Python(十)模組（使用模組，安裝模組，作用域）
模組定義
在計算機程式的開發過程中，隨著程式程式碼越寫越多，在一個檔案裡程式碼就會越來越長，越來越不容易維護。
為了編寫可維護的程式碼，我們把很多函式分組，分別放到不同的檔案裡，這樣，每個檔案包含的程式碼就相對較少，很多程式語言都採用這種組織程式碼的方式。在Python中，一個.py檔案就稱之為一個模組（Module）。
使用模組有什麼好處？
最大的好處是大大提高了程式碼的可維護性。其次，編寫程式碼不必從零開始。當一個模組編寫完畢，就可以被其他地方引用。我們在編寫程式的時候，也經常引用其他模組，包括Python內建的模組和來自第三方的模組。
使用模組還可以避免函式名和變數名衝突。相同名字的函式和變數完全可以分別存在不同的模組中，因此，我們自己在編寫模組時，不必考慮名字會與其他模組衝突。但是也要注意，儘量不要與內建函式名字衝突。點
你也許還想到，如果不同的人編寫的模組名相同怎麼辦？為了避免模組名衝突，Python又引入了按目錄來組織模組的方法，稱為包（Package）。
舉個例子，一個abc.py的檔案就是一個名字叫abc的模組，一個xyz.py的檔案就是一個名字叫xyz的模組。
現在，假設我們的abc和xyz這兩個模組名字與其他模組衝突了，於是我們可以通過包來組織模組，避免衝突。方法是選擇一個頂層包名，比如mycompany，按照如下目錄存放：
mycompany
├─ __init__.py
├─ abc.py
└─ xyz.py
引入了包以後，只要頂層的包名不與別人衝突，那所有模組都不會與別人衝突。現在，abc.py
mycompany.abc，類似的，xyz.py的模組名變成了mycompany.xyz。
請注意，每一個包目錄下面都會有一個__init__.py的檔案，這個檔案是必須存在的，否則，Python就把這個目錄當成普通目錄，而不是一個包。__init__.py可以是空檔案，也可以有Python程式碼，因為__init__.py本身就是一個模組，而它的模組名就是mycompany。
類似的，可以有多級目錄，組成多級層次的包結構。比如如下的目錄結構：
mycompany ├─ web │ ├─ __init__.py │ ├─ utils.py │ └─ www.py ├─ __init__.py ├─ abc.py └─ xyz.py
檔案www.py的模組名就是mycompany.web.www，兩個檔案utils.py的模組名分別是mycompany.utils和mycompany.web.utils。
自己建立模組時要注意命名，不能和Python自帶的模組名稱衝突。例如，系統自帶了sys模組，自己的模組就不可命名為sys.py，否則將無法匯入系統自帶的sys模組。
mycompany.web也是一個模組，請指出該模組對應的.py檔案。
總結
模組是一組Python程式碼的集合，可以使用其他模組，也可以被其他模組使用。
建立自己的模組時，要注意：
- 模組名要遵循Python變數命名規範，不要使用中文、特殊字元；
- 模組名不要和系統模組名衝突，最好先檢視系統是否已存在該模組，檢查方法是在Python互動環境執行
import abc，若成功則說明系統存在此模組。
使用模組
Python本身就內建了很多非常有用的模組，只要安裝完畢，這些模組就可以立刻使用。
我們以內建的sys模組為例，編寫一個hello的模組：
#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-
' a test module '
__author__ = 'Michael Liao'
import sys
def test():
args = sys.argv
if len(args)==1:
print('Hello, world!')
elif len(args)==2:
print('Hello, %s!' % args[1])
else:
print('Too many arguments!')
if __name__=='__main__':
test()
第1行和第2行是標準註釋，第1行註釋可以讓這個hello.py檔案直接在Unix/Linux/Mac上執行，第2行註釋表示.py檔案本身使用標準UTF-8編碼；
第4行是一個字串，表示模組的文件註釋，任何模組程式碼的第一個字串都被視為模組的文件註釋；
第6行使用__author__變數把作者寫進去，這樣當你公開原始碼後別人就可以瞻仰你的大名；
以上就是Python模組的標準檔案模板，當然也可以全部刪掉不寫，但是，按標準辦事肯定沒錯。
後面開始就是真正的程式碼部分。
你可能注意到了，使用sys模組的第一步，就是匯入該模組：
import sys
匯入sys模組後，我們就有了變數sys指向該模組，利用sys這個變數，就可以訪問sys模組的所有功能。
sys模組有一個argv變數，用list儲存了命令列的所有引數。argv至少有一個元素，因為第一個引數永遠是該.py檔案的名稱，例如：
執行python3 hello.py獲得的sys.argv就是['hello.py']；
執行python3 hello.py Michael獲得的sys.argv就是['hello.py', 'Michael]。
最後，注意到這兩行程式碼：
if __name__=='__main__':
test()
當我們在命令列執行hello模組檔案時，Python直譯器把一個特殊變數__name__置為__main__，而如果在其他地方匯入該hello模組時，if判斷將失敗，因此，這種if測試可以讓一個模組通過命令列執行時執行一些額外的程式碼，最常見的就是執行測試。
我們可以用命令列執行hello.py看看效果：
$ python3 hello.py
Hello, world!
$ python hello.py Michael
Hello, Michael!
