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02-10.python入门基础一Python模块与包（二）

news 来源：原创 2025/6/2 13:11:48

五、Python 包的概念

（一）包的定义与结构

在 Python 中，“包”（Package）是一种按照目录来组织模块的方式，它允许开发者将相关的模块集合在一起，形成一个更具逻辑性和结构性的代码单元。

从物理层面来看，包本质上就是一个文件夹，在这个文件夹里面可以包含多个模块（即 Python 文件），同时也能够包含子包（也就是子文件夹），就如同普通文件夹下面可以存放文件以及嵌套其他子文件夹一样。不过，要让 Python 解释器将这个文件夹识别为一个包，该文件夹下必须包含一个名为 __init__.py 的特殊文件。这个文件可以是空的，当然也能在其中编写包的初始化代码等内容。例如，当我们导入一个包时，实际上就是执行这个 __init__.py 文件，它可以做一些初始化的操作，像导入该包内的其他模块等，以此来完成整个包的准备工作，方便后续对包内模块的使用。

以一个简单的示例来说明包的结构，假设有一个名为 my_package 的包，其目录结构可能如下：

my_package/

__init__.py

module1.py

module2.py

subpackage/

__init__.py

module3.py

在上述结构中，my_package 就是主包，它里面包含了两个模块文件 module1.py 和 module2.py，同时还有一个名为 subpackage 的子包，子包下同样有自己的 __init__.py 文件以及模块文件 module3.py。

并且，包是可以进行多级嵌套的，能够构建出不同复杂度的目录结构，以适应各种规模和复杂程度的项目需求。比如在大型项目中，可能会有类似下面这样更深层次的嵌套结构：

project/

main_package/

__init__.py

module_a.py

module_b.py

subpackage_1/

__init__.py

module_c.py

module_d.py

subsubpackage/

__init__.py

module_e.py

another_package/

__init__.py

...

通过这样的多级嵌套包结构，能够将功能相关的模块更加细致地分类组织在一起，让整个项目的代码架构更加清晰明了，便于开发、维护以及后续的扩展等操作。要是没有 __init__.py 文件，Python 解释器就会把相应的目录当成普通目录，而不会将其视作一个包来处理，自然也就无法按照包的方式去导入和使用其中的模块了。

（二）包的优势

使用包来组织模块在 Python 开发中有着诸多显著的优势，尤其在处理较为复杂的大型项目时，这些优势体现得更为明显。

首先，包能够有效避免模块名冲突。

其次，包有助于更好地管理和维护大量模块。再者，包提升了代码的可扩展性。

六、Python 包的组织

（一）创建包的步骤

在 Python 中创建包主要有以下详细步骤：

1. 创建目录结构

首先，需要创建一个新的文件夹作为包的根目录，这个目录的命名要遵循 Python 的命名规范，通常采用小写字母加下划线的方式，不能以数字开头，例如 my_package 。然后，根据包内模块及子包的规划，在这个根目录下创建相应的子目录（用于存放子包）以及 .py 文件（作为模块）。

例如，创建一个简单的包结构，它包含两个模块文件和一个子包，目录结构如下：

my_package/

__init__.py

module1.py

module2.py

subpackage/

__init__.py

module3.py

这里 my_package 是主包目录，subpackage 就是它的子包目录，每个目录下都需要有 __init__.py 文件来标识其为一个 Python 包结构中的一部分。

2. 添加 init.py 文件

__init__.py 文件在包的创建中起着关键作用，它可以是空文件，不过也能在其中编写一些包的初始化代码等内容。当导入一个包时，Python 解释器实际上会执行这个 __init__.py 文件，我们可以利用它来做一些准备工作，比如导入该包内的其他模块，方便后续对包内模块的使用。

以下是几种常见的在 __init__.py 文件中的操作示例：

导入包内模块示例：

假设在 my_package 的 __init__.py 文件中，希望在导入这个包时自动导入 module1 和 module2 模块，可以这样写：

from. import module1

from. import module2

这样，当使用 import my_package 语句导入包时，就能直接访问 module1 和 module2 模块内定义的内容了。

使用 __all__ 控制导入内容示例：

如果想控制使用 from my_package import * 语句时具体导入哪些模块，可以在 __init__.py 文件中定义 __all__ 列表，比如：

__all__ = ['module1', 'module2']

这样，使用上述语句时就只会导入 module1 和 module2 这两个模块，而不会导入其他未在列表中指定的对象。

3. 创建模块文件

在相应的目录下创建 .py 文件作为模块，在这些模块文件中编写具体的 Python 代码，定义函数、类、变量等各种 Python 对象，就像创建普通的 Python 模块一样。

例如，在 my_package 目录下的 module1.py 文件中定义一个简单的函数：

def function_in_module1():

print("This is a function in module1.")

在 subpackage 子包目录下的 module3.py 文件中也可以定义相关内容，比如：

class ClassInModule3:

def __init__(self):

self.data = "Some data in ClassInModule3"

def show_data(self):

print(self.data)

4. 更复杂包结构示例（含有多级子包）

在大型项目中，常常会创建多级嵌套的包结构来更好地组织代码，例如下面这样的结构：

project/

main_package/

__init__.py

module_a.py

module_b.py

subpackage_1/

__init__.py

module_c.py

module_d.py

subsubpackage/

__init__.py

module_e.py

another_package/

__init__.py

...

