Python 中包/模塊的 `import` 操作

用實例來說明 import 的作用吧。

創建以下包結構。一個文件夾 cookFish/，下面包含兩個文件， __init__.py和cookBook.py。

為什么取這幾個名字呢？假設我想用 Python 去做和魚相關的菜，這件事情很復雜，所以我給它創建了一個包，名叫cookFish， 既然是包，在它下面必須得創建一個文件__init__.py。燒魚必備條件之一就是菜譜，所以接着創建了 cookBook.py。這幾個文件對我們這次來說就足夠了，所以就沒有再創建其他文件了。

cookFish/
    __init__.py
    cookBook.py

在cookFish/__init__.py中輸入如下代碼：

__version__ = '0.1'
__author__ = 'XIE Byron'


def cookFish_hello():
    print("cookFish_Hello() from cookFish/__init__.py")

在cookFish/cookBook.py中輸入如下代碼：

def cookBook_hello():
    print("cookBook_hello() from cookBook.py")

提示：下面的實例都是在 Python 自帶的命令行解釋器（windows+python 3.7）中運行的結果。如果你在其他環境下運行，比如jupyter notebook，輸出會有差異。

"import package-name" 都做了什么？

導入包cookFish。

>>> import cookFish

提示：

如果import時出現錯誤ModuleNotFoundError，如下：

>>> import cookFish
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ModuleNotFoundError: No module named 'cookFish'

建議先將 Python 的當前工作目錄設置為 cookFish 的 父文件夾（就是包含cookFish文件夾的文件夾)。命令如下：

>>> import os
>>> os.chdir(r'path\to\parent\folder\of\cookFish')

用dir操作查看當前命名空間和cookFish命名空間下都有哪些內容。

>>> dir() # 查看當前命名空間下的對象。注意： cookFish 在當前命名空間下。
['__annotations__', '__builtins__', '__doc__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'cookFish', 'os']

>>> dir(cookFish) # 查看 cookFish 命名空間下的對象。
['__author__', '__builtins__', '__cached__', '__doc__', '__file__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__path__', '__spec__', '__version__', 'cookFish_hello']

其中的的 __author__, __version__, cookFish_hello 是我們定義的，都導入到了 cookFish 的命名空間下。但是cookFish 下的模塊 cookBook.py 沒有被導入。這是因為直接 import cookFish 只運行cookFish文件夾下的 __init__.py 文件，不會運行其他模塊，所以cookBook沒有被導入。

提示：Python 中的模塊指后綴 .py的文件，也叫腳本。包 指包含 __init__.py 文件的一個文件夾，一般還會包含其他模塊。

包/模塊的命名空間

這里講一下我對概念“在cookFish的命名空間下”的理解。

Python 的 import A 會把 A 的Python 代碼運行一遍，並把運行結果放在一個叫A的命名空間下。

提示: 如果 A 是包，A 的 Python 代碼就是 文件夾A下的 __init__.py 中的代碼。 如果 A 是模塊，那么就是文件 A.py 中的代碼。

import B會把 B 的 Python 代碼運行一遍，並把運行結果放在一個叫 B 的命名空間下。假設A和B中都有一個叫X的對象， A 中的X在當前命名空間下叫 A.X，B中的X在當前命名空間下叫 B.X，兩個X在當前命名空間下不重名。

提示: 這里的對象 指 Python 中的變量/屬性，函數，類，實例等等。

比如__version__屬性（或者叫它變量）就在cookFish的命名空間下，我們只能通過 cookFish.__version__ 才能訪問到 __version__，直接輸入 __version__ 訪問不到它，會報錯。

直接輸入__version__ 運行會報如下錯誤：

>>> __version__
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name '__version__' is not defined

其他導入包/模塊的方式

如果我們想導入 cookFish 下的模塊 cookBook呢？可以用下面的語法：

>>> import cookFish.cookBook

然后在 cookFish 的命名空間下又多了 cookBook。

>>> dir(cookFish)
['__author__', '__builtins__', '__cached__', '__doc__', '__file__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__path__', '__spec__', '__version__', 'cookBook', 'cookFish_hello']

