跟老齊學Python之編寫模塊
隨著對Python學習的深入，其優點日漸突出，讓讀者也感覺到Python的強大了，強大感覺之一就是“模塊自信”，因為Python不僅有自帶的模塊（稱之為標準庫），還有海量的第三方模塊，并且很多開發者還在不斷貢獻自己開發的新模塊，正是有了這么強大的“模塊自信”，Python才被很多人鐘愛。并且這種方式也正在不斷被其他更多語言所借鑒，幾乎成為普世行為了（不知道Python是不是首倡者）。
“模塊自信”的本質是：開放。
Python不是一個封閉的體系，而是一個開放系統。開放系統的最大好處就是避免了“熵增”。
熵的概念是由德國物理學家克勞修斯于1865年所提出，是一種測量在動力學方面不能做功的能量總數，也就是當總體的熵增加，其做功能力也下降，熵的量度正是能量退化的指標。
熵亦被用于計算一個系統中的失序現象，也就是計算該系統混亂的程度。
根據熵的統計學定義，熱力學第二定律說明一個孤立系統傾向于增加混亂程度。換句話說就是對于封閉系統而言，會越來越趨向于無序化。反過來，開放系統則能避免無序化。
編寫模塊
想必讀者已經熟悉了import語句，曾經有這樣一個例子：
>>> import math
>>> math.pow(3,2)
9.0
這里的math（是Python標準庫之一，在本章，我們要逐漸理解模塊、庫之類的術語。）就是一個模塊，用import引入這個模塊，然后可以使用模塊里面的函數，比如pow()函數。顯然，這里是不需要自己動手寫具體函數的，我們的任務就是拿過來使用。這就是模塊的好處：拿過來就用，不用自己重寫。
1. 模塊是程序
“模塊是程序”一語道破了模塊的本質，它就是一個擴展名為.py的Python程序。
我們能夠在應該使用它的時候將它引用過來，節省精力，不需要重寫雷同的代碼。
但是，如果我自己寫一個.py文件，是不是就能作為模塊import過來呢？還不那么簡單。必須得讓Python解釋器能夠找到你寫的模塊。比如，在某個目錄中，我寫了這樣一個文件：
#!/usr/bin/env python
# coding=utf-8
lang = "python"
并把它命名為pm.py，那么這個文件就可以作為一個模塊被引入。不過由于這個模塊是我自己寫的，Python解釋器并不知道，得先告訴它我寫了這樣一個文件。
>>> import sys
>>> sys.path.append("~/Documents/VBS/StartLearningPython/2code/pm.py")
用這種方式告訴Python解釋器，我寫的那個文件在哪里。在這個方法中，也用了模塊import sys，不過由于sys是Python標準庫之一，所以不用特別告訴Python解釋器其位置。
上面那個一長串的地址是Ubuntu系統的地址格式，如果讀者使用的是Windows系統，請寫你所保存的文件路徑。
>>> import pm
>>> pm.lang
'python'
在pm.py文件中有一個賦值語句，即lang = "python"，現在將pm.py作為模塊引入（注意作為模塊引入的時候不帶擴展名），就可以通過“模塊名字”+“.”+“屬性或方法名稱”來訪問pm.py中的東西。當然，如果要訪問不存在的屬性，肯定是要報錯的。
>>> pm.xx
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'module' object has no attribute 'xx'
請讀者回到pm.py文件的存儲目錄，查看一下是不是多了一個擴展名是.pyc的文件？
解釋器，英文是：interpreter，在Python中，它的作用就是將.py的文件轉化為.pyc文件，而.pyc文件是由字節碼（bytecode）構成的，然后計算機執行.pyc文件。
很多人喜歡將這個世界簡化再簡化，比如編程語言就分為解釋型和編譯型，不但如此，還將兩種類型的語言分別貼上運行效率高低的標簽，解釋型的運行速度就慢，編譯型的運行速度就快。一般人都把Python看成是解釋型的，于是就得出它運行速度慢的結論。不少人都因此上當受騙了，認為Python不值得學，或者做不了什么“大事”。這就是將本來復雜的、多樣化的世界非得劃分為“黑白”的結果，喜歡用“非此即彼”的思維方式考慮問題。
世界是復雜的，“敵人的敵人就是朋友”是幼稚的，“一分為二”是機械的。
如同剛才看到的那個.pyc文件一樣，當Python解釋器讀取了.py文件，先將它變成由字節碼組成的.pyc文件，然后這個.pyc文件交給一個叫作Python虛擬機的東西去運行（那些號稱編譯型的語言也是這個流程，不同的是它們先有一個明顯的編譯過程，編譯好了之后再運行）。如果.py文件修改了，Python解釋器會重新編譯，只是這個編譯過程不全顯示給你看。
有了.pyc文件后，每次運行就不需要重新讓解釋器來編譯.py文件了，除非.py文件修改了。這樣，Python運行的就是那個編譯好了的.pyc文件。
是否還記得前面寫有關程序然后執行時常常要用到if __name__ == "__main__"，那時我們直接用“python filename.py”的格式來運行該文件，此時我們也同樣有了.py文件，不過是作為模塊引入的。這就得深入探究一下，同樣是.py文件，它怎么知道是被當作程序執行還是被當作模塊引入？
為了便于比較，將pm.py文件進行改造。
#!/usr/bin/env python
# coding=utf-8
def lang():
return "python"
if __name__ == "__main__":
print lang()
沿用先前的做法：
$ python pm.py
python
如果將這個程序作為模塊，導入，會是這樣的：
>>> import sys
