Python模块与包:代码的组织艺术

# 一个超大的文件，有10000行代码# 前面3000行是数学工具# 中间3000行是字符串处理工具# 后面4000行是文件处理工具# 想找一个函数？翻几千行代码# 想修改一个功能？可能影响其他地方# 和别人合作？文件冲突

# math_tools.py - 数学工具# string_tools.py - 字符串工具# file_tools.py - 文件工具# 需要哪个工具，导入哪个模块# 清晰、整洁、易维护

# 导入整个模块import math# 使用模块中的函数result = math.sqrt(16)  # 4.0print(f"16的平方根: {result}")# 使用模块中的变量print(f"圆周率: {math.pi}")  # 3.141592653589793# 使用模块中的函数angle = 45radians = math.radians(angle)  # 角度转弧度print(f"{angle}度 = {radians}弧度")

# 导入特定功能from math import sqrt, pi# 直接使用，不用写模块名result = sqrt(25)  # 5.0print(f"25的平方根: {result}")print(f"圆周率: {pi}")# 导入多个功能from math import sin, cos, tanangle = 30rad = math.radians(angle)print(f"sin({angle}°) = {sin(rad):.2f}")# 导入所有功能（不推荐）# from math import *  # 导入所有，可能造成命名冲突

# 给模块起简短的名字import numpy as npimport pandas as pdimport matplotlib.pyplot as plt# 使用# data = pd.read_csv("data.csv")# 这样代码更简洁

# 1. random - 随机数import random# 随机整数dice = random.randint(1, 6)  # 1-6的随机整数print(f"掷骰子: {dice}")# 随机选择colors = ["红", "绿", "蓝", "黄"]lucky_color = random.choice(colors)print(f"幸运颜色: {lucky_color}")# 打乱顺序cards = ["A", "K", "Q", "J", "10"]random.shuffle(cards)print(f"洗牌后: {cards}")

# 2. datetime - 日期时间from datetime import datetime, date, timedelta# 当前时间now = datetime.now()print(f"当前时间: {now}")print(f"年: {now.year}, 月: {now.month}, 日: {now.day}")# 格式化时间formatted = now.strftime("%Y年%m月%d日 %H:%M:%S")print(f"格式化: {formatted}")# 计算日期today = date.today()tomorrow = today + timedelta(days=1)print(f"今天: {today}, 明天: {tomorrow}")

# 3. os - 文件操作import os# 获取当前目录current_dir = os.getcwd()print(f"当前目录: {current_dir}")# 列出目录内容# files = os.listdir(".")  # 列出当前目录# for file in files:#     print(file)# 检查文件是否存在if os.path.exists("test.txt"):    print("test.txt 存在")else:    print("test.txt 不存在")

# 4. time - 时间控制import timeprint("开始计时...")time.sleep(1)  # 暂停1秒print("1秒后...")time.sleep(0.5)  # 暂停0.5秒print("又过了0.5秒...")# 计算程序运行时间start = time.time()# 模拟一些操作for i in range(1000000):    passend = time.time()print(f"循环耗时: {end - start:.4f}秒")

# 安装包pip install 包名# 安装特定版本pip install 包名==版本号# 升级包pip install --upgrade 包名# 卸载包pip uninstall 包名# 列出已安装的包pip list# 保存包列表到文件pip freeze > requirements.txt# 从文件安装包pip install -r requirements.txt

# 先安装：pip install requestsimport requests# 发送GET请求response = requests.get("https://api.github.com")print(f"状态码: {response.status_code}")  # 200表示成功print(f"内容类型: {response.headers['content-type']}")# 获取JSON数据if response.status_code == 200:    data = response.json()  # 如果是JSON，转换为字典    print(f"GitHub API版本: {data.get('current_user_url')}")# 发送POST请求（带参数）url = "https://httpbin.org/post"data = {"name": "张三", "age": 25}response = requests.post(url, data=data)print(f"POST响应: {response.json()}")# 下载文件url = "https://www.python.org/static/img/python-logo.png"response = requests.get(url)with open("python_logo.png", "wb") as f:    f.write(response.content)print("文件下载完成")

