sys 模块下的 argv 变量用于获取运行 Python 程序的命令行参数，其中 argv[0] 用于获取当前 Python 程序的存储路径）：

C:\Users\mengma\Desktop\hello.py

import 模块 1，模块 2…

也可以一次导入多个模块，多个模块之间用逗号隔开。

# 导入sys、os两个模块
import sys,os
# 使用模块名作为前缀来访问模块中的成员
print(sys.argv[0])
# os模块的sep变量代表平台上的路径分隔符
print(os.sep)

在 Windows 平台上运行该程序，可以看到如下输出结果（os 模块的 sep 变量代表平台上的路径分隔符）：

C:\Users\mengma\Desktop\hello.py
\

import 模块 1 as 模块别名1，模块 2 as 模块别名2…

在导入多个模块的同时，也可以为模块指定别名

# 导入sys、os两个模块，并为sys指定别名s，为os指定别名o
import sys as s,os as o
# 使用模块别名作为前缀来访问模块中的成员
print(s.argv[0])
print(o.sep)

也可以只引入模块中的部分内容

from 模块名 import 成员名

# 导入sys模块的argv成员
from sys import argv
# 使用导入成员的语法，直接使用成员名访问
print(argv[0])

第 2 行代码导入了 sys 模块中的 argv 成员，这样即可在程序中直接使用 argv 成员，无须使用任何前缀。运行该程序，可以看到如下输出结果：

C:\Users\mengma\Desktop\hello.py

from 模块名 import 成员名 as 别名

# 导入sys模块的argv成员，并为其指定别名v
from sys import argv as v
# 使用导入成员（并指定别名）的语法，直接使用成员的别名访问
print(v[0])

第 2 行代码导入了 sys 模块中的 argv 成员，并为该成员指定别名 v，这样即可在程序中通过别名 v 使用 argv 成员，无须使用任何前缀。运行该程序，可以看到如下输出结果：

C:\Users\mengma\Desktop\hello.py

from 模块名 import 成员名1, 成员名2

form…import 导入模块成员时，支持一次导入多个成员，例如如下程序：

# 导入sys模块的argv,winver成员
from sys import argv, winver
# 使用导入成员的语法，直接使用成员名访问
print(argv[0])
print(winver)

上面第 2 行代码导入了 sys 模块中的 argv、 winver 成员，这样即可在程序中直接使用 argv、winver 两个成员，无须使用任何前缀。运行该程序，可以看到如下输出结果（sys 的 winver 成员记录了该 Python 的版本号）：

C:\Users\mengma\Desktop\hello.py
3.6

from 模块 import 成员 1 as 成员别名1，成员2 as 成员别名2…

一次导入多个模块成员时，也可指定别名，同样使用 as 关键字为成员指定别名，例如如下程序：

# 导入sys模块的argv,winver成员，并为其指定别名v、wv
from sys import argv as v, winver as wv
# 使用导入成员（并指定别名）的语法，直接使用成员的别名访问
print(v[0])
print(wv)

上面第 2 行代码导入了 sys 模块中的 argv、winver 成员，并分别为它们指定了别名 v、wv，这样即可在程序中通过 v 和 wv 两个别名使用 argv、winver 成员，无须使用任何前缀。运行该程序，可以看到如下输出结果：

C:\Users\mengma\Desktop\hello.py
3.6

from m import * # 引入到模块中所有内容，一般不会使用

注意：尽量避免“from 模块名 import ”这种写法。它表示导入模块中所有的不是以下划线(_)开头的名字都导入到当前位置。但你不知道你导入什么名字，很有可能会覆盖掉你之前已经定义的名字

ModuleNotFoundError: No module named ‘模块名’

在其它文件中用 import（或 from…import）语句引入该文件时，Python 解释器同时如下错误：
ModuleNotFoundError: No module named ‘模块名’

