日拱一卒

Python 学习笔记

 
  • 2020年 03月03日

Python 的语法概念总结。

模块 (Modules)

创建模块 (Module Creation)

一个包含 Python 代码，以 “.py” 为后辍的文件，都会自动被认为是一个 Python 模块。要导入模块，其文件名必须以 “.py” 为后辍。

在导入模块时，Python 会把内部模块名映射到外部文件名，即模块名前加上模块搜索路径，再为模块名添加 “.py” 后辍。例如：模块 mod 会映射为外部文件 <PYTHONPATH>/mod.py。

模块搜索路径 (The Module Search Path)

模块搜索路径包含：

  1. 程序的主目录。
    • 如果执行一个脚本，该脚本所在目录即主目录，该脚本即顶层脚本。
    • 如果是交互模式，当前工作目录 (CWD) 即为主目录。
    • 因为主目录总是第一个被搜索，因此会覆盖其它路径中的同名模块。
  2. PYTHONPATH 环境变量中的目录。
  3. 标准链接库目录。
  4. 特定位置的.pth文件中的目录。

这四部分组成了 sys.path 的内容。

import vs. from 语句

像 def 一样，import 和 from 是可执行语句，而不是编译期的声明，因此可以嵌套在 if 或 try 等代码块中。此外，它们是隐性的赋值语句：

  • import 将整个模块对象赋值给一个变量名。

  • from 将一或多个变量名赋值给另一个模块中的同名对象。

以下两段代码的效果相同

from module import name1, name2     # 将 module 中的 name1 和 name2 复制到当前模块的同名对象

import module                       # 获取模块对象

name1 = module.name1                # 将模块对象的变量赋值到当前模块的同名对象
name2 = module.name2
del module                          # 删除模块对象

模块命名空间

模块就是命名空间，存在于模块内的变量名就是模块对象的属性。

  • 模块语句在首次导入时执行，Python 会建立空的模块对象。
  • 顶层的赋值语句会创建模块属性（顶层语句即不在 def 或 class 之内的语句）。
  • 模块的命名空间可以通过模块对象的 __dict__ 属性或 dir() 函数获取。
  • 模块是一个独立作用域（本地变量就是全局变量）。

模块包 (Module Packages)

一个包含 Python 代码文件的目录就称为包。包导入是把系统中的目录变成一个 Python 命名空间。

__init__.py 包文件

包导入语句中的每个目录内必须有一个 __init__.py 文件。Python 模块搜索路径中的容器目录不需要此文件。

__init__.py 文件的作用就是将目录扮演为模块文件:

  • 执行初始化代码
  • 生成模块命名空间
  • 控制 from * 语句的行为。在模块文件内，可以使用 __all__ 列表来控制 from * 语句导入哪些变量名。
# somemodule.py or __init__.py

def spam():
    pass

def grok():
    pass

blah = 42

# 使用 from * 时，只导出 'spam' 和 'grok' 变量名
__all__ = ['spam', 'grok']

包的相对导入与绝对导入

  • 绝对导入：导入仅检查 sys.path 搜索路径上的模块，跳过包自己目录下的模块。
  • 相对导入：在 from 语句中使用 前置点号(".")，导入只检查包自己目录下的模块，不检查 sys.path 搜索路径上的模块。

在 Python3.X 中，包的默认导入就是绝对导入。而在 Python2.X 中，包的默念导入是先相对导入再绝对导入，即先检查包自己的目录，再检查 sys.path 搜索路径中的目录。

相对导入的语法:

# 从当前文件所在目录导入 spam 模块
from . import spam

# 从当前文件所在目录中的 spam 模块导入 name 变量
from .spam import name

  • 相对导入只能用于包内的模块文件。如果模块文件作为脚本直接运行，作为顶层脚本，它不再属于任何包，因此会报没有父级包的错误信息: ImportError: attempted relative import with no known parent package。应该通过从包的外部执行一个顶层脚本来调用该包下的模块，或者从包的外部以模块来运行，类似于这样的代码 python -m dir.test。

  • 相对导入只适用于 from 语句，不适用于 import 语句。

单下划线与双下划线开头的变量

Single underscore

_single_leading_underscore: weak “internal use” indicator. E.g. from M import * does not import objects whose name starts with an underscore.

