14.Python 模塊

1. 使用模塊

Python 把能夠相互包含，且有組織的代碼段稱為模塊（module）。使用模塊的好處如下：

提高代碼的可維護性。
提高代碼的可重用性。
避免命名沖突和代碼污染。

文件能夠在物理層面組織模塊，一個文件被看作是一個獨立模塊，一個模塊也可以被看作一個文件。模塊的文件名就是模塊的名字加上擴展名.py。在.py文件中可以包含類、函數、變量、可運行的代碼等。模塊也可以被其他模塊、腳本、交互式解析器導入（import），也可以被其他程序引用。

Python 模塊一般位于安裝目錄下Lib文件夾中，執行help(“moduels”)命令，可以查看已經安裝的所有模塊列表。模塊可以分為3種類型：

內置標準模塊：Python 預安裝了很多標準模塊，如sys、time、json模塊等。
第三方開源模塊：由第三方商業公司或個人開發，并免費分享到網上的模塊。用戶使用的大部分模塊都是這種類型。
自定義模塊：由開發者自己開發的模塊，方便在腳本中使用

自定義模塊的名字不能與系統模塊重名，否則有覆蓋內置模塊的風險。例如，自定義一個sys.py模塊后，就不能夠使用系統的sys模塊。

使用第三方模塊時，有2種方法：

1.使用pip命名安裝。

'''Windows 按住win+R 輸入 cmd，Mac 打開Terminal'''
pip install 模塊名 # 安裝模塊
pip uninstall 模塊名 # 卸載模塊
pip list # 查看所安裝的模塊

2.通過下面網址下載模塊并安裝模塊。下載.whl或者.gz文件，在命令行進入到文件目錄，使用pip install 文件名或者 python [setup.py](http://setup.py) install

PyPi官網：https://pypi.org
Gohlke：https://www.lfd.uci.edu/~gohlke/pythonlibs/

使用import語句可以導入模塊，模塊名不包含.py擴展名。如果模塊名比較長，在導入時可以起一個別名。

# 導入模塊
import 模塊名1
import 模塊名2
import 模塊名1[,模塊名2,..,模塊名N]
# 導入模塊并起別名
import 模塊名1 as 別名

所有的模塊在開頭部分導入，并且建議遵循如下順序：

Python 標準模塊。
Python 第三方模塊。
自定義模塊。

一個模塊無論被導入多少次，它只被加載一次，當Python解釋器在源代碼中遇到import關鍵字時，自動在搜索路徑（sys.path）中搜尋對應的模塊，如果發現在函數中導入，那么它的作用域是局部的。

搜索路徑是一個目錄列表，被存儲在sys模塊中的path變量中，供解釋器在導入模塊時參考，可以事先配置，或者在源代碼中設置。

import sys # 導入sys模塊
for i in sys.modules: # 遍歷所有導入的模塊print(i,end='\n')dir(sys) # 查看該模塊中可用的成員# 兼容導入適配的模塊版本
try:import json # python 2.6版本后
except ImportError:import simplejson as json # python 2.5版本前

使用from-import語句可以將指定模塊中的成員名稱導入當前作用域中，如函數、類或變量等，語法和示例如下：

from 模塊名 import 成員 # 導入單個成員
from 模塊名 import 成員1[,成員2,...,成員N] # 導入多個成員
from 模塊名 import * # 導入所有成員from time import * # 導入time模塊中所有成員
print(dir())  # 查看導入的所有成員名稱

2. 使用包

包是Python組織模塊的一種邏輯方法，是一個有層次的目錄結構，它定義了由多個模塊或多個子包組成的Python應用程序運行環境。一個文件夾就是一個包，包的名稱就是文件夾的名稱，包可以相互嵌套。包的好處如下：

為名稱空間加入有層次的組織結構。
允許開發人員把有聯系的模塊組合到一起。
允許分發者使用目錄結構而不是一大堆混亂的文件。
解決同一個允許環境中導入模塊重名問題。

創建包就是創建文件夾。

包文件夾下存在一個名為__init__.py的文件，用于標識當前文件夾是一個包，建議創建包時都添加__init__.py該文件。init.py可以是一個空文件，也可以初始化設置代碼。

導入包有兩種方法：

絕對路徑導入：通過指定“包.模塊.名字”的完整路徑進行導入。
相對路徑導入：在一個包（package）的內部，模塊之間可以使用相對路徑導入。
- 在導入路徑前面添加1個點號（.），表示當前目錄。
- 在導入路徑前面添加2個點號（…），表示父級目錄。

import 包
import 包.子包 
# 常用形式1
import 包.子包.模塊  
# 常用形式2
from 包 import 模塊  
from 包.子包 import 模塊
from 包.子包.模塊 import 成員

