Python编程实战 - 函数与模块化编程 - 导入与使用模块

一、什么是模块

模块（Module） 是一个包含 Python 定义和语句的文件，文件名以 .py 结尾。简单来说，一个 .py 文件就是一个模块。

比如，我们创建一个名为 mymath.py 的文件，内容如下：

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

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

这时，我们就定义了一个名为 mymath 的模块，其中包含了两个函数 add() 和 sub()。

二、导入模块的方式

Python 提供了多种导入模块的方式，根据需求灵活使用。

1. 使用 import 导入整个模块

import mymath

print(mymath.add(3, 5))
print(mymath.sub(10, 4))

这里通过 模块名.函数名 的方式调用函数。 这种方式清晰明了，但每次使用函数时都要加上模块名前缀。

2. 使用 from...import... 导入部分功能

from mymath import add

print(add(3, 5))

这样我们就可以直接使用 add()，无需加上模块名前缀。 如果需要导入多个函数，可以写成：

from mymath import add, sub

3. 导入模块中的所有内容

from mymath import *

这样可以直接使用模块中的所有函数和变量，但不推荐这样使用，因为容易与当前命名空间的变量冲突。

4. 使用别名简化模块名

有时候模块名很长，我们可以使用 as 给模块取别名：

import mymath as m

print(m.add(4, 6))

这在使用第三方库（如 numpy、pandas）时非常常见：

import numpy as np
import pandas as pd

三、常用的 Python 内置模块

Python 自带了丰富的标准库，我们可以直接导入使用，无需额外安装。

1. math 数学模块

import math

print(math.sqrt(16))   # 开平方
print(math.pi)         # 圆周率

2. random 随机模块

import random

print(random.randint(1, 10))  # 生成 1 到 10 的随机整数
print(random.choice(['apple', 'banana', 'pear']))  # 随机选择一个元素

3. datetime 日期时间模块

import datetime

now = datetime.datetime.now()
print(now)

四、自定义模块的导入

假设我们有如下文件结构：

project/
│
├── main.py
└── utils.py

utils.py 内容：

def greet(name):
    print(f"Hello, {name}!")

main.py 内容：

import utils

utils.greet("Python")

运行 main.py 时，Python 会自动找到同一目录下的 utils.py 并执行导入。

五、模块的搜索路径

当你导入一个模块时，Python 会按照以下顺序查找模块：

1. 当前程序所在目录；
2. 系统环境变量 PYTHONPATH 指定的路径；
3. Python 安装路径下的标准库目录。

你可以通过以下代码查看模块的搜索路径：

import sys
print(sys.path)

如果你想临时添加搜索路径：

import sys
sys.path.append("/path/to/my/modules")

六、导入模块时执行的内容

当你第一次导入模块时，Python 会执行模块文件中的所有顶层代码。 比如：

# mymodule.py
print("模块正在被加载...")
a = 10

当执行：

import mymodule

会输出：

模块正在被加载...

但再次导入同一个模块时，Python 不会重新执行，因为模块会被缓存。

七、包（Package）的概念

当一个目录下包含一个 __init__.py 文件时，这个目录就成为一个包（Package），可以包含多个模块。

目录结构如下：

mypackage/
│
├── __init__.py
├── math_utils.py
└── string_utils.py

使用时可以这样导入：

from mypackage import math_utils
math_utils.add(3, 5)

或者：

from mypackage.math_utils import add
add(3, 5)

八、总结

• 模块是 .py 文件，包是包含 __init__.py 的目录；
• import 导入整个模块，from...import... 导入部分内容；
• 模块可复用、可组织代码结构；
• 常用模块有：math、random、datetime、os、sys 等；
• Python 导入模块时，会从当前目录、PYTHONPATH 和系统库路径中查找。

结语： 模块化编程是 Python 的核心思想之一。它让代码更有组织、更易维护、更易复用。熟练掌握模块与包的使用，是从“会写 Python”到“精通 Python”迈出的关键一步。