前言

在Python中，一個.py文件代表一個Module。在Module中可以是任何的符合Python文件格式的Python腳本。了解Module導入機制大有用處。

1. Module組成

一個.py文件就是一個module。Module中包括attribute, function等。 這里說的attribute其實是module的global variable。

我們創建1個test1.py文件，代碼如下

# 定義1個全局變量a
a = 1
# 聲明一個全局變量moduleName
global moduleName


# 定義一個函數printModuleName
def printModuleName():
    print(a + 2)
    print(__name__)
    print(moduleName)

print(dir())

這里我們定義了3個全局變量a、moduleName、printModuleName，除了我們自己定義的以外還有module內置的全局變量

1.1 Module 內置全局變量

上面我們說到了，每一個模塊都有內置的全局變量，我們可以使用dir()函數，用于查看模塊內容，例如上面的例子中，使用dir()查看結果如下：

['__annotations__', '__builtins__', '__cached__', '__doc__', '__file__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'a', 'moduleName', 'printModuleName']

其中a, moduleName, printModuleName 是由用戶自定義的。其他的全是內置的。下面介紹幾個常用的內置全局變量

1.1.1?__name__

指的是當前模塊的名稱，比如上面的test1.py，模塊的名稱默認就是test1，如果一個module是程序的入口，那么__name__=__'main'__，這也是我們經常看到用到的

1.1.2?__builtins__

它就是內置模塊builtins的引用。可以通過如下代碼測試：

import builtins
print(builtins == __builtins__)

打印結果為True，在Python代碼里，不需要我們導入就能直接使用的函數、類等，都是在這個內置模塊里的。例如：range、dir?

1.1.3?__doc__

它就是module的文檔說明，具體是文件頭之后、代碼（包含import）之前的第一個多行注釋，測試如下

"""
模塊導入機制測試
"""


import builtins


# 定義1個全局變量a
a = 1
# 聲明一個全局變量moduleName
global moduleName


# 定義一個函數printModuleName
def printModuleName():
    print(a + 2)
    print(__name__)
    print(moduleName)


print(__doc__)

最后打印結果為

模塊導入機制測試

當然如果你想查看某個方法的說明，也可以這么使用

1.1.4?__file__

當前module所在的文件的絕對路徑

1.1.5?__package__

當前module所在的包名。如果沒有，為None。

2. 包package

為避免模塊名沖突，Python引入了按目錄組織模塊的方法，稱之為包（package）。包是含有Python模塊的文件夾。

當一個文件夾下有init.py時，意為該文件夾是一個包（package），其下的多個模塊（module）構成一個整體，而這些模塊（module）都可通過同一個包（package）導入其他代碼中。

其中init.py文件用于組織包（package），方便管理各個模塊之間的引用、控制著包的導入行為。

該文件可以什么內容都不寫，即為空文件，存在即可，相當于一個標記。

但若想使用from pacakge_1 import *這種形式的寫法，需在init.py中加上：__all__ = ['file_a', 'file_b']，并且package_1下有file_a.py和file_b.py，在導入時init.py文件將被執行。

但不建議在init.py中寫模塊，以保證該文件簡單。不過可在init.py導入我們需要的模塊，以便避免一個個導入、方便使用。

其中，__all__是一個重要的變量，用來指定此包（package）被import *時，哪些模塊（module）會被import進【當前作用域中】。不在__all__列表中的模塊不會被其他程序引用。可以重寫__all__，如__all__=?['當前所屬包模塊1名字', '模塊1名字']，如果寫了這個，則會按列表中的模塊名進行導入

在模糊導入時，形如from package import *，*是由__all__定義的。

當我們在導入一個包（package）時（會先加載__init__.py定義的引入模塊，然后再運行其他代碼），實際上是導入的它的__init__.py文件（導入時，該文件自動運行，助我們一下導入該包中的多個模塊）。我們可以在 init.py中再導入其他的包（package）或模塊或自定義類。

2.1 實戰案例

首先我們創建3個包，分別是test、test2、test3test包下創建test1.py用來執行測試

test2包下創建file_a.py、file_b.py，用來測試包的導入

test3包下創建file_c.py，輔助測試

具體結構如下：

核心代碼在test2/__init__.py中如下

__all__ = ['file_a', 'file_b', 'file_c', 'test_d']


from test3 import file_c


def test_d():
    return "test_d"

