搞懂Python包之後,感覺學Python輕鬆多了

2021-03-02 麥叔編程
1 前言

學習方法不對，事倍功半！學習方法對了，事半功倍。

學編程，要先紮實的學好基礎語法和結構，剩下的就是不斷的實戰應用，同時按需加強相關知識。

Python的包就是這裡說的基礎語法結構之一。

把手放在胸口上，問問自己，你對Python包的了解有多少？然後認真看完本文。你的今天一定是有進步的。

包是基於模塊的，是對模塊的組織，建議和另一篇模塊文章一起看，融會貫通起來。模塊文章連結見文末往期推薦第1篇。

2 Python包

假設你已經開發了一個包含許多模塊的非常大的應用程式。隨著模塊數量的增長，如果將它們都放到一個位置，則很難跟蹤所有模塊。如果它們有相似的名稱或功能，情況會更糟。你可能希望把他們放在不同的文件夾中，這就是Python中的包。

包(package)允許使用點表示法對模塊名稱空間進行分層結構。就像模塊可以避免全局變量名之間的衝突一樣，包也可以避免模塊名之間的衝突。

創建包非常簡單，因為它利用了作業系統固有的分層文件結構。參考下面的目錄結構:

pkg
├── mod1.py
└── mod2.py
這裡有一個名為pkg的目錄，其中包含兩個模塊，mod1.py和mod2.py。模塊的內容有:
mod1.py
def foo():
    print('[mod1] foo()')

class Foo:
    pass
mod2.py
def bar():
    print('[mod2] bar()')

class Bar:
    pass
根據這個結構，如果pkg目錄位於一個可以找到它的位置(在sys.path中包含的一個目錄中)，你可以用點符號引用這兩個模塊(pkg.mod1, pkg.mod2)，然後用你已經熟悉的語法導入它們:
import <module_name>[, <module_name> ...]
>>> import pkg.mod1, pkg.mod2
>>> pkg.mod1.foo()
[mod1] foo()
>>> x = pkg.mod2.Bar()
>>> x
<pkg.mod2.Bar object at 0x033F7290>
from <module_name> import <name(s)>
>>> from pkg.mod1 import foo
>>> foo()
[mod1] foo()
from <module_name> import <name> as <alt_name>
>>> from pkg.mod2 import Bar as Qux
>>> x = Qux()
>>> x
<pkg.mod2.Bar object at 0x036DFFD0>
你也可以用這些語句來導入模塊:
from <package_name> import <modules_name>[, <module_name> ...]
from <package_name> import <module_name> as <alt_name>
>>> from pkg import mod1
>>> mod1.foo()
[mod1] foo()

>>> from pkg import mod2 as quux
>>> quux.bar()
[mod2] bar()
從技術上講，你也可以直接導入這個包:
>>> import pkg
>>> pkg
<module 'pkg' (namespace)>
但這沒什麼用。儘管嚴格地說，這是一個語法正確的Python語句，但它並沒有把pkg中的任何模塊放到本地命名空間中:
>>> pkg.mod1
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#34>", line 1, in <module>
    pkg.mod1
AttributeError: module 'pkg' has no attribute 'mod1'
>>> pkg.mod1.foo()
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#35>", line 1, in <module>
    pkg.mod1.foo()
AttributeError: module 'pkg' has no attribute 'mod1'
>>> pkg.mod2.Bar()
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#36>", line 1, in <module>
    pkg.mod2.Bar()
AttributeError: module 'pkg' has no attribute 'mod2'
要實際導入模塊或其內容，需要使用上面展示的import例子。
3 包初始化 
如果一個名為__init__.py的文件存在於包目錄中，它會在導入包或包中的模塊時被調用。這可以用於執行包初始化代碼，比如包級數據的初始化。
例如以下__init__.py文件:
__init__.py
print(f'Invoking __init__.py for {__name__}')
A = ['quux', 'corge', 'grault']
讓我們把上面例子中的這個文件添加到pkg目錄中:
pkg
├── __init__.py
├── mod1.py
└── mod2.py
現在，當包被導入時，A就會被初始化:
>>> import pkg
Invoking __init__.py for pkg
>>> pkg.A
['quux', 'corge', 'grault']
包中的模塊可以訪問包裡的全局變量:
mod1.py
def foo():
    from pkg import A
    print('[mod1] foo() / A = ', A)