意思是 Python 找不到这个模块名，这是什么原因导致的呢？

通常情况下，当使用 import 语句导入模块后，Python 会按照以下顺序查找指定的模块文件：

在当前目录，即当前执行的程序文件所在目录下查找；
到 PYTHONPATH（环境变量）下的每个目录中查找；
到 Python 默认的安装目录下查找。

以上所有涉及到的目录，都保存在标准模块 sys 的 sys.path 变量中，通过此变量我们可以看到指定程序文件支持查找的所有目录。换句话说，如果要导入的模块没有存储在 sys.path 显示的目录中，那么导入该模块并运行程序时，Python 解释器就会抛出 ModuleNotFoundError（未找到模块）异常。

解决“Python找不到指定模块”的方法有 3 种，分别是：

向 sys.path 中临时添加模块文件存储位置的完整路径；
将模块放在 sys.path 变量中已包含的模块加载路径中；
设置 path 系统环境变量。

举个例子

创建hello.py和say.py,分别放到不同目录下:

#hello.py
def say ():print("Hello,World!")
#say.py
import hello
hello.say()

显然，hello.py 文件和 say.py 文件并不在同一目录，此时运行 say.py 文件，其运行结果为：

 Traceback (most recent call last):File "C:\Users\mengma\Desktop\say.py", line 1, in <module>import hello
ModuleNotFoundError: No module named 'hello'

可以看到，Python 解释器抛出了 ModuleNotFoundError 异常。

怎么解决

(1) 导入模块方式一：临时添加模块完整路径

模块文件的存储位置，可以临时添加到 sys.path 变量中，即向 sys.path 中添加 D:\python_module（hello.py 所在目录），在 say.py 中的开头位置添加如下代码：

import sys
sys.path.append('D:\\python_module')

需要注意的是，通过该方法添加的目录，只能在执行当前文件的窗口中有效，窗口关闭后即失效。

(2) 导入模块方式二：将模块保存到指定位置

如果要安装某些通用性模块，比如复数功能支持的模块、矩阵计算支持的模块、图形界面支持的模块等，这些都属于对 Python 本身进行扩展的模块，这种模块应该直接安装在 Python 内部，以便被所有程序共享，此时就可借助于 Python 默认的模块加载路径。
通常来说，我们默认将 Python 的扩展模块添加在 lib\site-packages 路径下，它专门用于存放 Python 的扩展模块和包。

所以，我们可以直接将我们已编写好的 hello.py 文件添加到 lib\site-packages 路径下，就相当于为 Python 扩展了一个 hello 模块，这样任何 Python 程序都可使用该模块。

移动工作完成之后，再次运行 say.py 文件，可以看到成功运行的结果：

Hello,World!

(3) 导入模块方式三：设置环境变量

PYTHONPATH 环境变量（简称 path 变量）的值是很多路径组成的集合，Python 解释器会按照 path 包含的路径进行一次搜索，直到找到指定要加载的模块。当然，如果最终依旧没有找到，则 Python 就报 ModuleNotFoundError 异常。
由于不同平台，设置 path 环境变量的设置流程不尽相同

(3.1) windows平台下

如上图, 通过该对话框，就可以完成 path 环境变量的设置。需要注意的是，该对话框分为上下 2 部分，其中上面的“用户变量”部分用于设置当前用户的环境变量，下面的“系统变量”部分用于设置整个系统的环境变量。
通常情况下，建议大家设置设置用户的 path 变量即可，因为此设置仅对当前登陆系统的用户有效，而如果修改系统的 path 变量，则对所有用户有效。
对于普通用户来说，设置用户 path 变量和系统 path 变量的效果是相同的，但 Python 在使用 path 变量时，会先按照系统 path 变量的路径去查找，然后再按照用户 path 变量的路径去查找。
这里我们选择设置当前用户的 path 变量。单击用户变量中的“新建”按钮，系统会弹出下图