解釋下，當我們在test/test1.py中寫了from test2 import *這句代碼，程序不是直接導入test2下的所有模塊，而是導入__init__.py文件并自動運行，由于我們寫了__all__ = ['file_a', 'file_b', 'file_c', 'test_d']，file_a和file_b是當下包中的模塊，file_c是我們從test3包中導入的，test_d是__init__.py下我們定義的函數。

所以from test2 import *就是把__all__中指定的模塊和函數導入進來了，接著我們查看test1.py下的代碼

from test2 import *
print(file_a.a())
print(file_b.b())
print(file_c.c())
print(test_d())

如果打印有結果，則證明了導入成功，并且導入的是__all__下的模塊和函數

3.sys.modules、命名空間

3.1 sys.modules

sys.modules是一個將模塊名稱映射到已加載的模塊的字典。可用來強制重新加載modules。Python一啟動，它將被加載在內存中。

當我們導入新modules，sys.modules將自動記錄下該module；當第二次再導入該module時，Python將直接到字典中查找，加快運行速度。

它是1個字典，故擁有字典的一切方法，如sys.modules.keys()、sys.modules.values()、sys.modules['os']。但請不要輕易替換字典、或從字典中刪除某元素，將可能導致Python運行失敗。

3.2 命名空間

命名空間就像一個dict，key是變量名字，value是變量的值。

• 每個函數function都有自己的命名空間，稱local namespace，記錄函數的變量。
• 每個模塊module都有自己的命名空間，稱global namespace，記錄模塊的變量，包括functions、classes、導入的modules、module級別的變量和常量。
• build-in命名空間，它包含build-in function和exceptions，可被任意模塊訪問。

假設你要訪問某段Python代碼中的變量x時，Python會在所有的命名空間中查找該變量，順序是：

• local namespace 即當前函數或類方法。若找到，則停止搜索；
• global namespace 即當前模塊。若找到，則停止搜索；
• build-in namespace Python會假設變量x是build-in的內置函數或變量。若變量x不是build-in的內置函數或變量，Python將報錯NameError。
• 對于閉包，若在local namespace找不到該變量，則下一個查找目標是父函數的local namespace。

我們可以看一個小例子

# test_namespace.py
def func(a=1):
    b = 2
    print(locals())  # 打印當前函數的局部命名空間
    '''
    locs = locals()  # 只讀，不可寫，會報錯
    locs['c'] = 3
    print(c)
    '''
    return a + b


func()
glos = globals()
glos['d'] = 4
print(d)
print(globals())

執行func()會打印函數func的局部命名空間，結果如下：

{'a': 1, 'b': 2}

執行print(globals())會打印模塊test_namespace的全局命名空間，結果如下：

{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x7fde2605c730>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__file__': '/Users/jkc/PycharmProjects/pythonProject1/test_namespace.py', '__cached__': None, 'func': <function func at 0x7fde246b9310>, 'glos': {...}, 'd': 4}

內置函數locals()、globals()都會返回一個字典。區別：前者只讀、后者可寫。

命名空間在from module_name import、import module_name中的體現：from關鍵詞是導入模塊或包中的某個部分。

from module_A import X：會將該模塊的函數/變量導入到當前模塊的命名空間中，無須用module_A.X訪問了。

import module_A：modules_A本身被導入，但保存它原有的命名空間，故得用module_A.X方式訪問其函數或變量。

接下來我們測試一下：

可以看到我們導入了函數a和模塊file_c，接著我們打印了全局變量，結果如下：

{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x7fab9585c730>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__file__': '/Users/jkc/PycharmProjects/pythonProject1/test3/test_namespace.py', '__cached__': None, 'a': <function a at 0x7fab95b04040>, 'file_c': <module 'file_c' from '/Users/jkc/PycharmProjects/pythonProject1/test3/file_c.py'>}

可以很清楚的看到全局變量中有函數a和模塊file_c，接著我們嘗試能否調用者2個

from test2.file_a import a
import file_c


print(globals())


file_c.c()
a()