使用相對路徑導入，必須是一個完整的項目，切必須從入口程序開始執行。

3. 常用模塊

3.1 日期和時間

操作日期和時間的內置模塊有：time、datetime、calendar。

time 是基礎模塊，可滿足對時間類型數據的基本處理；

時間也是一種數據類型，分3種形式：時間戳（timestamp）、結構化時間（struct_time）、格式化的時間字符串（format string）。

import time # 導入time模塊
print(time.time())  # 返回當前時間戳，浮點數：1700636693.016157
'''返回結構化時間，一個元組：
time.struct_time(tm_year=2023, tm_mon=11, tm_mday=22, 
tm_hour=15, tm_min=6, tm_sec=30, 
tm_wday=2, tm_yday=326, tm_isdst=0)
'''
print(time.localtime()) 
print(time.ctime()) # 返回當前本地時間的字符串：Wed Nov 22 15:06:30 2023
print(time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')) # 2023-11-22 15:16:00

datetime 模塊是對time模塊進行高級封裝，功能更強大，使用更方便；

包含6個字類型：

datetime.date：表示日期，常用的屬性有year、month、day。
datetime.time：表示時間，常用屬性有hour、minute、second、microsecod。
datetime.datetime：表示日期時間
datetime.timedelta：表示兩個date、time、datetime實例之間的時間間隔。
datetime.tzinfo：時區對象。
datetime.timezone：tzinfo的子類，表示時區，計算UTC的偏移量。

import time
import datetime
# 獲取當前時間
print(datetime.datetime.now()) # 2023-11-22 15:35:44.190278
print(datetime.datetime.today()) # 2023-11-22 15:35:44.190382
# datetime 和結構化時間之間相互轉換
print(datetime.datetime(year=2023,month=11,day=22,hour=15,minute=30,second=00)) # 2023-11-22 15:30:00
print(datetime.datetime.now().timetuple()) # 轉換為結構化時間元組
# datetime和時間戳之間相互轉換
print(datetime.datetime.timestamp(datetime.datetime.now()))
print(datetime.datetime.fromtimestamp(1700638527.603307))
# datetime和時間字符串之間的相互轉換
dt = datetime.datetime.now()
print(dt.strftime('%Y=%m-%d %H:%M:%S')) # 2023=11-22 15:44:19
print(dt + datetime.timedelta(hours=8)) # 2023-11-22 23:44:19.150674

calendar 模塊用于處理日歷相關；

import calendar
n = calendar.month(2023,11)
print(n)

3.2 偽隨機數

random 內置模塊，能夠實現各種分布的偽隨機數。

random.random()：用于生成（0<=n<1.0）的浮點數。
random.unform(a,b)：用于生成（a<=n<b）的浮點數。
random.randint(a,b)：用于生成（a<=n<=b）的整數。
random.randirange([start=0], stop[,step=1])：指定范圍內，按指定步長遞增的集合中獲取一個隨機數。
random.choice(sequence)：從參數序列sequence對象中獲取一個隨機元素。
random.shuffle(x[,random])：將一個列表中的元素打亂。
random.sample(sequence,k)：從指定序列sequence中隨機獲取指定長度的片段。

import random 
print(random.random()) # 產生[0,1)浮點數 0.10565535904276113
print(random.uniform(1.1,5.4)) # 產生[1.1,5.4)浮點數 2.2114464386429304
print(random.randint(1,10)) # 產生[0,1]整數 4
print(random.choice([1,2,3,4,5,6,7,8,9,0])) # 從序列中隨機選取一個元素 9
print(random.randrange(1,100,2)) # 生成 1～ 100的間隔2的隨機整數 79
a = [1,3,5,7,8]
random.shuffle(a) # 將序列a中元素順序打亂
print(a) # [5, 8, 1, 3, 7]

3.3 摘要算法

hashlib 內置模塊包含hash和md5加密方法，這種加密是不可逆的，也稱摘要算法。

hash 為哈希，表示把任意的輸入，通過某種hash算法，轉換成固定長度的輸出，這個輸出值就是散列值，也稱摘要值，算法為哈希函數，摘要函數。

MD5 是最常見的摘要算法，速度快，生成結果是固定的16字節，通常用一個32位的十六進制字符串表示。

常用的方法有如下：

md5()、sha1()：加密算法，獲取一個加密的哈希對象。
update()：用參數字符串更新哈希對象。
digest()：以二進制數據字符串返回摘要信息。
hexdigest()：以十六進制數據字符串返回摘要信息。
copy()：復制哈希對象。

import hashlib # 導入加密模塊
s = 'Python'  # 待加密的字符串
md5 = hashlib.md5() # md5加密
md5.update(s.encode('utf-8')) # 注意轉碼
r = md5.hexdigest() # 返回十六進制的數據字符串值
print(r) # a7f5f35426b927411fc9231b56382173