创建过程和前面类似，每个包目录（包括各级子包目录）下都需要添加 __init__.py 文件，然后在对应的模块文件中编写具体功能代码。

假设在 main_package 的 __init__.py 文件中，可以按照功能需求导入相关模块，像这样：

from. import module_a

from. import module_b

from.subpackage_1 import module_c

在 subpackage_1 的 __init__.py 文件里又可以导入它内部以及下级子包中的模块等，比如：

from. import module_c

from. import module_d

from.subsubpackage import module_e

通过以上步骤，就完成了 Python 包的创建过程，后续就可以在其他 Python 脚本中导入并使用这些包及包内的模块了。

（二）包内模块的导入与调用

创建好包之后，如何在 Python 脚本中导入包内的模块并进行调用呢？下面将详细介绍不同的导入方式及相关注意事项。

1. 使用 import 语句导入包及模块

导入整个包：

可以使用 import 关键字直接导入整个包，语法形式为 import package_name，例如：

import my_package

当执行这样的语句后，Python 会在相应的搜索路径中查找名为 my_package 的包（也就是包含 __init__.py 文件的目录），并加载进来。不过要访问包内的模块成员，需要通过包名作为前缀，再加上模块名以及相应的成员名来访问，例如：

my_package.module1.function_in_module1()

导入包内的特定模块：

如果只想导入包内的某个具体模块，可以使用 import package_name.module_name 的语法形式。比如，对于前面创建的 my_package 及其子包 subpackage，若要导入 subpackage 中的 module3 模块，可以这样写：

import my_package.subpackage.module3

然后就可以使用该模块内定义的类、函数等成员了，像这样：

obj = my_package.subpackage.module3.ClassInModule3()

obj.show_data()

2. 使用 from...import 语句导入特定模块成员

导入模块中的指定成员：

from...import 语句允许从模块中导入指定的成员（如函数、变量、类等），并直接在当前命名空间中使用这些成员，无需再添加模块名作为前缀，语法形式为 from package_name.module_name import member_name。

例如，要从 my_package 的 module1 模块中导入 function_in_module1 函数，可以这样写：

from my_package.module1 import function_in_module1

function_in_module1() # 直接调用函数，无需加模块名前缀

导入子包中模块的成员：

对于子包中的模块成员导入，同样使用 from...import 语句，只是需要带上相应的包和子包路径，例如，从 my_package 的子包 subpackage 里的 module3 模块中导入 ClassInModule3 类：

from my_package.subpackage.module3 import ClassInModule3

obj = ClassInModule3()

obj.show_data()

3. 相对名称导入

在包内的模块之间，还可以使用相对名称导入的方式。相对导入使用点号来表示层级关系，单个点号（.）表示当前目录，两个点号（..）表示上一级目录。

例如，在 my_package 的 subpackage 子包下的 module3.py 文件中，如果要导入同目录下的其他模块或者上级目录中的模块，可以这样做：

导入同目录模块：

from. import module4 # 假设存在module4.py这个同目录下的模块

导入上级目录模块：

from.. import module1 # 导入my_package目录下的module1模块

需要注意的是，相对导入只能在包内的模块间使用，不能用于顶级模块（例如直接运行的脚本）。而且要避免循环导入的问题，即两个或多个模块之间相互导入，这可能会导致代码出现逻辑错误或者运行时错误，需要仔细设计模块间的依赖关系来避免这种情况发生。

总之，掌握好包内模块的导入与调用方式，能够更加灵活、高效地在 Python 项目中组织和使用代码，充分发挥包结构带来的代码管理优势。

七、Python 包的管理方法

（一）pip 工具

pip 是 Python 自带的一款功能强大的包管理工具，它主要用于从 Python 包索引（PyPI）中安装、升级以及卸载 Python 包，为开发者管理项目依赖提供了便捷的途径。

在安装 Python 环境时，pip 通常会一并被安装好，无需额外操作即可直接使用。以下是一些 pip 工具的常见使用场景及对应命令示例：

安装 Python 包：

使用 pip install 命令可以轻松安装指定的 Python 包，例如想要安装 numpy 包，只需在命令行中输入 pip install numpy，pip 就会自动从 PyPI 上下载该包并安装到当前的 Python 环境中。如果需要安装指定版本的包，可以使用类似 pip install numpy==1.21.0 的命令，这样就能精准安装到版本号为 1.21.0 的 numpy 包了。

查看已安装的包：

通过 pip list 命令，可以列出当前 Python 环境中已经安装的所有 Python 包及其对应的版本信息，方便开发者了解项目所依赖的包的情况，以及确认某个包是否已经成功安装。

升级包：

当某个 Python 包有了更新版本，想要将其升级到最新版时，可以使用 pip install --upgrade 命令，比如 pip install --upgrade requests 就能把 requests 包升级到最新可用的版本，确保使用的包具备最新的功能和修复了已知的问题。

卸载包：

若不再需要某个已安装的 Python 包，利用 pip uninstall 命令可将其卸载，像 pip uninstall beautifulsoup4 就能把 beautifulsoup4 包从当前 Python 环境中移除，节省空间并避免不必要的依赖冲突。

（二）其他包管理工具

1. Conda

Conda 是一个跨平台的包管理和环境管理系统，它具有很强的通用性，不仅可以管理 Python 包，还能够对其他编程语言的包以及虚拟环境进行有效管理。

对于数据科学、机器学习等复杂项目而言，往往需要使用多种不同编程语言编写的库，并且不同项目可能对同一个库有着不同版本的需求，这时候 Conda 就能发挥出很大的优势。

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五、Python 包的概念

（一）包的定义与结构

（二）包的优势

六、Python 包的组织

（一）创建包的步骤

1. 创建目录结构

2. 添加 __init__.py 文件

3. 创建模块文件

4. 更复杂包结构示例（含有多级子包）

（二）包内模块的导入与调用

1. 使用 import 语句导入包及模块

2. 使用 from...import 语句导入特定模块成员

3. 相对名称导入

七、Python 包的管理方法

（一）pip 工具

（二）其他包管理工具

1. Conda

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2. 添加 init.py 文件