最后也是可以成功調用

4. 導入

準備工作如下：

4.1 絕對導入

所有的模塊import都從“根節點”開始。根節點的位置由sys.path中的路徑決定，項目的根目錄一般自動在sys.path中。如果希望程序能處處執行，需手動修改sys.path。

例1：c.py中導入B包/B1子包/b1.py模塊

import os
import sys


BASE_DIR = os.path.dirname(os.path.abspath(__file__))
sys.path.append(BASE_DIR)

# 導入B包中的子包B1中的模塊b1
from B.B1 import b1

例2：b1.py中導入b2.py模塊

# 從B包中的子包B1中導入模塊b2
from B.B1 import b2

4.2 相對導入

只關心相對自己當前目錄的模塊位置就好。不能在包（package）的內部直接執行（會報錯）。不管根節點在哪兒，包內的模塊相對位置都是正確的。

b1.py代碼如下：

# from . import b2  # 這種導入方式會報錯
import b2  # 正確
b2.print_b2()

b2.py代碼如下：

def print_b2():
    print('b2')

最后運行b1.py，打印b2。

4.3 單獨導入包

單獨import某個包名稱時，不會導入該包中所包含的所有子模塊。

c.py導入同級目錄B包的子包B1包的b2模塊，執行b2模塊的print_b2()方法：

c.py代碼

import B
B.B1.b2.print_b2()

運行c.py會以下錯誤

AttributeError: module 'B' has no attribute 'B1'

因為import B并不會自動將B下的子模塊導入進去，需要手動添加，解決辦法如下

在B/init.py代碼下添加如下代碼

from . import B1

在B/B1/init.py代碼下添加如下代碼

from . import b2

此時，執行c.py，成功打印b2。

5. import運行機制

我們要理解Python在執行import語句時，進行了啥操作？

step1：創建一個新的、空的module對象（它可能包含多個module）；

step2：將該module對象 插入sys.modules中；

step3：裝載module的代碼（如果需要，需先編譯）；

step4：執行新的module中對應的代碼。

在執行step3時，首先需找到module程序所在的位置，如導入的module名字為mod_1，則解釋器得找到mod_1.py文件，搜索順序是：

當前路徑（或當前目錄指定sys.path）->PYTHONPATH->Python安裝設置相關的默認路徑。

對于不在sys.path中，一定要避免用import導入自定義包（package）的子模塊（module），而要用from…import…的絕對導入或相對導入，且包（package）的相對導入只能用from形式。

5.1 標準import，頂部導入

5.2 嵌套import

5.2.1 順序導入-import

• moduleB定義了變量b=2
• moduleA導入模塊moduleB，當然moduleB還可以導入其他模塊
• test模塊導入moduleA

最后執行test.py，將打印3

5.2.2 循環導入/嵌套導入

moduleA.py

from moduleB import ClassB


class ClassA:
    pass

moduleB.py

from moduleA import ClassA


class ClassB:
    pass

當執行moduleA.py時會報錯

ImportError: cannot import name 'ClassA' from partially initialized module 'moduleA'

報錯分析：

1.在運行moduleA時，首選會執行from moduleB import ClassB代碼

2.程序會判斷sys.modules中是否有

3.有代表字在第一次執行時，創建的對象已經緩存在sys.modules，直接得到，不過依然是空對象，因為__dict__找不到ClassB，會報錯

4.沒有會為moduleB.py創建1個module對象，此時創建的module對象為空

• 4.1 然后執行moduleB.py的第一條語句from moduleA import ClassAPS：這么做的原因是python內部創建了module對象后立馬執行moduleB.py，目的是填充<module moduleB>的__dict__，當然最終未能成功填充
• 4.2 接著判斷sys.modules中是否有
• 4.3 沒有會為moduleA.py創建1個module對象

PS：此時創建的module對象同樣為空，則需要執行moduleA.py語句from moduleB import ClassB

5.最后回到操作2的過程，這次判斷有module對象，會進行操作3，最后就會報錯cannot import name 'ClassA'

解決辦法：組織代碼（重構代碼）：更改代碼布局，可合并或分離競爭資源。