一文搞懂 Python 3 中的 import

简介

Python 编程语言自带各种内置函数。其中包括一些常见的函数，例如：

print() 用于打印表达式
abs() 用于返回一个数的绝对值
int() 用于将其他数据类型转换为整数
len() 用于返回序列或集合的长度

然而，这些内置函数是有限的，我们可以利用模块来创建更复杂的程序。

模块是由 Python .py 文件组成的 Python 代码。任何 Python 文件都可以被引用为一个模块。一个名为 hello.py 的 Python 文件具有模块名称 hello，可以被导入到其他 Python 文件中，或者在 Python 命令行解释器中使用。您可以通过阅读《如何在 Python 3 中编写模块》来了解如何创建自己的模块。

模块可以定义函数、类和变量，您可以在其他 Python .py 文件中或通过 Python 命令行解释器中引用这些函数、类和变量。

在 Python 中，通过使用 import 语句来访问模块。当您这样做时，您执行模块的代码，保持定义的作用域，以便您当前的文件可以利用这些定义。

例如，当 Python 导入一个名为 hello 的模块时，解释器首先会搜索内置模块中是否存在名为 hello 的模块。如果没有找到内置模块，Python 解释器将在它从 sys.path 变量接收到的目录列表中搜索名为 hello.py 的文件。

本教程将引导您检查和安装模块，导入模块以及为模块设置别名。

先决条件

您应该已经安装了 Python 3，并在您的计算机或服务器上设置了编程环境。如果您还没有设置编程环境，可以参考适用于您操作系统（Ubuntu、CentOS、Debian 等）的本地编程环境或服务器编程环境的安装和设置指南。

检查和安装模块

Python 标准库中内置了许多模块，这些模块提供了对系统功能的访问或提供了标准化的解决方案。Python 标准库是每个 Python 安装的一部分。

要检查这些 Python 模块是否已准备就绪，请进入您的本地 Python 3 编程环境或基于服务器的编程环境，并在命令行中启动 Python 解释器，如下所示：

python

在解释器中，您可以运行 import 语句，以确保给定的模块已准备好调用，例如：

>>)">import math

由于 math 是一个内置模块，您的解释器应该会在不返回任何反馈的情况下完成任务，并返回到提示符。这意味着您无需执行任何操作即可开始使用 math 模块。

让我们使用一个您可能尚未安装的模块，如 2D 绘图库 matplotlib，来运行 import 语句：

>>)">import matplotlib

如果未安装 matplotlib，您将收到以下错误：

ImportError: No module named 'matplotlib'

您可以使用 CTRL + D 来退出 Python 解释器，然后使用 pip 安装 matplotlib。

接下来，我们可以使用 pip 来安装 matplotlib 模块：

pip install matplotlib

安装完成后，您可以在 Python 解释器中使用 import matplotlib 导入 matplotlib，并且不会出现错误。

导入模块

要使用模块中的函数，您需要使用 import 语句导入模块。

import 语句由 import 关键字和模块的名称组成。

在 Python 文件中，这将在代码顶部声明，在任何 shebang 行或一般注释之下。

因此，在 Python 程序文件 my_rand_int.py 中，我们将以以下方式导入 random 模块以生成随机数：

import random

当我们导入一个模块时，我们将其作为一个独立的命名空间在当前程序中使用。这意味着我们必须使用点符号引用函数，例如 [module].[function]。

在实践中，以 random 模块为例，这可能看起来像是调用 random.randint() 函数返回一个随机整数，或者调用 random.randrange() 函数返回指定范围内的随机元素。

让我们创建一个 for 循环，以展示如何在我们的 my_rand_int.py 程序中调用 random 模块的函数：

import random


for i in range(10):
    print(random.randint(1, 25))

这个小程序首先在第一行导入 random 模块，然后进入一个将处理 10 个元素的 for 循环。在循环内，程序将打印出 1 到 25（包括 25）范围内的随机整数。整数 1 和 25 被传递给 random.randint() 作为其参数。

当我们运行 python my_rand_int.py 程序时，我们将收到 10 个随机整数作为输出。由于这些是随机的，每次运行程序时可能会得到不同的整数，但它们将生成类似于以下内容：

这些整数不应该小于 1 或大于 25。

如果您想要使用多个模块的函数，可以通过添加多个 import 语句来实现：

import random
import math

您可能会看到导入多个模块的程序，使用逗号分隔它们，例如 import random, math，但这与 PEP 8 风格指南不一致。

为了使用我们的额外模块，我们可以将 math 模块中的常数 pi 添加到我们的程序中，并减少打印出的随机整数数量：

import random
import math


for i in range(5):
    print(random.randint(1, 25))

print(math.pi)

现在，当我们运行程序时，我们将收到类似于以下内容的输出，其中我们的最后一行输出是 pi 的近似值：

18
10
7
13
10
3.141592653589793

import 语句允许您将一个或多个模块导入到您的 Python 程序中，让您可以使用这些模块中构建的定义。

使用 from … import

要在程序的命名空间中引用模块中的项目，您可以使用 from … import 语句。以这种方式导入模块时，您可以通过名称引用函数，而不是通过点符号引用。

在这种构造中，您可以指定要直接引用的定义。

在其他程序中，您可能会看到 import 语句使用通配符 (*) 来引用模块中定义的所有内容，但这在 PEP 8 中是不被鼓励的。

让我们首先回顾一下从 random 模块中导入一个特定函数 randint()：

from random import randint

在这里，我们首先调用 from 关键字，然后是模块的名称 random。接下来，我们使用 import 关键字，并调用我们想要使用的特定函数。

现在，当我们在程序中实现这个函数时，我们将不再使用 random.randint() 的点符号，而只会写 randint()：

from random import randint


for i in range(10):
    print(randint(1, 25))

当您运行程序时，您将收到与之前类似的输出。

使用 from … import 构造允许我们在程序的命名空间中引用模块的定义，从而避免使用点符号。

为模块设置别名

通过使用 as 关键字，可以在 Python 中修改模块及其函数的名称。

您可能想要更改名称，因为您在程序中已经使用了相同的名称，您导入的另一个模块也使用了该名称，或者您可能想要缩写您经常使用的较长名称。

这个语句的构造如下：

import [module] as [another_name]

让我们在我们的 my_math.py 程序文件中修改 math 模块的名称。我们将模块名称从 math 修改为 m，以缩写它。我们修改后的程序将如下所示：

import math as m


print(m.pi)
print(m.e)

在程序中，我们现在将 pi 常数称为 m.pi 而不是 math.pi。

对于一些模块，使用别名是很常见的。matplotlib.pyplot 模块的官方文档要求使用 plt 作为别名：

import matplotlib.pyplot as plt

这允许程序员将较短的单词 plt 附加到模块中的任何函数，例如 plt.show()。您可以在我们的“如何使用 matplotlib 在 Python 3 中绘制数据”教程中看到这个别名导入语句的使用。

结论

当我们导入模块时，我们能够调用不是内置于 Python 中的函数。一些模块作为 Python 的一部分安装，而一些模块我们将通过 pip 安装。

利用模块使我们的程序更加健壮和强大，因为我们正在利用现有的代码。我们还可以为自己创建模块，供将来的程序员在未来的程序中使用。