Double underscore

Any identifier of the form __spam (at least two leading underscores, at most one trailing underscore) is textually replaced with _classname__spam, where classname is the current class name with leading underscore(s) stripped. This mangling is done without regard to the syntactic position of the identifier, so it can be used to define class-private instance and class variables, methods, variables stored in globals, and even variables stored in instances. private to this class on instances of other classes.

Datetime

datetime 模块是处理日期和时间的标准库。

datetime 模块包含一个同名的 datetime 类，可用于获取当前日期和时间。

from datetime import datetime

print(datetime.now())

本地时间

本地时间是指系统设定时区的时间，在支持 systemd 的 Linux 系统上，使用 timedatectl 命令可以查看到系统的本地时间，UTC时间，时区等信息

$ timedatectl
      Local time: Mon 2019-08-05 10:02:54 CST
  Universal time: Mon 2019-08-05 02:02:54 UTC
        RTC time: Sun 2019-08-04 08:11:38
       Time zone: Asia/Shanghai (CST, +0800)
 Network time on: yes
NTP synchronized: no
 RTC in local TZ: no

也可以通过 cat /etc/timezone 命令获取系统设定的时区。

Python 中的 zoneinfo 模块可以获得当前支持的 timezone 信息。

import zoneinfo

zoneinfo.available_timezones()

datetime.now() 返回的即是系统当前的本地时间，返回对象类型为 datetime。

datetime 对象带有一个时区属性 tzinfo，但是默认为 None。 datetime 表示的时间需要时区信息才能表示一个特定的时间，否则只能视为不知具体时区的本地时间，因此需要设置 tzinfo 属性来为其添加对应的时区。

from datetime import datetime, timezone
from zoneinfo import ZoneInfo

# 生成本地时间，即北京时间，UTC+8
dt = datetime.now();
# output: datetime.datetime(2022, 9, 26, 23, 40, 34, 103802)

# 因为 dt 默认的 tzinfo 是 None，因此需要将其改为与系统一致的时区
dt.replace(tzinfo=ZoneInfo('Asia/Shanghai'))

也可以在调用 datetime.now() 函数时为其直接指定时区，此时生成的 datetime 即为带时区的正确时间

from datetime import datetime

# UTC 时间
dt = datetime.now(timezone.utc);

# 北京时间
dt = datetime.now(ZoneInfo('Asia/Shanghai'));

# 东京时间
dt = datetime.now(ZoneInfo('Asia/Tokyo'));

UTC 时间

在处理时间时，最好使用 UTC 时间来进行处理，最后再将其转换为不同时区的时间。

from datetime import datetime

# 感知型 datetime 对象，其 tz=UTC
dt = datetime.now(timezone.utc)

# 简单型 datetime 对象，其 tz=None
dt = datetime.utcnow()

警告: 由于简单型 datetime 对象会被许多 datetime 方法当作本地时间来处理，最好是使用感知型 datetime 对象来表示 UTC 时间。 因此，创建表示当前 UTC 时间的对象的推荐方式是通过调用 datetime.now(timezone.utc)。

如需要获取当前时间的时间戳，可以使用 time 模块的 time 函数来得到

import time

time.time()

将时间戳转换为时间

from datetime import datetime

# 转换为系统本地时间，datetime 对象为简单型，tz=None
datetime.fromtimestamp(time.time())

# 转换为 UTC 时间，datetime 对象为感知型，tz=UTC
datetime.fromtimestamp(time.time(), timezone.utc)

# 转换为 UTC 时间，datetime 对象为简单型，tz=None
datetime.utcfromtimestamp(time.time())

警告: 由于简单型 datetime 对象会被许多 datetime 方法当作本地时间来处理，最好是使用感知型日期时间对象来表示 UTC 时间。 因此，创建表示特定 UTC 时间戳的 datetime 对象的推荐方式是通过调用 datetime.fromtimestamp(timestamp, tz=timezone.utc)。

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