# 保存为 calculator.py# 这是一个计算器模块def add(a, b):    """加法"""    return a + bdef subtract(a, b):    """减法"""    return a - bdef multiply(a, b):    """乘法"""    return a * bdef divide(a, b):    """除法"""    if b == 0:        return "错误：除数不能为0"    return a / b# 模块级别的变量PI = 3.14159VERSION = "1.0.0"

# 保存为 main.py，和calculator.py在同一个目录import calculator# 使用模块中的函数result1 = calculator.add(10, 5)result2 = calculator.multiply(3, 4)result3 = calculator.divide(10, 2)print(f"10 + 5 = {result1}")print(f"3 × 4 = {result2}")print(f"10 ÷ 2 = {result3}")# 使用模块中的变量print(f"π的值: {calculator.PI}")print(f"版本: {calculator.VERSION}")# 也可以这样导入from calculator import add, subtractprint(f"使用直接导入: 8 - 3 = {subtract(8, 3)}")

"""calculator.py这是一个计算器模块，提供基本的数学运算功能。作者: 张三版本: 1.0.0"""def add(a, b):    """    计算两个数的和    参数:    a -- 第一个数    b -- 第二个数    返回:    两个数的和    """    return a + b# 其他函数...

import calculator# 查看模块文档print(calculator.__doc__)# 查看函数文档print(calculator.add.__doc__)# 查看模块有哪些功能print(dir(calculator))

my_package/           # 包目录├── __init__.py       # 包的初始化文件├── module1.py        # 模块1├── module2.py        # 模块2└── subpackage/       # 子包    ├── __init__.py    └── module3.py

my_math/              # 包名├── __init__.py       # 必须有的文件├── basic.py          # 基本运算模块├── advanced.py       # 高级运算模块└── utils.py          # 工具模块

# my_math/basic.py"""基本数学运算"""def add(a, b):    return a + bdef multiply(a, b):    return a * b# my_math/advanced.py"""高级数学运算"""def power(base, exp):    return base ** expdef factorial(n):    if n == 0:        return 1    return n * factorial(n - 1)# my_math/utils.py"""工具函数"""def is_even(n):    return n % 2 == 0def is_prime(n):    if n < 2:        return False    for i in range(2, int(n ** 0.5) + 1):        if n % i == 0:            return False    return True

"""my_math 包一个数学工具包"""# 导入包中的模块from .basic import add, multiplyfrom .advanced import power, factorialfrom .utils import is_even, is_prime# 包版本__version__ = "1.0.0"__author__ = "张三"# 可以在这里定义包级别的变量PI = 3.141592653589793E = 2.718281828459045

# 方法1：导入整个包import my_mathprint(f"5 + 3 = {my_math.add(5, 3)}")print(f"5的阶乘 = {my_math.factorial(5)}")print(f"7是质数吗? {my_math.is_prime(7)}")print(f"π = {my_math.PI}")# 方法2：从包中导入特定模块from my_math import basic, advancedprint(f"使用basic模块: 4 × 6 = {basic.multiply(4, 6)}")print(f"使用advanced模块: 2³ = {advanced.power(2, 3)}")# 方法3：从包中导入特定功能from my_math.basic import addfrom my_math.utils import is_evenprint(f"直接导入: 10 + 20 = {add(10, 20)}")print(f"10是偶数吗? {is_even(10)}")

# calculator.pydef add(a, b):    return a + bdef test():    print("测试add函数...")    print(f"2 + 3 = {add(2, 3)}")# 这行代码在导入时也会执行test()  # 问题：别人导入这个模块时，测试代码也会运行

# calculator.pydef add(a, b):    return a + bdef test():    print("测试add函数...")    print(f"2 + 3 = {add(2, 3)}")# 只有直接运行这个文件时，才会执行if __name__ == "__main__":    test()    print("calculator.py 被直接运行")else:    print(f"calculator.py 被导入为模块，模块名: {__name__}")

