📚 15. 模块与包
本章概述
学习 Python 的模块导入、包的组织和常用标准库模块。 预计学习时间：50 分钟
15.1 什么是模块
一个 .py 文件就是一个模块（module）。
把代码分到不同的文件里，方便管理和复用。
示例
假设我们有一个 math_utils.py 文件：
# math_utils.py
def add(a, b):
return a + b
def multiply(a, b):
return a * b
PI = 3.1415915.2 导入模块
import 模块名
import math_utils
print(math_utils.add(3, 5)) # 8
print(math_utils.multiply(3, 5)) # 15
print(math_utils.PI) # 3.14159from 模块 import 函数/变量
from math_utils import add, PI
print(add(3, 5)) # 8
print(PI) # 3.14159导入所有（不推荐）
from math_utils import *
print(add(3, 5)) # 8尽量不要用 import *
- 不知道导入了什么
- 可能会和已有名字冲突
- 代码可读性差
起别名 as
import math_utils as mu
print(mu.add(3, 5)) # 8from math_utils import add as addition
print(addition(3, 5)) # 815.3 什么是包
包就是一个文件夹，里面放多个模块，还有一个 __init__.py 文件。
目录结构
my_package/
__init__.py # 包的标识文件
math_utils.py # 模块1
string_utils.py # 模块2
导入包中的模块
# 方式1
import my_package.math_utils
print(my_package.math_utils.add(3, 5))
# 方式2
from my_package import math_utils
print(math_utils.add(3, 5))
# 方式3
from my_package.math_utils import add
print(add(3, 5))init.py 的作用
- 标识这是一个包
- 可以在里面写初始化代码
- 可以定义
__all__来控制import *导入什么
# __init__.py
__all__ = ["math_utils", "string_utils"]15.4 常用标准库模块
Python 自带了很多实用的模块，不用安装，直接用。
math 数学模块
import math
print(math.pi) # 圆周率
print(math.e) # 自然常数
print(math.sqrt(16)) # 开平方 4.0
print(math.floor(3.7)) # 向下取整 3
print(math.ceil(3.2)) # 向上取整 4
print(math.fabs(-5)) # 绝对值 5.0
print(math.factorial(5)) # 阶乘 120
print(math.log(100, 10)) # 对数 2.0
print(math.sin(math.pi/2)) # 正弦 1.0random 随机模块
import random
# 随机整数（包含两端）
print(random.randint(1, 10))
# 随机浮点数 0~1
print(random.random())
# 随机浮点数（指定范围）
print(random.uniform(1, 10))
# 从序列中随机选一个
print(random.choice(["苹果", "香蕉", "橙子"]))
# 从序列中随机选多个（可重复）
print(random.choices([1, 2, 3, 4, 5], k=3))
# 从序列中随机选多个（不重复）
print(random.sample([1, 2, 3, 4, 5], 3))
# 打乱列表
lst = [1, 2, 3, 4, 5]
random.shuffle(lst)
print(lst)
# 设置随机种子（可复现）
random.seed(42)datetime 日期时间模块
from datetime import datetime, date, timedelta
# 当前时间
now = datetime.now()
print(now)
# 指定时间
d = datetime(2024, 1, 1, 12, 0, 0)
print(d)
# 格式化输出
print(now.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S"))
# 字符串转时间
s = "2024-01-01 12:00:00"
d = datetime.strptime(s, "%Y-%m-%d %H:%M:%S")
# 时间加减
tomorrow = now + timedelta(days=1)
yesterday = now - timedelta(days=1)
# 时间差
diff = tomorrow - yesterday
print(diff.days) # 2os 操作系统模块
import os
# 获取当前工作目录
print(os.getcwd())
# 切换目录
os.chdir("/path/to/dir")
# 列出目录内容
print(os.listdir("."))
# 创建目录
os.mkdir("new_dir")
# 创建多级目录
os.makedirs("a/b/c")
# 删除文件
os.remove("file.txt")
# 删除空目录
os.rmdir("dir")
# 判断是否存在
print(os.path.exists("file.txt"))
# 判断是否是文件
print(os.path.isfile("file.txt"))
# 判断是否是目录
print(os.path.isdir("dir"))
# 路径拼接
print(os.path.join("a", "b", "c.txt"))
# 获取文件名
print(os.path.basename("/a/b/c.txt")) # c.txt
# 获取目录名
print(os.path.dirname("/a/b/c.txt")) # /a/b
# 获取文件大小
print(os.path.getsize("file.txt"))sys 系统模块
import sys
# Python 版本
print(sys.version)
# 命令行参数
print(sys.argv)
# 模块搜索路径
print(sys.path)
# 退出程序
sys.exit()
# 标准输入输出
sys.stdout.write("hello\n")json JSON 模块
import json
# 字典转 JSON 字符串
data = {"name": "Tom", "age": 18}
json_str = json.dumps(data)
print(json_str) # '{"name": "Tom", "age": 18}'
# JSON 字符串转字典
data = json.loads(json_str)
print(data["name"]) # Tom
# 写入 JSON 文件
with open("data.json", "w", encoding="utf-8") as f:
json.dump(data, f, ensure_ascii=False, indent=2)
# 读取 JSON 文件
with open("data.json", "r", encoding="utf-8") as f:
data = json.load(f)re 正则表达式模块
import re
# 匹配
result = re.match(r"\d+", "123abc")
print(result.group()) # 123
# 搜索
result = re.search(r"\d+", "abc123def")
print(result.group()) # 123
# 查找所有
results = re.findall(r"\d+", "a1b2c3")
print(results) # ['1', '2', '3']
# 替换
result = re.sub(r"\d+", "X", "a1b2c3")
print(result) # aXbXcX
# 分割
result = re.split(r"\d+", "a1b2c3")
print(result) # ['a', 'b', 'c', '']15.5 第三方库安装
pip 安装
pip install 包名
pip install requests
pip install pandas numpy指定版本
pip install requests==2.28.0
pip install "requests>=2.0"卸载
pip uninstall requests查看已安装的包
pip list
pip freeze # 格式更适合导出导出/导入依赖
# 导出
pip freeze > requirements.txt
# 导入（批量安装）
pip install -r requirements.txt15.6 模块搜索路径
Python 导入模块时，会按以下顺序查找：
- 当前目录
- 环境变量 PYTHONPATH 中的目录
- 标准库目录
- site-packages（第三方库安装目录）
可以用 sys.path 查看：
import sys
print(sys.path)导入自己写的模块
确保模块文件在当前目录，或者把模块所在目录加到
sys.path中。
15.7 if name == “main”
Python 特色
判断当前文件是被直接运行，还是被导入。
示例
# math_utils.py
def add(a, b):
return a + b
def multiply(a, b):
return a * b
# 只有直接运行这个文件时才执行
if __name__ == "__main__":
print("测试add函数：", add(3, 5))
print("测试multiply函数：", multiply(3, 5))为什么要用？
- 直接运行文件时，可以执行测试代码
- 被其他文件导入时，测试代码不会执行
- 方便模块的测试和调试
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📝 我的笔记
在这里记录你的理解、疑问和练习代码
# 你的练习代码
✅ 本章检查清单
- 理解什么是模块和包
- 掌握各种 import 导入方式
- 了解常用标准库模块（math、random、datetime、os、json等）
- 会用 pip 安装第三方库
- 理解模块搜索路径
- 理解
if __name__ == "__main__"的作用