如果啟動Python互動環境，再匯入hello模組：
$ python3
Python 3.4.3 (v3.4.3:9b73f1c3e601, Feb 23 2015, 02:52:03)
[GCC 4.2.1 (Apple Inc. build 5666) (dot 3)] on darwin
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> import hello
>>>
匯入時，沒有列印Hello, word!，因為沒有執行test()函式。
呼叫hello.test()時，才能打印出Hello, word!：
>>> hello.test()
Hello, world!
作用域
在一個模組中，我們可能會定義很多函式和變數，但有的函式和變數我們希望給別人使用，有的函式和變數我們希望僅僅在模組內部使用。在Python中，是通過_字首來實現的。
正常的函式和變數名是公開的（public），可以被直接引用，比如：abc，x123，PI等；
類似__xxx__這樣的變數是特殊變數，可以被直接引用，但是有特殊用途，比如上面的__author__，__name__就是特殊變數，hello模組定義的文件註釋也可以用特殊變數__doc__訪問，我們自己的變數一般不要用這種變數名；
類似_xxx和__xxx這樣的函式或變數就是非公開的（private），不應該被直接引用，比如_abc，__abc等；
之所以我們說，private函式和變數“不應該”被直接引用，而不是“不能”被直接引用，是因為Python並沒有一種方法可以完全限制訪問private函式或變數，但是，從程式設計習慣上不應該引用private函式或變數。
private函式或變數不應該被別人引用，那它們有什麼用呢？請看例子：
def _private_1(name):
return 'Hello, %s' % name
def _private_2(name):
return 'Hi, %s' % name
def greeting(name):
if len(name) > 3:
return _private_1(name)
else:
return _private_2(name)
我們在模組裡公開greeting()函式，而把內部邏輯用private函式隱藏起來了，這樣，呼叫greeting()函式不用關心內部的private函式細節，這也是一種非常有用的程式碼封裝和抽象的方法，即：
外部不需要引用的函式全部定義成private，只有外部需要引用的函式才定義為public。
安裝第三方模組
在Python中，安裝第三方模組，是通過包管理工具pip完成的。
如果你正在使用Mac或Linux，安裝pip本身這個步驟就可以跳過了。
如果你正在使用Windows，請參考安裝Python一節的內容，確保安裝時勾選了pip和Add python.exe to Path。
在命令提示符視窗下嘗試執行pip，如果Windows提示未找到命令，可以重新執行安裝程式新增pip。
注意：Mac或Linux上有可能並存Python 3.x和Python 2.x，因此對應的pip命令是pip3。
例如，我們要安裝一個第三方庫——Python Imaging Library，這是Python下非常強大的處理影象的工具庫。不過，PIL目前只支援到Python 2.7，並且有年頭沒有更新了，因此，基於PIL的Pillow專案開發非常活躍，並且支援最新的Python 3。
一般來說，第三方庫都會在Python官方的pypi.python.org網站註冊，要安裝一個第三方庫，必須先知道該庫的名稱，可以在官網或者pypi上搜索，比如Pillow的名稱叫Pillow，因此，安裝Pillow的命令就是：
pip install Pillow
耐心等待下載並安裝後，就可以使用Pillow了。
安裝常用模組
在使用Python時，我們經常需要用到很多第三方庫，例如，上面提到的Pillow，以及MySQL驅動程式，Web框架Flask，科學計算Numpy等。用pip一個一個安裝費時費力，還需要考慮相容性。我們推薦直接使用Anaconda，這是一個基於Python的資料處理和科學計算平臺，它已經內建了許多非常有用的第三方庫，我們裝上Anaconda，就相當於把數十個第三方模組自動安裝好了，非常簡單易用。
可以從Anaconda官網下載GUI安裝包，安裝包有500~600M，所以需要耐心等待下載。網速慢的同學請移步國內映象。下載後直接安裝，Anaconda會把系統Path中的python指向自己自帶的Python，並且，Anaconda安裝的第三方模組會安裝在Anaconda自己的路徑下，不影響系統已安裝的Python目錄。
安裝好Anaconda後，重新開啟命令列視窗，輸入python，可以看到Anaconda的資訊：
┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│Command Prompt - python - □ x │
├────────────────────────────────────────────────────────┤
│Microsoft Windows [Version 10.0.0] │
│(c) 2015 Microsoft Corporation. All rights reserved. │
│ │
│C:\> python │
│Python 3.6.3 |Anaconda, Inc.| ... on win32 │
│Type "help", ... for more information. │
│>>> import numpy │
│>>> _ │
│ │
│ │
│ │
└────────────────────────────────────────────────────────┘
可以嘗試直接import numpy等已安裝的第三方模組。
模組搜尋路徑
當我們試圖載入一個模組時，Python會在指定的路徑下搜尋對應的.py檔案，如果找不到，就會報錯：
>>> import mymodule
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
ImportError: No module named mymodule
預設情況下，Python直譯器會搜尋當前目錄、所有已安裝的內建模組和第三方模組，搜尋路徑存放在sys模組的path變數中：
>>> import sys
>>> sys.path
['', '/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/3.6/lib/python36.zip', '/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/3.6/lib/python3.6', ..., '/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/3.6/lib/python3.6/site-packages']
如果我們要新增自己的搜尋目錄，有兩種方法：
一是直接修改sys.path，新增要搜尋的目錄：
>>> import sys
>>> sys.path.append('/Users/michael/my_py_scripts')
這種方法是在執行時修改，執行結束後失效。
第二種方法是設定環境變數PYTHONPATH，該環境變數的內容會被自動新增到模組搜尋路徑中。設定方式與設定Path環境變數類似。注意只需要新增你自己的搜尋路徑，Python自己本身的搜尋路徑不受影響。