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老齐 · 更新于 2018-06-20 05:01:23

编写模块

在本章之前,Python 还没有显示出太突出的优势。本章开始,读者就会越来越感觉到 Python 的强大了。这种强大体现在“模块自信”上,因为 Python 不仅有很强大的自有模块(称之为标准库),还有海量的第三方模块,任何人还都能自己开发模块,正是有了这么强大的“模块自信”,才体现了 Python 的优势所在。并且这种方式也正在不断被更多其它语言所借鉴。

“模块自信”的本质是:开放。

Python 不是一个封闭的体系,是一个开放系统。开放系统的最大好处就是避免了“熵增”。

熵的概念是由德国物理学家克劳修斯于 1865 年(这一年李鸿章建立了江南机械制造总局,美国废除奴隶制,林肯总统遇刺身亡,美国南北战争结束。)所提出。是一种测量在动力学方面不能做功的能量总数,也就是当总体的熵增加,其做功能力也下降,熵的量度正是能量退化的指标。

熵亦被用于计算一个系统中的失序现象,也就是计算该系统混乱的程度。

根据熵的统计学定义, 热力学第二定律说明一个孤立系统的倾向于增加混乱程度。换句话说就是对于封闭系统而言,会越来越趋向于无序化。反过来,开放系统则能避免无序化。

回忆过去

在本教程的《语句(1)》中,曾经介绍了 import 语句,有这样一个例子:

>>> import math
>>> math.pow(3,2)
9.0

这里的 math 就是一个模块,用 import 引入这个模块,然后可以使用模块里面的函数,比如这个 pow() 函数。显然,这里我们是不需要自己动手写具体函数的,我们的任务就是拿过来使用。这就是模块的好处:拿过来就用,不用自己重写。

模块是程序

这个标题,一语道破了模块的本质,它就是一个扩展名为 .py 的 Python 程序。我们能够在应该使用它的时候将它引用过来,节省精力,不需要重写雷同的代码。

但是,如果我自己写一个 .py 文件,是不是就能作为模块 import 过来呢?还不那么简单。必须得让 Python 解释器能够找到你写的模块。比如:在某个目录中,我写了这样一个文件:

#!/usr/bin/env Python
# coding=utf-8

lang = "python"

并把它命名为 pm.py,那么这个文件就可以作为一个模块被引入。不过由于这个模块是我自己写的,Python 解释器并不知道,我得先告诉它我写了这样一个文件。

>>> import sys
>>> sys.path.append("~/Documents/VBS/StartLearningPython/2code/pm.py")

用这种方式就是告诉 Python 解释器,我写的那个文件在哪里。在这个告诉方法中,也用了一个模块 import sys,不过由于 sys 模块是 Python 被安装的时候就有的,所以不用特别告诉,Python 解释器就知道它在哪里了。

上面那个一长串的地址,是 ubuntu 系统的地址格式,如果读者使用的 windows 系统,请写你所保存的文件路径。

>>> import pm
>>> pm.lang
'python'

本来在 pm.py 文件中,有一个变量 lang = "Python",这次它作为模块引入(注意作为模块引入的时候,不带扩展名),就可以通过模块名字来访问变量 pm.py,当然,如果不存在的属性这么去访问,肯定是要报错的。

>>> pm.xx
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'module' object has no attribute 'xx'

请读者回到 pm.py 文件的存储目录,是不是多了一个扩展名是 .pyc 的文件?如果不是,你那个可能是外星人用的 Python。

解释器,英文是:interpreter,港台翻译为:直译器。在 Python 中,它的作用就是将 .py 的文件转化为 .pyc 文件,而 .pyc 文件是由字节码(bytecode)构成的,然后计算机执行 .pyc 文件。关于这方面的详细解释,请参阅维基百科的词条:直译器

不少人喜欢将这个世界简化简化再简化。比如人,就分为好人还坏人,比如编程语言就分为解释型和编译型,不但如此,还将两种类型的语言分别贴上运行效率高低的标签,解释型的运行速度就慢,编译型的就快。一般人都把 Python 看成解释型的,于是就得出它运行速度慢的结论。不少人都因此上当受骗了,认为 Python 不值得学,或者做不了什么“大事”。这就是将本来复杂的多样化的世界非得划分为“黑白”的结果。这种喜欢用“非此即彼”的思维方式考虑问题的现象可以说在现在很常见,比如一提到“日本人”,都该杀,这基本上是小孩子的思维方法,可惜在某个过度内大行其道。

世界是复杂的,“敌人的敌人就是朋友”是幼稚的,“一分为二”是机械的。

就如同刚才看到的那个 .pyc 文件一样,当 Python 解释器读取了 .py 文件,先将它变成由字节码组成的 .pyc 文件,然后这个 .pyc 文件交给一个叫做 Python 虚拟机的东西去运行(那些号称编译型的语言也是这个流程,不同的是它们先有一个明显的编译过程,编译好了之后再运行)。如果 .py 文件修改了,Python 解释器会重新编译,只是这个编译过程不是完全显示给你看的。

我这里说的比较笼统,要深入了解 Python 程序的执行过程,可以阅读这篇文章:说说 Python 程序的执行过程

总之,有了 .pyc 文件后,每次运行,就不需要从新让解释器来编译 .py 文件了,除非 .py 文件修改了。这样,Python 运行的就是那个编译好了的 .pyc 文件。

是否还记得,我们在前面写有关程序,然后执行,常常要用到 if __name__ == "__main__"。那时我们写的 .py 文件是来执行的,这时我们同样写了 .py 文件,是作为模块引入的。这就得深入探究一下,同样是 .py 文件,它是怎么知道是被当做程序执行还是被当做模块引入?