3.4 JSON 處理

JSON 是一種廣泛應用的輕量級的數據交換格式，字典格式，其中包含方括號起來的數組，也就是列表。

json 提供了4中方法來實現Python對象與JSON對象進行快速交換。

dumps()：將Python對象序列化為JSON字符串表示。
dump()：將Python對象序列化為JSON字符串，然后保存到文件中。
loads()：把JSON格式的字符串反序列化為Python對象。
loas()：從文件中讀取內容，然后讀取的字符串反序列化為Python對象。

import json
a = {'name':'Tom','age':23}
b = json.dumps(a) # 把序列化Python對象轉換為JSON格式字符串
print(type(a)) # <class 'dict'>
print(b,type(b)) # {"name": "Tom", "age": 23} <class 'str'>
c = json.loads(b) # 把JSON格式字符串轉換序列化Python對象
print(c['name']) # Tom
print(type(c)) # <class 'dict'>with open('test.json','w',encoding='utf-8') as f:
# indent 表示格式化保存字符串，默認為None，小于0個空格json.dump(a,f,indent=4) # 將字典對象序列化字符串# f.write(json.dumps(a,indent=4)) # 與json.dump()效果一樣with open('test.json','r',encoding='utf-8') as f:d = json.load(f) # 轉換python對象f.seek(0) # 重寫把文件指針移到文件開頭e = json.loads(f.read()) # 與json.load(f)執行效果一樣print(d) # {'name': 'Tom', 'age': 23}
print(e) # {'name': 'Tom', 'age': 23}

3.5 圖像處理

Python Imaging Library 是免費的圖像處理工具包，是Python平臺上的圖像處理標準庫。PIL提供強大的圖形、圖像處理功能，API使用簡單。

支持數十種格式，如PNG、JPEG、BMP、GIF、TIFF等。
支持黑白、灰階、RGB、CMYK等多種色彩模式。
圖像基本操作，如裁切、平移、旋轉、改變尺寸、調置、剪切、粘貼等
圖像色彩處理，如亮度、色調、對比、銳利度等。
支持十多種濾鏡。
在圖像中繪制點、線、面、幾何形狀、文字等。

圖像的基本操作：

open()：打開圖像
new()：創建新圖像
show()：顯示圖像
save()：保存圖像
copy()：復制圖像

圖像基本屬性

format：圖像來源
size：圖像大小
mode：圖像模式

圖像變換操作

resize()：改變圖像大小
rotate()：旋轉圖像
transpose()：翻轉圖像
convert()：轉換圖像
filter()：特效處理

圖像合成、裁切、分離等操作

blend()：合成圖像
crop()：裁切圖像
paste()：粘貼圖像
split()：根據顏色通道分離圖像
merge()：核查單一圖像

圖像像素點操作：

point()：對每個像素點執行一次函數調用操作
getpixel()：獲取指定像素點的顏色值
putpixel()：為指定像素點設置顏色值

from PIL import Image
im = Image.open('/Users/guanfawang/Downloads/Untitled-89.png')
w,h = im.size
print(w,h) # 506 526
a = im.resize((w//2,h//2)) # 改變尺寸
a.save('/Users/guanfawang/Downloads/a.png') # 保存新尺寸圖像
a.rotate(90) # 旋轉90度
a.show() # 打開查看圖像'''
設計生成驗證碼圖片
'''
# 第一步：從PIL模塊中導入圖像類、繪圖類、圖像字體類和圖像特效類
from PIL import Image,ImageDraw,ImageFont,ImageFilter
# 第二步：初始化設置
import random  # 導入隨機數模塊
def rndchar(): # 隨機字母return chr(random.randint(65,90))
def rndcolor1(): # 隨機顏色1return (random.randint(64,255),random.randint(64,255),random.randint(64,255))
def rndcolor2(): #隨機顏色2return (random.randint(32,127),random.randint(32,127),random.randint(32,127))
width = 60*4 # 初始化圖像寬度，單位為像素
height = 60 # 初始化圖像高度，單位為像素
# 第三步：創建圖像對象、字體對象、繪圖對象
image = Image.new('RGB',(width,height),(255,255,255)) # 創建Image對象
font = ImageFont.truetype('arialuni.ttf',36) # 創建Font對象
draw = ImageDraw.Draw(image) # 創建Draw對象
# 生成麻點背景
for x in range(width): # 使用隨機顏色繪圖for y in range(height):draw.point((x,y),fill=rndcolor1())
# 在畫布上生成隨機字符
for t in range(4): # 輸出4個隨機字符draw.text((60*t+10,10),rndchar(),font=font,fill=rndcolor2())
image = image.filter(ImageFilter.BLUR) # 模糊化處理
# 第四步：保存圖像
image.save('code.jpg','jpeg')