python 模块、包及 import 方法

模块通过使用命名空间提供了将部件组织为系统的简单的方法。在一个模块文件的顶层定义的所有的变量名都成了被导入的模块对象的属性。在模块导入时，模块文件的全局作用域变成了模块对象的命名空间。Python 的模块允许将独立的文件连接成一个更大的程序系统。

模块和包

在 Python 中，一个 .py 文件就是一个模块（module）。使用模块大大提高了代码的可维护性，一个模块编写完成，就可以被其他项目代码引用。使用模块还可以避免函数名和变量名的冲突，相同名字的函数和变量可以分别存在于不同的模块中。我们在编写自己的模块时，不必考虑名字与其他模块内名字冲突。

在创建许许多多模块后，我们可能希望将某些功能相近的文件组织在同一文件夹下，这里就需要运用包的概念了。简单的说，包就是一个文件夹，但该文件夹下必须有 __init__.py 文件（若无，则 Python 将其视为一个普通目录）。常见的包结构如下：

my_package/
   __init__.py
   a.py
   b.py

包可以有多级目录，组成多层次的包结构：

my_package/  
    __init__.py
    web/
        __init__.py
        www.py
        utils.py
    a.py
    utils.py

文件 www.py 的模块名就是 my_package.web.www，两个utils.py 的模块名分别是 my_package.utils 和 my_package.web.utils。

第一次导入包或者包的任何其他部分，会执行包中的 __init__.py 文件，这个文件可以为空，也可以存放一些初始化的代码。

__init__.py 可以为空，也可以执行包的初始化或者设置 __all__ 变量的值。

导入模块

模块是最高级别的程序组织单元，它将程序代码和数据封装起来以便重用。模块可以由两个语句和一个重要的内置函数进行处理。

import: 使导入者以一个整体获取一个模块
from: 允许导入者从一个模块文件中获取特定的变量名
imp.reload: 在不中止 Python 程序的情况下，提供了一种重新载入模块文件代码的方法。

import 后面应该跟模块名，用法为import module或from package import module。在导入自建包的时候，如果直接写import my_package，my_package.my_module.my_func()，会报错module 'my_package' has no attribute 'my_module'，即 Python 将导入自建包的语句当作是导入一个模块。有一些操作可以让我们实现import my_package这种写法，在下面会做讨论。

首先，我们要先了解一下，当我们在 Python 代码中执行 import 的时候，Python 解释器做了什么。

有些 C 程序设计者喜欢把 Python 的模块导入操作比作 C 语言中的 #include，但其实不应该这么比较：在 Python 中，导入并非只是把一个文件文本插入另一个文件而已。导入其实是运行时的运算，程序第一次导入指定文件时，会执行三个步骤。

找到模块文件。
编译成位码。
执行模块的代码来创建其所定义的对象。

这三个步骤旨在程序执行时，模块第一次导入时才会进行。在这之后，导入相同模块时，会跳过这三个步骤，而只提取内存中已加载的模块对象。更底层一些的说，Python 把载入的模块存储到一个名为 sys.modules 的表中，并在一次导入操作的开始检查该表，如果模块不存在，将会启动一个三步骤的过程：

搜索
Python 使用标准模块搜索路径来找出 import 语句所对应的模块文件。在标准的 import 中引入路径从语法上讲是非法的[注]。模块搜索路径包括程序主目录，PYTHONPATH 目录，标准链接库目录以及任何 .pth 文件的内容（按顺序依次搜索）。这四者组合起来就是 sys.path。我们在有的地方看到会 import os，然后再 path 中添加模块所在的路径，就是在操作 sys.path。

注：
可以使用from dir1.dir2 import module或import dir1.dir2.module，这样加了路径的导入方式，但是前提是，dir1 位于上述四个搜索路径之中。
编译（可选）
找到源文件后，Python 会将其编译成字节码，若在搜索路径上只发现了字节码文件，而没有源代码，则会直接加载字节码（这意味着可以把一个程序模块作为字节码发布，使程序提速）。被导入的文件会产生一个 .pyc 字节码文件，被导入文件的字节码保存在文件中从而可以提高之后导入的速度。
执行
模块文件中的所有语句会依次执行，任何对变量名的赋值运算，都会产生所得到的模块文件的属性。

import 和 from

客户端可以执行 import 或 from 语句来使用模块文件，如果模块还没被加载，这两个语句就回去搜索、编译以及执行模块文件。主要的差别在于，import 会读取整个模块，from 将获取（或者说复制）模块中特定的变量名。

import module1
module1.printer('hello world!')

from module1 import printer
printer('hello world!')