为了便于比较,将 pm.py 文件进行改造,稍微复杂点。

#!/usr/bin/env Python
# coding=utf-8

def lang():
    return "Python"

if __name__ == "__main__":
    print lang()

如以前做的那样,可以用这样的方式:

$ Python pm.py
python

但是,如果将这个程序作为模块,导入,会是这样的:

>>> import sys
>>> sys.path.append("~/Documents/VBS/StarterLearningPython/2code/pm.py")
>>> import pm
>>> pm.lang()
'python'

因为这时候 pm.py 中的函数 lang() 就是一个属性:

>>> dir(pm)
['__builtins__', '__doc__', '__file__', '__name__', '__package__', 'lang']

同样一个 .py 文件,可以把它当做程序来执行,还可以将它作为模块引入。

>>> __name__
'__main__'
>>> pm.__name__
'pm'

如果要作为程序执行,则__name__ == "__main__";如果作为模块引入,则 pm.__name__ == "pm",即变量__name__的值是模块名称。

用这种方式就可以区分是执行程序还是作为模块引入了。

在一般情况下,如果仅仅是用作模块引入,可以不写 if __name__ == "__main__"

模块的位置

为了让我们自己写的模块能够被 Python 解释器知道,需要用 sys.path.append("~/Documents/VBS/StarterLearningPython/2code/pm.py")。其实,在 Python 中,所有模块都被加入到了 sys.path 里面了。用下面的方法可以看到模块所在位置:

>>> import sys
>>> import pprint
>>> pprint.pprint(sys.path)
['',
 '/usr/local/lib/python2.7/dist-packages/autopep8-1.1-py2.7.egg',
 '/usr/local/lib/python2.7/dist-packages/pep8-1.5.7-py2.7.egg',
 '/usr/lib/python2.7',
 '/usr/lib/python2.7/plat-i386-linux-gnu',
 '/usr/lib/python2.7/lib-tk',
 '/usr/lib/python2.7/lib-old',
 '/usr/lib/python2.7/lib-dynload',
 '/usr/local/lib/python2.7/dist-packages',
 '/usr/lib/python2.7/dist-packages',
 '/usr/lib/python2.7/dist-packages/PILcompat',
 '/usr/lib/python2.7/dist-packages/gtk-2.0',
 '/usr/lib/python2.7/dist-packages/ubuntu-sso-client',
 '~/Documents/VBS/StarterLearningPython/2code/pm.py']

从中也发现了我们自己写的那个文件。凡在上面列表所包括位置内的 .py 文件都可以作为模块引入。不妨举个例子。把前面自己编写的 pm.py 文件修改为 pmlib.py,然后把它复制到'/usr/lib/Python2.7/dist-packages 中。(这是以 ubuntu 为例说明,如果是其它操作系统,读者用类似方法也能找到。)

$ sudo cp pm.py /usr/lib/python2.7/dist-packages/pmlib.py
[sudo] password for qw: 

$ ls /usr/lib/python2.7/dist-packages/pm*
/usr/lib/Python2.7/dist-packages/pmlib.py

文件放到了指定位置。看下面的:

>>> import pmlib
>>> pmlib.lang
<function lang at 0xb744372c>
>>> pmlib.lang()
'python'

也就是,要将模块文件放到合适的位置——就是 sys.path 包括位置——就能够直接用 import 引入了。

PYTHONPATH 环境变量

将模块文件放到指定位置是一种不错的方法。当程序员都喜欢自由,能不能放到别处呢?当然能,用 sys.path.append() 就是不管把文件放哪里,都可以把其位置告诉 Python 解释器。但是,这种方法不是很常用。因为它也有麻烦的地方,比如在交互模式下,如果关闭了,然后再开启,还得从新告知。

比较常用的告知方法是设置 PYTHONPATH 环境变量。

环境变量,不同操作系统的设置方法略有差异。读者可以根据自己的操作系统,到网上搜索设置方法。

我以 ubuntu 为例,建立一个 Python 的目录,然后将我自己写的 .py 文件放到这里,并设置环境变量。

:~$ mkdir Python
:~$ cd python
:~/Python$ cp ~/Documents/VBS/StarterLearningPython/2code/pm.py mypm.py
:~/Python$ ls
mypm.py

然后将这个目录 ~/Python,也就是 /home/qw/Python 设置环境变量。

vim /etc/profile

提醒要用 root 权限,在打开的文件最后增加 export PATH = /home/qw/python:$PAT,然后保存退出即可。

注意,我是在 ~/Python 目录下输入 Python,进入到交互模式:

:~$ cd Python
:~/python$ Python

>>> import mypm
>>> mypm.lang()
'Python'

如此,就完成了告知过程。

__init__.py 方法

__init__.py 是一个空文件,将它放在某个目录中,就可以将该目录中的其它 .py 文件作为模块被引用。这个具体应用参见用 tornado 做网站(2)


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