Python 中的模块

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一、什么是模块

定义：

模块是 Python 程序的基本组织单元，是一个包含了函数、类、变量以及可执行代码的文件。

简单来说：

• 一个 .py 文件 就是一个模块；
• 模块是为了 代码复用、逻辑分层、结构清晰。

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二、模块的分类

类型	说明	示例
内置模块	Python 自带模块	math, os, sys, random, datetime
第三方模块	需安装的模块	numpy, pandas, requests, flask
自定义模块	用户自己编写的 .py 文件	mymodule.py

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三、模块的导入方式

Python 提供多种导入语法

语法	用法
import module	导入整个模块
import module as m	给模块起别名
from module import func	导入指定函数或类
from module import *	导入所有（不推荐）

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案例：导入并使用模块

import math

print(math.pi)         # 输出：3.141592653589793
print(math.sqrt(16))   # 输出：4.0

案例：导入指定函数

from math import sqrt, pow

print(sqrt(25))   # 输出：5.0
print(pow(2, 3))  # 输出：8.0

案例：模块别名

import numpy as np

arr = np.array([1, 2, 3])
print(arr)

内置的函数 dir() 可以找到模块内定义的所有名称。以一个字符串列表的形式返回

四、自定义模块

你可以创建自己的模块文件，然后导入使用。

案例：自定义模块 mymath.py

文件：mymath.py

# 自定义数学模块

def add(a, b):
    return a + b

def sub(a, b):
    return a - b

PI = 3.14159

文件：main.py

import mymath

print(mymath.add(3, 5))  # 输出 8
print(mymath.PI)         # 输出 3.14159

✅ 原理说明：

• Python 导入模块时，会执行模块中的顶层代码；
• 模块名就是文件名（不包含 .py）；
• 模块文件要与调用文件在同一目录下，或在 Python 搜索路径中。

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五、模块搜索路径与 sys.path

Python 查找模块的顺序如下：

1. 当前工作目录；
2. 系统环境变量 PYTHONPATH；
3. Python 安装目录中的标准库路径。

可以用以下代码查看：

import sys
print(sys.path)

✅ 你可以临时添加一个路径：

sys.path.append("D:/myproject/libs")

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六、模块属性 __name__

每个模块都有一个内置属性 __name__。

• 当模块被 直接运行 时：__name__ == "__main__"
• 当模块被 导入运行 时：__name__ == 模块名

文件：demo.py

def greet():
    print("Hello, Python!")

if __name__ == "__main__":
    greet()
    print("我是直接运行的 demo 模块")
else:
    print("demo 模块被导入")

运行 python demo.py：

Hello, Python!
我是直接运行的 demo 模块

被其他文件导入时：

demo 模块被导入

✅ 作用：
方便我们区分模块是独立执行还是被导入执行。

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七、Python 常用标准模块

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math —— 数学计算模块

import math

print(math.sqrt(9))      # 3.0
print(math.factorial(5)) # 120
print(math.ceil(3.2))    # 4
print(math.floor(3.8))   # 3

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random —— 随机数模块

import random

print(random.randint(1, 10))        # 1~10 之间随机整数
print(random.choice(['A', 'B', 'C']))  # 随机选择
print(random.sample(range(100), 5))    # 随机取样
random.shuffle(mylist)                 # 随机打乱列表

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os —— 操作系统模块

import os

print(os.getcwd())              # 当前工作目录
os.mkdir("testdir")             # 创建文件夹
os.rename("old.txt", "new.txt") # 重命名文件
os.remove("file.txt")           # 删除文件
print(os.listdir("."))          # 列出当前目录所有文件

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sys —— 系统参数模块

import sys

print(sys.version)    # Python 版本
print(sys.platform)   # 操作系统
sys.exit()            # 退出程序

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datetime —— 日期时间模块

import datetime

now = datetime.datetime.now()
print(now.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S"))

# 日期加减
delta = datetime.timedelta(days=7)
print(now + delta)

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time —— 时间模块

import time

print(time.time())        # 当前时间戳
print(time.ctime())       # 格式化输出
time.sleep(2)             # 暂停 2 秒

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json —— JSON 数据处理模块

import json

data = {"name": "Tom", "age": 22}
json_str = json.dumps(data)    # Python 对象 → JSON 字符串
print(json_str)

new_data = json.loads(json_str)  # JSON 字符串 → Python 对象
print(new_data["name"])

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re —— 正则表达式模块

import re

text = "My phone: 138-0011-2233"
pattern = r"\d{3}-\d{4}-\d{4}"
result = re.findall(pattern, text)
print(result)  # ['138-0011-2233']

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八、包与模块的区别

包 是 多个模块的集合。

• 包就是一个 带有 __init__.py 文件的文件夹；
• 用于组织模块，避免命名冲突。

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案例结构：

myproject/
│
├── main.py
└── mypackage/
    ├── __init__.py
    ├── mathutils.py
    └── stringutils.py
mathutils.py
def add(a, b):
    return a + b
main.py
from mypackage import mathutils

print(mathutils.add(3, 4))  # 输出 7

✅ 说明：

• __init__.py 可以为空；
• 它告诉 Python：这个文件夹是一个包。

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九、第三方模块的安装与使用

使用 pip 命令安装：

pip install requests

案例：requests 模块进行网页请求

import requests

url = "https://api.github.com"
response = requests.get(url)

print(response.status_code)
print(response.json())

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十、模块开发

✅ 推荐结构

project/
│
├── main.py
├── utils/
│   ├── __init__.py
│   ├── file_utils.py
│   ├── math_utils.py
│   └── net_utils.py
└── config.py

✅ 命名规范

• 模块名全小写；
• 文件名避免与标准库重名；
• 公共函数尽量写在模块中，方便复用。

✅ 文档与注释

• 每个模块开头加文档字符串：

"""
math_utils.py
数学工具模块：提供常用的数学函数
"""

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十一、总结表格

分类	示例	用途
内置模块	math, os, sys, time	系统操作、数学计算
标准库模块	re, json, datetime, collections	常规工具
第三方模块	numpy, pandas, flask, requests	数据科学、网络、Web
自定义模块	mymodule.py	自己封装的工具函数
包	mypackage	模块集合

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