函数与模块：模块与包¶

在Python编程中，模块和包是组织代码的重要工具。它们允许你将代码分解为可重用的部分，从而提高代码的可维护性和可读性。本章将介绍如何导入和使用Python标准库中的模块，以及如何创建自定义模块和包。

1. 什么是模块？¶

模块是一个包含Python代码的文件，通常以.py为扩展名。模块可以包含函数、类、变量等。通过将代码组织到模块中，你可以将相关的功能分组，并在需要时导入和使用它们。

1.1 导入标准库模块¶

Python标准库提供了许多内置模块，你可以直接导入并使用它们。例如，math模块提供了许多数学函数。

# 导入math模块
import math

# 使用math模块中的sqrt函数计算平方根
result = math.sqrt(16)
print(result)  # 输出: 4.0

在上面的代码中，我们导入了math模块，并使用其中的sqrt函数计算了16的平方根。

1.2 导入模块中的特定函数¶

如果你只需要使用模块中的某个特定函数，可以使用from ... import ...语法。

# 从math模块中导入sqrt函数
from math import sqrt

# 直接使用sqrt函数
result = sqrt(25)
print(result)  # 输出: 5.0

在这个例子中，我们只导入了math模块中的sqrt函数，因此可以直接使用它，而不需要通过math.sqrt来调用。

1.3 给模块起别名¶

有时模块名较长或与其他模块名冲突，你可以给模块起一个别名。

# 导入math模块并给它起别名m
import math as m

# 使用别名调用模块中的函数
result = m.sqrt(36)
print(result)  # 输出: 6.0

在这个例子中，我们将math模块命名为m，然后通过m.sqrt来调用sqrt函数。

2. 创建自定义模块¶

除了使用标准库模块，你还可以创建自己的模块。自定义模块是一个包含Python代码的文件，通常以.py为扩展名。

2.1 创建一个简单的模块¶

假设我们有一个名为mymodule.py的文件，内容如下：

# mymodule.py

def greet(name):
    """打印问候语"""
    print(f"Hello, {name}!")

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

在这个模块中，我们定义了两个函数：greet和add。

2.2 导入自定义模块¶

要使用自定义模块中的函数，你需要先导入它。

# 导入自定义模块mymodule
import mymodule

# 使用mymodule中的greet函数
mymodule.greet("Alice")  # 输出: Hello, Alice!

# 使用mymodule中的add函数
result = mymodule.add(3, 5)
print(result)  # 输出: 8

在这个例子中，我们导入了mymodule模块，并使用了其中的greet和add函数。

2.3 导入模块中的特定函数¶

你也可以只导入模块中的特定函数。

# 从mymodule模块中导入greet函数
from mymodule import greet

# 直接使用greet函数
greet("Bob")  # 输出: Hello, Bob!

在这个例子中，我们只导入了mymodule模块中的greet函数，因此可以直接使用它。

3. 什么是包？¶

包是一个包含多个模块的目录。包通常包含一个特殊的__init__.py文件，用于标识该目录为一个包。包允许你将相关的模块组织在一起，形成一个层次结构。

3.1 创建一个简单的包¶

假设我们有一个名为mypackage的包，目录结构如下：

mypackage/
    __init__.py
    module1.py
    module2.py

module1.py的内容如下：

# module1.py

def func1():
    """打印一条消息"""
    print("This is function 1 from module1")

module2.py的内容如下：

# module2.py

def func2():
    """打印一条消息"""
    print("This is function 2 from module2")

3.2 导入包中的模块¶

要使用包中的模块，你可以使用点号（.）来访问模块。

# 导入mypackage包中的module1模块
import mypackage.module1

# 使用module1中的func1函数
mypackage.module1.func1()  # 输出: This is function 1 from module1

在这个例子中，我们导入了mypackage包中的module1模块，并使用了其中的func1函数。

3.3 导入包中的特定模块¶

你也可以只导入包中的特定模块。

# 从mypackage包中导入module2模块
from mypackage import module2

# 使用module2中的func2函数
module2.func2()  # 输出: This is function 2 from module2

在这个例子中，我们只导入了mypackage包中的module2模块，因此可以直接使用它。

4. 练习题¶

4.1 简单练习¶

编写一个名为greetings.py的模块，其中包含一个函数say_hello，该函数接受一个名字作为参数，并打印出“Hello, [name]!”。然后在另一个Python脚本中导入并使用这个模块。

4.2 中等练习¶

创建一个名为calculator的包，其中包含两个模块：add.py和subtract.py。add.py模块包含一个函数add，用于计算两个数的和；subtract.py模块包含一个函数subtract，用于计算两个数的差。然后在另一个Python脚本中导入并使用这个包中的模块。

4.3 复杂练习¶

创建一个名为shapes的包，其中包含三个模块：circle.py、rectangle.py和triangle.py。每个模块分别包含计算相应形状面积和周长的函数。然后在另一个Python脚本中导入并使用这个包中的模块，计算并打印出不同形状的面积和周长。

5. 总结¶

模块是一个包含Python代码的文件，通常以.py为扩展名。你可以导入标准库模块或自定义模块，并使用其中的函数、类等。
包是一个包含多个模块的目录，通常包含一个__init__.py文件。包允许你将相关的模块组织在一起，形成一个层次结构。
通过使用模块和包，你可以将代码分解为可重用的部分，从而提高代码的可维护性和可读性。

通过本章的学习，你应该能够熟练地导入和使用Python标准库中的模块，创建和使用自定义模块和包，并能够解决相关的编程问题。