# 文件: my_module.pyprint(f"__name__ 的值是: {__name__}")if __name__ == "__main__":    print("这个文件被直接运行")else:    print("这个文件被导入")# 文件: main.pyimport my_moduleprint("main.py 执行完成")

# 直接运行 my_module.py__name__ 的值是: __main__这个文件被直接运行# 运行 main.py__name__ 的值是: my_module这个文件被导入main.py 执行完成

# 一个完整的模块示例def add(a, b):    """加法"""    return a + bdef subtract(a, b):    """减法"""    return a - bdef multiply(a, b):    """乘法"""    return a * bdef divide(a, b):    """除法"""    if b == 0:        return "错误：除数不能为0"    return a / bdef run_tests():    """运行测试"""    print("运行测试...")    print(f"测试 add: 5 + 3 = {add(5, 3)}")    print(f"测试 subtract: 10 - 4 = {subtract(10, 4)}")    print(f"测试 multiply: 6 * 7 = {multiply(6, 7)}")    print(f"测试 divide: 15 / 3 = {divide(15, 3)}")    print(f"测试 divide 除零: 5 / 0 = {divide(5, 0)}")    print("测试完成！")def main():    """主函数"""    print("=== 计算器程序 ===")    print("1. 加法")    print("2. 减法")    print("3. 乘法")    print("4. 除法")    choice = input("请选择操作 (1-4): ")    a = float(input("输入第一个数: "))    b = float(input("输入第二个数: "))    if choice == "1":        result = add(a, b)        print(f"结果: {a} + {b} = {result}")    elif choice == "2":        result = subtract(a, b)        print(f"结果: {a} - {b} = {result}")    elif choice == "3":        result = multiply(a, b)        print(f"结果: {a} × {b} = {result}")    elif choice == "4":        result = divide(a, b)        print(f"结果: {a} ÷ {b} = {result}")    else:        print("无效的选择")# 如果是直接运行这个文件，执行主程序# 如果是被导入，不执行主程序if __name__ == "__main__":    main()

# 任务：创建一个string_utils.py模块# 包含以下函数：# 1. reverse_string(s) - 反转字符串# 2. count_vowels(s) - 统计元音字母数量# 3. is_palindrome(s) - 判断是否是回文# 4. 添加测试代码，用if __name__ == "__main__"保护# 完成后，创建另一个文件main.py，导入并使用这个模块

# 任务：安装colorama包，让终端输出有颜色# 1. pip install colorama# 2. 使用colorama输出彩色文本# 3. 创建一个彩色日志系统from colorama import init, Fore, Back, Styleinit(autoreset=True)  # 自动重置颜色print(Fore.RED + "这是红色文字")print(Back.GREEN + "这是绿色背景")print(Style.BRIGHT + "这是加粗文字")

# 文件结构：# project/#   ├── utils/#   │   ├── __init__.py#   │   ├── math_utils.py#   │   └── string_utils.py#   └── main.py# 任务：在math_utils.py中定义一些数学函数# 在string_utils.py中定义一些字符串函数# 在main.py中导入并使用它们# 理解相对导入和绝对导入

# ❌ 错误import mymodule # ModuleNotFoundError: No module named 'mymodule'# ✅ 解决方法：# 1. 确保模块文件在当前目录# 2. 确保模块文件是.py文件# 3. 检查文件名拼写

# ❌ 错误：a.py 导入 b.py，b.py 又导入 a.py# a.pyimport b# b.pyimport a  # 循环导入，可能导致错误# ✅ 解决方法：# 重新设计代码结构，避免循环导入

# ❌ 错误my_package/    module1.py    module2.py# 缺少__init__.py，Python不认为这是包# ✅ 解决方法：# 添加空的__init__.py文件

# ❌ 不推荐的导入顺序import sysimport osfrom mymodule import somethingimport math  # 标准库应该在最前面# ✅ 推荐的导入顺序：# 1. 标准库# 2. 第三方库# 3. 自己的模块import mathimport osimport sysimport requestsimport pandasfrom mymodule import something