class Foo:
    pass
>>> from pkg import mod1
Invoking __init__.py for pkg
>>> mod1.foo()
[mod1] foo() / A =  ['quux', 'corge', 'grault']
__init__.py也可以用來實現從包中自動導入模塊。例如，前面你看到import pkg語句只將名稱pkg放在調用者的局部符號表中，而不導入任何模塊。但是如果pkg目錄中的__init__.py包含以下內容:
__init__.py
print(f'Invoking __init__.py for {__name__}')
import pkg.mod1, pkg.mod2
然後當你執行import pkg，模塊mod1和mod2自動導入:
>>> import pkg
Invoking __init__.py for pkg
>>> pkg.mod1.foo()
[mod1] foo()
>>> pkg.mod2.bar()
[mod2] bar()
注意:大部分Python文檔都聲明在創建包時必須在包目錄中存在__init__.py文件。這曾經是必須的。過去，__init__.py的存在對Python來說意味著正在定義一個包。該文件可以包含初始化代碼，甚至可以為空，但它必須存在。從Python 3.3開始，引入了隱式命名空間包。這些允許創建一個沒有任何__init__.py文件的包。當然，如果需要包初始化，它仍然可以存在。但現在不再是必須的了。
4 Importing * From a Package 
為了以下討論的目的，先前定義的包被擴展以包含一些額外的模塊:
pkg
├── mod1.py
├── mod2.py
├── mod3.py
└── mod4.py
pkg目錄中現在定義了四個模塊。其內容如下:
mod1.py
def foo():
    print('[mod1] foo()')

class Foo:
    pass
mod2.py
def bar():
    print('[mod2] bar()')

class Bar:
    pass
mod3.py
def baz():
    print('[mod3] baz()')

class Baz:
    pass
mod4.py
def qux():
    print('[mod4] qux()')

class Qux:
    pass
正如你所看到，當import *用於一個模塊時，該模塊中的所有對象都被導入到本地符號表中，除了那些名稱以下劃線開頭的對象:
>>> dir()
['__annotations__', '__builtins__', '__doc__', '__loader__', '__name__',
'__package__', '__spec__']

>>> from pkg.mod3 import *

>>> dir()
['Baz', '__annotations__', '__builtins__', '__doc__', '__loader__', '__name__',
'__package__', '__spec__', 'baz']
>>> baz()
[mod3] baz()
>>> Baz
<class 'pkg.mod3.Baz'>
一個包的類似聲明是這樣的:
from <package_name> import *
這行代碼做了什麼呢?
>>> dir()
['__annotations__', '__builtins__', '__doc__', '__loader__', '__name__',
'__package__', '__spec__']

>>> from pkg import *
>>> dir()
['__annotations__', '__builtins__', '__doc__', '__loader__', '__name__',
'__package__', '__spec__']
嗯。好像什麼也沒做。你可能期望Python會深入到包目錄中，找到它所能找到的所有模塊，並將它們全部導入。但正如你所看到的，默認情況下並不是這樣的。
相反，Python遵循以下約定:如果包目錄中的__init__.py文件包含名為__all__的列表，當遇到import *語句時，它將被視為應該導入的模塊列表。
對於現在的例子，假設你像這樣在pkg目錄中創建一個__init__.py:
pkg/__init__.py
__all__ = [
        'mod1',
        'mod2',
        'mod3',
        'mod4'
        ]
現在用import *導入所有四個模塊:
>>> dir()
['__annotations__', '__builtins__', '__doc__', '__loader__', '__name__',
'__package__', '__spec__']

