什么是Python模块？

在Python中，模块是一个包含Python定义和语句的文件，文件名就是模块名加上.py后缀。模块让你能够有逻辑地组织你的Python代码段，把相关的代码分配到一个模块里能让你的代码更好用，更易懂。

创建Python模块

创建模块非常简单，只需创建一个.py文件并在其中编写Python代码即可。例如，我们创建一个名为math_operations.py的模块：

# math_operations.py
"""一个提供基本数学运算的模块"""

def add(a, b):
    """返回两个数的和"""
    return a + b

def subtract(a, b):
    """返回两个数的差"""
    return a - b

def multiply(a, b):
    """返回两个数的积"""
    return a * b

def divide(a, b):
    """返回两个数的商"""
    if b == 0:
        raise ValueError("除数不能为零")
    return a / b

PI = 3.14159
GRAVITY = 9.8

导入模块的多种方法

1. 使用import导入整个模块

这是最常用的导入方式：

import math_operations

result = math_operations.add(5, 3)
print(result)  # 输出: 8

circle_area = math_operations.PI * 5**2
print(circle_area)  # 输出: 78.53975

2. 使用from...import导入特定函数/变量

这种方式允许直接使用模块中的特定部分：

from math_operations import add, multiply

result = add(10, 20)
print(result)  # 输出: 30

product = multiply(4, 5)
print(product)  # 输出: 20

3. 使用as关键字创建别名

当模块名较长或有命名冲突时，可以使用别名：

import math_operations as mo

result = mo.subtract(15, 6)
print(result)  # 输出: 9

# 也可以给函数创建别名
from math_operations import divide as div

result = div(20, 4)
print(result)  # 输出: 5.0

4. 导入模块中的所有内容

使用*可以导入模块中的所有内容（通常不建议使用）：

from math_operations import *

print(add(2, 3))        # 输出: 5
print(multiply(2, 3))   # 输出: 6
print(PI)               # 输出: 3.14159

注意： 通常不建议使用from module import *，因为它可能导致命名冲突并使代码难以理解。

Python标准库模块

Python附带了一个强大的标准库，包含许多有用的模块。以下是一些常用标准库模块：

import math
print(math.sqrt(16))    # 4.0
print(math.pi)          # 3.141592653589793

from datetime import datetime
now = datetime.now()
print(now.strftime("%Y-%m-%d"))

import os
print(os.getcwd())      # 当前工作目录
print(os.listdir('.'))  # 当前目录文件列表

import json
data = {'name': 'John', 'age': 30}
json_str = json.dumps(data)
print(json_str)

安装和导入第三方模块

Python拥有丰富的第三方模块生态系统，可以通过pip进行安装：

# 在命令行中执行
pip install requests   # 安装requests模块
pip install numpy      # 安装numpy模块
pip install pandas     # 安装pandas模块

导入和使用第三方模块

import requests

# 发送HTTP GET请求
response = requests.get('https://api.github.com')
print(response.status_code)  # 200
print(response.json()['current_user_url'])

import numpy as np

# 使用NumPy创建数组
arr = np.array([1, 2, 3, 4, 5])
print(arr.mean())  # 3.0

import pandas as pd

# 使用Pandas创建DataFrame
data = {'Name': ['John', 'Anna', 'Peter'], 'Age': [28, 24, 35]}
df = pd.DataFrame(data)
print(df)

模块搜索路径

当导入一个模块时，Python解释器会按以下顺序搜索模块：

1. 当前目录
2. 环境变量PYTHONPATH中列出的目录
3. Python安装路径中的标准库目录
4. site-packages目录（第三方模块安装位置）

你可以查看和修改模块搜索路径：

import sys

# 打印当前模块搜索路径
print(sys.path)

# 添加自定义路径到模块搜索路径
sys.path.append('/path/to/your/module')

if __name__ == '__main__'的作用

这个特殊结构允许模块既可以作为脚本独立运行，也可以被导入到其他模块中使用：

# 在math_operations.py中添加

if __name__ == '__main__':
    # 这些代码只有在直接运行此模块时才会执行
    # 当模块被导入时，这些代码不会执行
    print("正在运行数学运算模块测试...")
    print("5 + 3 =", add(5, 3))
    print("10 / 2 =", divide(10, 2))
    print("测试完成！")

这个结构在编写可重用代码时非常有用，它允许：

• 为模块添加测试代码
• 提供模块的示例用法
• 防止导入模块时执行不必要的代码