詳解Python模塊化–模塊(Modules)和包(Packages)
引言
在剛入門python時，模塊化編程、模塊、類庫等術語常常並不容易理清。尤其是Modules（模塊）和Packages（包），在import引用時很容易混淆出錯。
實際上，Python中的函數(Function)、類(Class)、模塊(Module)、包庫(Package)，都是為瞭實現模塊化引用，讓程序的組織更清晰有條理。
- 通常，函數、變量、類存儲在被稱為模塊(Module)的.py文件中，一組模塊文件又組成瞭包(Package)。
- 將函數、變量、類存儲在存儲在獨立的.py文件中，可隱藏代碼實現的細節，將不同代碼塊重新組織，與主程序分離，簡化主程序的邏輯，提高主程序的可讀性。
- 有瞭包和模塊文件，可以在其他不同程序中進行復用，還可以使用其他人開發的第三方依賴庫。
Python Modules模塊
Modules2模塊是包含 Python 定義和語句的文件。以.py為後綴的文件名就是模塊名稱。
在模塊內，模塊的名稱可以用全局變量 __name__表示（字符串）。
舉個例子，我們創建瞭一個fibo.py文件，文件內容為：
# Fibonacci numbers module
def fib(n): # write Fibonacci series up to n
a, b = 0, 1
while a < n:
print(a, end=' ')
a, b = b, a+b
print()
def fib2(n): # return Fibonacci series up to n
result = []
a, b = 0, 1
while a < n:
result.append(a)
a, b = b, a+b
return result
這裡fibo.py就是一個模塊，fib、fib2是fibo模塊中的函數。
導入模塊
如果我們想要在其他程序中使用fibo模塊，可以有以下三種方式導入：
①導入整個模塊
#import module_name import fibo
可使用下面的語法來使用其中任何一個函數：
#module_name.func() fibo.fib(10)
⭕ 註意：這裡模塊名+句點不可省略。
②導入模塊中的特定函數
#from module_name import function_name from fibo import fib, fib2 fib(10)
若使用這種語法，調用函數時就無需使用模塊名+句點。
因為在import語句中已經顯式地導入瞭函數fib和fib2，因此調用它時隻需指定其名稱。
③導入模塊中的所有函數
#from module_name import * from fibo import * fib(20)
這種方式會導入除可下劃線 (__)開頭的名稱以外的所有函數。
⭕ 註意：在大多數情況下，通常不推薦*這種用法，因為它可能會在解釋器中引入瞭一組未知的名稱，而且通常會導致代碼可讀性變差。
給導入的模塊一個別名
# import module as m import numpy as np a = np.arange(100)
利用as給導入模塊一個別名，簡化代碼中的調用寫法。
單獨運行模塊
如果我們想單獨測試下模塊，可以在模塊中添加以下代碼，就可以既用作腳本，也可用作可導入模塊：
if __name__ == "__main__":
import sys
fib(int(sys.argv[1]))
單獨運行模塊：
python fibo.py 100
這段解析命令行的代碼僅在模塊作為“主”文件執行時才運行。
加速模塊加載
為瞭加快模塊的加載速度，Python 會將每個模塊的編譯版本（如*.pyc）會緩存在__pycache__下的目錄中。生成編譯文件pyc的詳細過程，可以參考文檔PEP 3147。
Python 會根據編譯版本檢查源代碼的修改日期，以查看它是否已過期並需要重新編譯。
Python Packages包
Packages包可以理解為一組模塊的容器，並用Package.Module的方式來構建命名空間3。
以文件系統來類比的話，可以將包視為文件系統上的目錄，而將模塊視為目錄中的文件。4
例如，A.B指定的是在命名為B的包中命名為A的子模塊。
利用這樣的方法，可以避免一些多模塊的包之間命名發生沖突的問題，有點類似於C++中的std::string、cv::imread等命名空間的引用。
例如，這是一個官方的package例子，提供瞭關於聲音處理的sound包：
sound/ Top-level package
__init__.py Initialize the sound package
formats/ Subpackage for file format conversions
__init__.py
wavread.py
wavwrite.py
...
effects/ Subpackage for sound effects
__init__.py
echo.py
...
filters/ Subpackage for filters
__init__.py
equalizer.py
...
- __init__.py 必須有這個文件，才能使 Python 將包含該文件的目錄視為包（Package）。__init__.py可以是一個空文件，也可以執行包的初始化代碼或設置__all__變量。
- formats/ 、effects/ 、filters/ 是次一級的子包（Subpackage），每個子包中也有__init__.py 文件。
- echo.py等文件是子包中的模塊（Module），模塊中可能包含函數、類或變量。
引用包（Package）中的模塊
from sound.effects import echo echo.echofilter(input, output, delay=0.7, atten=4)
這種方式，可以直接引用函數，而不用加上前面包的前綴。
引用包（Package）中子模塊的函數或變量
from sound.effects.echo import echofilter echofilter(input, output, delay=0.7, atten=4)
這種方式會加載子模塊echo，同時使子模塊中的 echofilter() 函數直接可用。
from package import item語句會先測試item是否在包中定義；如果包中沒有找到定義，會假定item是一個模塊並嘗試加載它。如果依舊找不到item， 就會引發我們常見的ImportError異常。
利用相對路徑引用包和模塊
from . import echo from .. import formats from ..filters import equalizer
這裡的.可以訪問同級目錄下的包（Package）或者模塊（Module）。
這裡的..可以訪問上一級目錄下的包（Package）或者模塊（Module）。
利用__all__提供包的顯式索引
當我們直接采用from sound.effects import *時，可能會引用一些不需要的內容，或者導致加載速度過慢。
這時我們可以通過在__init__.py中定義一個_all__列表，來指定用 * 時應導入的模塊名稱列表：
__all__ = ["echo", "surround", "reverse"]
這樣我們就可以維護在import * 時需要導入的模塊列表，在發佈不同版本的包時很有用。
打包自己的Package並分發
通過setuptool工具打包自己的Package，可以參考這兩篇文檔：
https://packaging.python.org/tutorials/packaging-projects/
如何添加必要的文件和結構來創建包、如何構建包以及如何將其上傳到Python Package Index。
https://packaging.python.org/guides/distributing-packages-using-setuptools/
介紹如何配置、打包和分發自己的 Python 項目的基礎知識。
安裝python社區中的Package
註意，在python社區中的Package，通常是指發行版的軟件包，而不是源代碼中一組模塊的容器（a container of modules）。
常見的包可以查看PyPI：https://pypi.org/，通過使用pip install來安裝社區提供的Packages。
總結
模塊化就是將相關代碼組織到不同層級的文件裡，便於復用，提高代碼的可讀性。
函數、變量、類存儲在被稱為模塊(Module)的.py文件中，一組模塊文件又組成瞭包(Package)。
引入Package包或Module模塊，可以用import …或from … import …，還可以通過相對路徑引用上一級的包和模塊。
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