其中，在“变量名”文本框内输入 PYTHONPATH，表明将要建立名为 PYTHONPATH 的环境变量；在“变量值”文本框内输入 .;d:\python_ module。注意，这里其实包含了两条路径（以分号；作为分隔符）：
- 第一条路径为一个点（.），表示当前路径，当运行 Python 程序时，Python 将可以从当前路径加载模块；
- 第二条路径为 d:\python_ module，当运行 Python 程序时，Python 将可以从 d:\python_ module 中加载模块。
然后点击“确定”，即成功设置 path 环境变量。此时，我们只需要将模块文件移动到和引入该模块的文件相同的目录，或者移动到 d:\python_ module 路径下，该模块就能被成功加载。

(3.2) 在 Linux 上设置环境变量

启动 Linux 的终端窗口，进入当前用户的 home 路径下，然后在 home 路径下输入如下命令：

ls - a

该命令将列出当前路径下所有的文件，包括隐藏文件。Linux 平台的环境变量是通过 .bash_profile 文件来设置的，使用无格式编辑器打开该文件，在该文件中添加 PYTHONPATH 环境变量。也就是为该文件增加如下一行：

#设置PYTHON PATH 环境变量
PYTHONPATH=.:/home/mengma/python_module

Linux 与 Windows 平台不一样，多个路径之间以冒号（:）作为分隔符，因此上面一行同样设置了两条路径，点（.）代表当前路径，还有一条路径是 /home/mengma/python_module（mengma 是在 Linux 系统的登录名）。
在完成了 PYTHONPATH 变量值的设置后，在 .bash_profile 文件的最后添加导出 PYTHONPATH 变量的语句。

#导出PYTHONPATH 环境变量
export PYTHONPATH

重新登录 Linux 平台，或者执行如下命令：

source.bash_profile

(3.3) 在Mac OS X 上设置环境变量

在 Mac OS X 上设置环境变量与 Linux 大致相同（因为 Mac OS X 本身也是类 UNIX 系统）。启动 Mac OS X 的终端窗口（命令行界面），进入当前用户的 home 路径下，然后在 home 路径下输入如下命令：

ls -a

该命令将列出当前路径下所有的文件，包括隐藏文件。Mac OS X 平台的环境变量也可通过，bash_profile 文件来设置，使用无格式编辑器打开该文件，在该文件中添加 PYTHONPATH 环境变量。也就是为该文件增加如下一行：

#设置PYTHON PATH 环境变盘
PYTHONPATH=.:/Users/mengma/python_module

在完成了 PYTHONPATH 变量值的设置后，在 .bash_profile 文件的最后添加导出 PYTHONPATH 变量的语句。

#导出PYTHON PATH 环境变量
export PYTHONPATH

重新登录 Mac OS X 系统，或者执行如下命令：

source .bash_profile

import()

import可以在程序的任意位置调用，但是一般情况下，import语句都会统一写在程序的开头

我们一般通过 import 语句实现模块的导入和使用，import 本质上是使用了内置函数__import__()
当我们通过 import 导入一个模块时，python 解释器进行执行，最终会生成一个对象，这个对象就代表了被加载的模块。

import math
print(id(math))
print(type(math))
print(math.pi) #通过math.成员名来访问模块中的成员输出：
2065342821784
<class 'module'>
3.141592653589793

import 语句本质上就是调用内置函数__import__()，我们可以通过它实现动态导入。给__import__()动态传递不同的的参数值，就能导入不同的模块。

s = 'math'
m = __import__(s)
print(m.pi)输出：
3.141592653589793

为啥需要__import__()

模块文件可以起名为类似“a b”的形式。但这和 Python 语法相矛盾，换句话说，Python 是以空格来隔离一行语句中的不同元素的，如果模块名中出现空格，就无法再使用 import 引入。
不仅如此，如果模块名称以数字开头，也无法使用 import 语句正常导入。例如将 "demo text"模块文件名改为 “1demo”，并使用 import 尝试导入，也会报 SyntaxError 错误：