>>> sys.path.append("~/Documents/VBS/StarterLearningPython/2code/pm.py")
>>> import pm
>>> pm.lang()
'python'
查看模塊屬性和方法，可以使用dir()。
>>> dir(pm)
['__builtins__', '__doc__', '__file__', '__name__', '__package__', 'lang']
同樣一個.py文件，可以把它當作程序來執行，也可以將它作為模塊引入。
>>> __name__
'__main__'
>>> pm.__name__
'pm'
如果要作為程序執行，則__name__ == "__main__"；如果作為模塊引入，則pm.__name__ == "pm"，即變量__name__的值是模塊名稱。
用這種方式就可以區分是執行程序還是作為模塊引入了。
在一般情況下，如果僅僅是用作模塊引入，不必寫if __name__ == "__main__"。
2. 模塊的位置
為了讓我們自己寫的模塊能夠被Python解釋器知道，需要用sys.path.append("~/Documents/ VBS/StarterLearningPython/2code/pm.py")。其實，在Python中，所有模塊都被加入到了sys.path里面。用下面的方法可以看到模塊所在位置：
>>> import sys
>>> import pprint
>>> pprint.pprint(sys.path)
['',
'/usr/local/lib/python2.7/dist-packages/autopep8-1.1-py2.7.egg',
'/usr/local/lib/python2.7/dist-packages/pep8-1.5.7-py2.7.egg',
'/usr/lib/python2.7',
'/usr/lib/python2.7/plat-i386-linux-gnu',
'/usr/lib/python2.7/lib-tk',
'/usr/lib/python2.7/lib-old',
'/usr/lib/python2.7/lib-dynload',
'/usr/local/lib/python2.7/dist-packages',
'/usr/lib/python2.7/dist-packages',
'/usr/lib/python2.7/dist-packages/PILcompat',
'/usr/lib/python2.7/dist-packages/gtk-2.0',
'/usr/lib/python2.7/dist-packages/ubuntu-sso-client',
'~/Documents/VBS/StarterLearningPython/2code/pm.py']
從中也發現了我自己寫的那個文件。
凡在上面列表所包括位置內的.py文件都可以作為模塊引入。不妨舉個例子，把前面自己編寫的pm.py文件修改為pmlib.py，然后復制到'/usr/lib/python2.7/dist-packages中。（這是以Ubuntu為例說明，如果是其他操作系統，讀者用類似方法也能找到。）
$ sudo cp pm.py /usr/lib/python2.7/dist-packages/pmlib.py
[sudo] password for qw:
$ ls /usr/lib/python2.7/dist-packages/pm*
/usr/lib/python2.7/dist-packages/pmlib.py
文件放到了指定位置。看下面的：
>>> import pmlib
>>> pmlib.lang
<function lang at 0xb744372c>
>>> pmlib.lang()
'python'
將模塊文件放到指定位置是一種不錯的方法，但感覺此法受到了拘束，程序員都喜歡自由，能不能放到別處呢？
當然能，用sys.path.append()就是不管把文件放在哪里，都可以把其位置告訴Python解釋器。雖然這種方法在前面用了，但其實是很不常用的，因為它也有麻煩的地方，比如在交互模式下，如果關閉了，再開啟，還得重新告知。
比較常用的方法是設置PYTHONPATH環境變量。
環境變量，不同的操作系統設置方法略有差異。讀者可以根據自己的操作系統，到網上搜索設置方法。
以Ubuntu為例，建立一個Python的目錄，然后將我自己寫的.py文件放到這里，并設置環境變量。
:~$ mkdir python
:~$ cd python
:~/python$ cp ~/Documents/VBS/StarterLearningPython/2code/pm.py mypm.py
:~/python$ ls
mypm.py
然后將這個目錄~/python，即/home/qw/python設置環境變量。
vim /etc/profile
要用root權限，在打開的文件最后增加export PATH = /home/qw/python:$PAT，然后保存退出即可。
注意，我是在~/python目錄下輸入Python，然后進入到交互模式：
:~$ cd python
:~/python$ python
>>> import mypm
>>> mypm.lang()
'python'
如此，就完成了告知過程。
3. __all__在模塊中的作用
上面的模塊雖然比較簡單，但是已經顯示了編寫模塊，以及在程序中導入模塊的基本方式。在實踐中，所編寫的模塊也許更復雜一點，比如，有這么一個模塊，其文件命名為pp.py
# /usr/bin/env python
# coding:utf-8
public_variable = "Hello, I am a public variable."