然后就能通過全名cookFish.cookBook訪問cookBook.py中的對象了，比如：

>>> cookFish.cookBook.cookBook_hello()
cookBook_hello() from cookBook.py

好長的名字啊，能不能短一點啊？當然可以：

>>> import cookFish.cookBook as cb

然后在當前命名空間下就多了對象 cb：

>>> dir()
['__annotations__', '__builtins__', '__doc__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'cb', 'cookFish', 'os']

然后就能通過別名cb來訪問cookBook.py中的對象了，比如：

>>> cb.cookBook_hello()
cookBook_hello() from cookBook.py

那我能不能只導入cookBook_hello()到當前命名空間？當然可以

>>> from cookFish.cookBook import cookBook_hello

然后 cookBook_hello 就被導入到當前命名空間下了：

>>> dir()
['__annotations__', '__builtins__', '__doc__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'cb', 'cookBook_hello', 'cookFish', 'os']

然后就能直接訪問 cookBook_hello()了，不用任何前綴：

>>> cookBook_hello()
cookBook_hello() from cookBook.py

“from 包/模塊名 import *” 是導入所有對象嗎？

那我可以一次性導入 cookFish 下的所有模塊、所有包嗎？可以也不可以。

Python 有一個條指令

from 包/模塊名 import *

比如from cookFish import *，給我們的第一感覺是，這條指令是遍歷了 cookFish 下的所有文件，找到這個包下面的所有包和模塊，把他們統統導入到當前命名空間。

但不幸的是，這個操作在windows和Mac系統上不能很好地實現。因為它們的文件系統不能提供准確的文件名大小寫信息。在這兩個平台上，Python 不知道應該把ECHO.py導入為模塊echo, Echo 還是ECHO，或者其他。（比如windows 95 上面，所有文件名的首字母都會顯示為大寫)。如果Python 把 ECHO.py導入為 模塊Echo，但實際Python代碼中有時按照 echo 使用的，那肯定會報錯。[1]

Python 支持大小寫，Echo和ECHO是兩個不一樣的對象

Python 的唯一的解決辦法是包的作者提供一個明確的包的索引，告訴 Python 在 Python 代碼中如何命名這個模塊。import 語句定義下面一個約定，如果在包的 __init__.py 中定義了一個 __all__ 列表，在 from xxx import * 時，Python 就會把 __all__ 列表中的對象導入。

! 注意：

__all__ 只對 from xxx import * 有影響，對其他 import 操作沒有任何影響

在cookFish/__init__.py中， 我們只把函數 cookFish_hello加入__all__ 中，代碼如下：

__all__ = ['cookFish_hello', ] # added to support `from xxx import *`

__version__ = '0.1'
__author__ = 'XIE Byron'

def cookFish_hello():
    print("cookFish_Hello() from cookFish/__init__.py")

重啟 Python 解釋器，在導入之前，先運行 dir()顯示當前命名空間的對象。

>>> dir()
['__annotations__', '__builtins__', '__doc__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'os']

! 注意：

Python 解釋器為了提高運行效率，同一個模塊只會導入一次。一個模塊被導入后，再次運行導入命名不會重新導入。為了顯示from xx import * 的特殊性，所以需要重啟 Python 解釋器（就是關閉 Python 解釋器，然后重新進入)。

然后運行如下：

>>> from cookFish import *

然后輸入 dir() 查看 cookFish_Hello()是否被導入到了當前命名空間.

>>> dir()
['__annotations__', '__builtins__', '__doc__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'cookFish_hello', 'os']

可以看到只有在__all__列表中的 cookFish_hello被導入到當前命名空間，其他什么都沒有導入，連cookFish本身也沒有被導入。

所以問題“可以一次性導入 cookFish 下的所有模塊、所有包嗎？“ 的答案是：是否能一次導入，取決於包的作者有沒有把所有子模塊/子包都加入到 __all__列表中。

參考

[1] Built-in Package Support in Python 1.5

版本

[1] version 1.0, released on 2019-04-21

[2] version 1.1, released on 2019-04-21

添加了 Python 命令的輸出。運行工具為windows版本Python(3.7)自帶的命令行解釋器。

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--- 2019-7-20 9:33:43

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