>>>import demo textSyntaxError: invalid syntax>>> import 1demoSyntaxError: invalid syntax

此时,可以使用Python 提供的 import() 内置函数引入模块

__import__("demo text")
__import__("1demo")

注意

注意：一般不建议我们自行使用__import__()导入，其行为在 python2 和 python3 中有差异，会导致意外错误。如果需要动态导入可以使用 importlib 模块。

import importlib
a  = importlib.import_module('math')
print(a.pi)输出：
3.141592653589793

Python all变量用法

事实上，当我们向文件导入某个模块时，导入的是该模块中那些名称不以下划线（单下划线“_”或者双下划线“__”）开头的变量、函数和类。因此，如果我们不想模块文件中的某个成员被引入到其它文件中使用，可以在其名称前添加下划线。

举个例子:

#demo.py
def say():print("人生苦短，我学Python！")
def CLanguage():print("C语言中文网：http://c.biancheng.net")
def disPython():print("Python教程：http://c.biancheng.net/python")
#test.py
from demo import *
say()
CLanguage()
disPython()

执行 test.py 文件，输出结果为：

人生苦短，我学Python！
C语言中文网：http://c.biancheng.net
Python教程：http://c.biancheng.net/python

在此基础上，如果 demo.py 模块中的 disPython() 函数不想让其它文件引入，则只需将其名称改为 _disPython() 或者 __disPython()。修改之后，再次执行 test.py，其输出结果为：

人生苦短，我学Python！
C语言中文网：http://c.biancheng.net
Traceback (most recent call last):File "C:/Users/mengma/Desktop/2.py", line 4, in <module>disPython()
NameError: name 'disPython' is not defined

除此之外，还可以借助模块提供的 __all__ 变量，该变量的值是一个列表，存储的是当前模块中一些成员（变量、函数或者类）的名称。通过在模块文件中设置 __all__ 变量，当其它文件以“from 模块名 import *”的形式导入该模块时，该文件中只能使用 __all__ 列表中指定的成员

也就是说，只有以“from 模块名 import *”形式导入的模块，当该模块设有 __all__ 变量时，只能导入该变量指定的成员，未指定的成员是无法导入的。

举个例子:

def say():print("人生苦短，我学Python！")
def CLanguage():print("C语言中文网：http://c.biancheng.net")
def disPython():print("Python教程：http://c.biancheng.net/python")
__all__ = ["say","CLanguage"]

可见，__all__ 变量只包含 say() 和 CLanguage() 的函数名，不包含 disPython() 函数的名称。此时直接执行 test.py 文件，其执行结果为：

人生苦短，我学Python！
C语言中文网：http://c.biancheng.net
Traceback (most recent call last):File "C:/Users/mengma/Desktop/2.py", line 4, in <module>disPython()
NameError: name 'disPython' is not defined

再次声明，__all__ 变量仅限于在其它文件中以“from 模块名 import *”的方式引入。也就是说，如果使用以下 2 种方式引入模块，则 __all__ 变量的设置是无效的。
- 1. 以“import 模块名”的形式导入模块。通过该方式导入模块后，总可以通过模块名前缀（如果为模块指定了别名，则可以使用模快的别名作为前缀）来调用模块内的所有成员（除了以下划线开头命名的成员）。
1. 以“from 模块名 import 成员”的形式直接导入指定成员。使用此方式导入的模块，__all__ 变量即便设置，也形同虚设。

模块的加载问题

可以引入同一个模块多次，但是模块的实例只会创建一个

import math
print(id(math))
import math as m
print(id(m))输出：
2250728961432
2250728961432

有时候我们确实需要重新加载一个模块，这时候可以使用：importlib.reload() 方法。

import 加载的模块分为四个通用类别：

使用 python 编写的代码（.py 文件）；
已被编译为共享库或 DLL 的 C 或 C++扩展；
包好一组模块的包
使用 C 编写并链接到 python 解释器的内置模块；

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