_private_variable = "Hi, I am a private variable."
def public_teacher():
print "I am a public teacher, I am from JP."
def _private_teacher():
print "I am a private teacher, I am from CN."
接下來就是熟悉的操作了，進入到交互模式中。pp.py這個文件就是一個模塊，該模塊中包含了變量和函數。
>>> import sys
>>> sys.path.append("~/Documents/StarterLearningPython/2code/pp.py")
>>> import pp
>>> from pp import *
>>> public_variable
'Hello, I am a public variable.'
>>> _private_variable
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name '_private_variable' is not defined
變量public_variable能夠被使用，但是另外一個變量_private_variable不能被調用，先觀察一下兩者的區別，后者是以單下畫線開頭的，這樣的是私有變量。而from pp import *的含義是“希望能訪問模塊（pp）中有權限訪問的全部名稱”，那些被視為私有的變量或者函數或者類，當然就沒有權限被訪問了。
再如：
>>> public_teacher()
I am a public teacher, I am from JP.
>>> _private_teacher()
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name '_private_teacher' is not defined
這不是絕對的，但如果要訪問具有私有性質的東西，可以這樣做。
>>> import pp
>>> pp._private_teacher()
I am a private teacher, I am from CN.
>>> pp._private_variable
'Hi, I am a private variable.'
下面再對pp.py文件進行改寫，增加一些東西。
# /usr/bin/env python
# coding:utf-8
__all__ = ['_private_variable', 'public_teacher']
public_variable = "Hello, I am a public variable."
_private_variable = "Hi, I am a private variable."
def public_teacher():
print "I am a public teacher, I am from JP."
def _private_teacher():
print "I am a private teacher, I am from CN."
在修改之后的pp.py中，增加了__all__變量以及相應的值，在列表中包含了一個私有變量的名字和一個函數的名字。這是在告訴引用本模塊的解釋器，這兩個東西是有權限被訪問的，而且只有這兩個東西。
>>> import sys
>>> sys.path.append("~/Documents/StarterLearningPython/2code/pp.py")
>>> from pp import *
>>> _private_variable
'Hi, I am a private variable.'
果然，曾經不能被訪問的私有變量，現在能夠訪問了。
>>> public_variable
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'public_variable' is not defined
因為這個變量沒有在__all__的值中，雖然以前曾經被訪問到過，但是現在就不行了。
>>> public_teacher()
I am a public teacher, I am from JP.
>>> _private_teacher()
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name '_private_teacher' is not defined
這只不過是再次說明前面的結論罷了。當然，如果以import pp引入模塊，再用pp._private_teacher的方式是一樣有效的。
4. 包和庫
顧名思義，包和庫都是比“模塊”大的。一般來講，一個“包”里面會有多個模塊，當然，“庫”是一個更大的概念了，比如Python標準庫中的每個庫都有好多個包，每個包都有若干個模塊。
一個包由多個模塊組成，即有多個.py的文件，那么這個所謂的“包”就是我們熟悉的一個目錄罷了。現在需要解決如何引用某個目錄中的模塊問題。解決方法就是在該目錄中放一個__init__.py文件。__init__.py是一個空文件，將它放在某個目錄中，就可以將該目錄中的其他.py文件作為模塊被引用。
例如，建立一個目錄，名曰：package_qi，里面依次放了pm.py和pp.py兩個文件，然后建立一個空文件__init__.py
接下來，需要導入這個包（package_qi）中的模塊。
下面這種方法很清晰明了。
>>> import package_qi.pm
>>> package_qi.pm.lang()
'python'
下面這種方法，貌似簡短，但如果多了，恐怕難以分辨。
>>> from package_qi import pm
>>> pm.lang()
'python'
在后續制作網站的實戰中，還會經常用到這種方式，屆時會了解更多。請保持興趣繼續閱讀，不要半途而廢，不然疑惑得不到解決，好東西就看不到了。
書籍介紹：
本書是面向編程零基礎讀者的Python入門教程，內容涵蓋了Python的基礎知識和初步應用。以比較輕快的風格，向零基礎的學習者介紹一門時下比較流行、并且用途比較廣泛的編程語言，所以，本書讀起來不晦澀，并且在其中穿插了很多貌似與Python編程無關，但與學習者未來程序員職業生涯有關的內容。 本書特別強調了學習和使用Python的基本方法，學習一種高級語言，掌握其各種規則是必要的，但學會“自省”方法更重要，這也是本書所試圖達到的“授人以魚不如授人以漁”的目的。