这段代码展示了两种导入方式。import 语句使用一个变量名引用整个模块对象，所以必须通过模块名称（module1）来使用模块的属性（printer）。from 把模块中的变量名 printer 复制到另一个作用域，它让我们可以直接在脚本中使用复制后的变量名。from语句有破坏命名空间的潜质。如果使用from导入变量，而那些变量碰巧和作用域中现有变量重名，变量就会被悄悄的覆盖掉。使用 import 语句时就不存在这种问题，因为必须通过模块名才能获取其内容。不过，使用from时，只要你了解并预料到可能发生这种事，在实际情况下这就不是一个大问题了，尤其是当你明确列出导入变量名时（例如，from module import x, y, z）。

import 和 from 是赋值语句！
import 和 from 是赋值语句！
import 和 from 是赋值语句！

就像 def 一样，import 和 from 是可执行的语句，而不是编译期间的声明，import 和 from 都是隐性的赋值语句。import 将整个模块对象赋值给一个变量名，例如 import numpy as np，变量 np 可以调用 numpy 里的对象。from 将一个或多个变量名赋值给另一个模块中的同名对象，例如from random import random，在当前模块中使用 random 变量就可以调用 random 模块的对象。

又因为 from 是复制引用模块内的变量，变成当前脚本中的对象的引用，所以通过 from 赋值的对象是不安全的：

"""var.py"""
x = 1
y = [1,2]

"""test1.py"""
from var import x,y
...
x = 2
y[0] = 9
...

"""test2.py"""
import var
print(x)  # 1
print(y)  # [9,2]

列表 y 是一个可变对象，在 test1 中，改变了 y 的值，在 test2 中得到了反馈，test2 中的 y 被修改。

所以，通常会建议大家使用 import 而非 from 来导入模块（而不是导入包）。from 破坏了命名空间，造成了变量名的重复甚至覆盖，或者如上例所示，同名的变量无意间修改了 var 模块中的变量。这都是不安全的隐患。而 import 通过 module.x，module.y 这样的访问方式，大大提升了代码的安全性。

导入包

init.py

要导入一个包，必须遵循一条约束：包的每一级目录都有 __init__.py 文件。

Python 首次导入某个包时，会自动执行该目录下 __init__.py 文件中的所有程序代码。因此，__init__.py 文件自然就应该是一份初始化代码。

举一个例子，我们看一下 Python Web 框架 django 中是怎么写 __init__.py 文件的：

"""django/django/apps/__init__.py"""
from .config import AppConfig
from .registry import apps

__all__ = ['AppConfig', 'apps']

包 apps 内有三个文件 __init__.py，config.py，registry.py。如果我们什么也不做，直接import apps，是可以成功导入的，但是在使用的时候，apps.config.AppConfig 会报错，module 'apps' has no attribute 'config'，Python 在这里直接导入了一个模块，而未能按照包来处理。但是在__init__.py中加入那两行代码之后，import apps相当于执行了这两个from导入。另外一种写法就是，__init__.py中不写from语句，在需要导入包的地方使用from apps import config，这样也可以实现模块的导入，同时也没有破坏命名空间。

再来看看 __all__ 变量。该变量定义了以 from ... import * 语句形式导入包时，需要导出什么。若定义了这个变量，那么使用from ... import *导入包时，并不会导入包内所有的模块的所有变量，而是只导出列表中的变量。

关于 import 的一些语法

在同级目录导入模块时，不能使用 from . import module，应该直接写import module
在同级目录下，可以写from .module import attribute

Python 模块文件模板

这只是一个建议，摘自廖雪峰Python教程。

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-

'a test module '  # 任何模块代码的第一个字符串都被视为模块的文档注释

__author__ = 'Harry Potter'

import sys

def test():
    args = sys.argv
    if len(args)==1:
        print('Hello, world!')
    elif len(args)==2:
        print('Hello, %s!' % args[1])
    else:
        print('Too many arguments!')

if __name__=='__main__':
    test()

以上。