>>> from pkg import *
>>> dir()
['__annotations__', '__builtins__', '__doc__', '__loader__', '__name__',
'__package__', '__spec__', 'mod1', 'mod2', 'mod3', 'mod4']
>>> mod2.bar()
[mod2] bar()
>>> mod4.Qux
<class 'pkg.mod4.Qux'>
使用import *仍然不被認為是很好的形式，無論是對包還是模塊來說都是如此。但是這個功能至少讓包的創建者對指定import *時發生的事情有一定的控制。(事實上，它提供了完全禁止它的能力，只要拒絕定義__all__就行了。如你所見，包的默認行為是不導入任何內容。)
順便說一下，__all__也可以在模塊中定義，並達到同樣的目的:控制import *導入的內容。例如，修改mod1.py如下:pkg/mod1.py
__all__ = ['foo']

def foo():
    print('[mod1] foo()')

class Foo:
    pass
現在，pkg.mod1中的import *語句只會導入包含在__all__中的內容:
>>> dir()
['__annotations__', '__builtins__', '__doc__', '__loader__', '__name__',
'__package__', '__spec__']

>>> from pkg.mod1 import *
>>> dir()
['__annotations__', '__builtins__', '__doc__', '__loader__', '__name__',
'__package__', '__spec__', 'foo']

>>> foo()
[mod1] foo()
>>> Foo
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#37>", line 1, in <module>
    Foo
NameError: name 'Foo' is not defined
foo()(函數)現在定義在本地命名空間中，但foo(類)沒有定義，因為後者不在__all__中。
總之，當import *被指定時，__all__會被包和模塊用來控制導入的內容。但是默認行為是不同的:
對於一個包：當__all__沒有定義,import *不導入任何東西。對於一個模塊：當__all__沒有定義,import *導入所有內容(除了以下劃線開頭的名稱)。
5 子包 
包可以包含任意深度的嵌套子包。例如，讓我們對示例包目錄再做一個修改，如下所示:
pkg
├── sub_pkg1
│   ├── mod1.py
│   └── mod2.py
└── sub_pkg2
    ├── mod3.py
    └── mod4.py
四個模塊(mod1.py, mod2.py, mod3.py和mod4.py)的定義如前所述。但是現在，它們不是被集中到pkg目錄中，而是被分成兩個子目錄，sub_pkg1和sub_pkg2。
導入仍然和前面顯示的一樣工作。語法類似，但是額外的點符號用於分隔包名和子包名:
>>> import pkg.sub_pkg1.mod1
>>> pkg.sub_pkg1.mod1.foo()
[mod1] foo()

>>> from pkg.sub_pkg1 import mod2
>>> mod2.bar()
[mod2] bar()

>>> from pkg.sub_pkg2.mod3 import baz
>>> baz()
[mod3] baz()

>>> from pkg.sub_pkg2.mod4 import qux as grault
>>> grault()
[mod4] qux()
此外，一個子包中的模塊可以引用同級子包中的對象(如果同級子包包含你需要的某些功能)。例如，假設你想從mod3模塊中導入並執行mod1中的函數foo()。你可以使用絕對導入:
pkg/sub_pkg2/mod3.py
def baz():
    print('[mod3] baz()')

class Baz:
    pass
from pkg.sub_pkg1.mod1 import foo
foo()
 
>>> from pkg.sub_pkg2 import mod3
[mod1] foo()
>>> mod3.foo()
[mod1] foo()
或者你可以使用相對導入，其中..指的是上一級的包。從mod3.py中引用的話也就是sub_pkg2這一層。
..結果為父包(pkg),../sub_pkg1結果為子包sub_pkg1。
pkg/sub_pkg2/mod3.py
def baz():
    print('[mod3] baz()')

class Baz:
    pass

from .. import sub_pkg1
print(sub_pkg1)
from ..sub_pkg1.mod1 import foo
foo()
>>> from pkg.sub_pkg2 import mod3
<module 'pkg.sub_pkg1' (namespace)>
[mod1] foo()
6 麥叔廣告時間 
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