6. 模組 (Module)¶

如果從 Python 直譯器離開後又再次進入，之前（幫函式或變數）做的定義都會消失。因此，想要寫一些比較長的程式時，你最好使用編輯器來準備要輸入給直譯器的內容，並且用該檔案來運行它。這就是一個腳本 (script)。隨著你的程式越變越長，你可能會想要把它分開成幾個檔案，讓它比較好維護。你可能也會想用一個你之前已經在其他程式寫好的函式，但不想要複製該函式的原始定義到所有使用它的程式裡。

為了支援這一點，Python 有一種方法可以將定義放入檔案中，並在互動模式下的直譯器中使用它們。這種檔案稱為模組 (module)；模組中的定義可以被 import 到其他模組中，或是被 import 至主 (main) 模組（在最頂層執行的腳本，以及互動模式下，所使用的變數集合）。

模組是指包含 Python 定義和語句的檔案，檔案名稱是模組名稱加上 .py。在模組中，模組的名稱（作為字串）會是全域變數 __name__ 的值。例如，用你喜歡的文字編輯器在資料夾中創一個名為 fibo.py 的檔案，內容如下：

# 費波那契數模組

def fib(n):
    """寫出費波那契數列至第 n 位。"""
    a, b = 0, 1
    while a < n:
        print(a, end=' ')
        a, b = b, a+b
    print()

def fib2(n):
    """回傳費波那契數列至第 n 位。"""
    result = []
    a, b = 0, 1
    while a < n:
        result.append(a)
        a, b = b, a+b
    return result

現在進入 Python 直譯器並用以下指令 import 這個模組：

>>> import fibo

這並不會將 fibo 中定義的函式名稱直接加入目前的 namespace 中（詳情請見 Python 作用域 (Scope) 及命名空間 (Namespace)）；它只會加入 fibo 的模組名稱。使用此模組名稱，就可以存取函式：

>>> fibo.fib(1000)
0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377 610 987
>>> fibo.fib2(100)
[0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89]
>>> fibo.__name__
'fibo'

如果你打算經常使用其中某個函式，可以將其指定至區域變數：

>>> fib = fibo.fib
>>> fib(500)
0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377

6.1. 深入了解模組¶

模組可以包含可執行的陳述式以及函式的定義。這些陳述式是作為模組的初始化，它們只會在第一次被 import 時才會執行。[1]（如果檔案被當成腳本執行，也會執行它們）。

每個模組都有它自己的私有命名空間 (namespace)，模組內定義的函式會把該模組的私有符號表當成全域命名空間使用。因此，模組的作者可以在模組中使用全域變數，而不必擔心和使用者的全域變數發生意外的名稱衝突。另一方面，如果你知道自己在做什麼，你可以用這個方式取用模組的全域變數，以和引用函式一樣的寫法，modname.itemname。

在一個模組中可以 import 其他模組。把所有的 import 陳述式放在模組（就這邊來說，腳本也是一樣）的最開頭是個慣例，但並沒有強制。如放置在模組的最高層（不在任何函式或 class 中），被 import 的模組名稱將被加入全域命名空間中。

import 陳述式有另一種變形寫法，可以直接將名稱從欲 import 的模組，直接 import 至原模組的命名空間中。例如：

>>> from fibo import fib, fib2
>>> fib(500)
0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377

在 import 之後的名稱會被導入，但定義該函式的整個模組名稱並不會被引入在區域命名空間中（因此，示例中的 fibo 未被定義）。

甚至還有另一種變形寫法，可以 import 模組定義的所有名稱：

>>> from fibo import *
>>> fib(500)
0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377

這個寫法會 import 模組中所有的名稱，除了使用底線 (_) 開頭的名稱。大多數情況下，Python 程式設計師不大使用這個功能，因為它在直譯器中引入了一組未知的名稱，並且可能覆蓋了某些你已經定義的內容。

請注意，一般情況下並不建議從模組或套件中 import * 的做法，因為它通常會導致可讀性較差的程式碼。但若是使用它來在互動模式中節省打字時間，則是可以接受的。

如果模組名稱後面出現 as，則 as 之後的名稱將直接和被 import 模組綁定在一起。

>>> import fibo as fib
>>> fib.fib(500)
0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377

這個 import 方式和 import fibo 實質上是一樣的，唯一的差別是現在要用 fib 使用模組。

在使用 from 時也可以用同樣的方式獲得類似的效果：

>>> from fibo import fib as fibonacci
>>> fibonacci(500)
0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377

備註

出於效率原因，每個模組在每個直譯器 session 中僅會被 import 一次。因此，如果你更改了模組，則必須重啟直譯器——或者，如果只是一個想要在互動模式下測試的模組，可以使用 importlib.reload()。例如：import importlib; importlib.reload(modulename)。

6.1.1. 把模組當作腳本執行¶

當使用以下內容運行 Python 模組時：

python fibo.py <arguments>

如同使用 import 指令，模組中的程式碼會被執行，但 __name__ 被設為 "__main__"。這意味著，透過在模組的末尾添加以下程式碼：

if __name__ == "__main__":
    import sys
    fib(int(sys.argv[1]))

你可以將檔案作為腳本也同時可以作為被 import 的模組，因為剖析 (parse) 命令列的程式碼只會在當模組是「主」檔案時，才會執行：

$ python fibo.py 50
0 1 1 2 3 5 8 13 21 34

如果此模組是被 import 的，則該段程式碼不會被執行：

>>> import fibo
>>>

這通常是用來為模組提供方便的使用者介面，或者用於測試目的（執行測試套件時，以腳本的方式執行模組）。

6.1.2. 模組的搜尋路徑¶

Import 一個名為 spam 的模組時，直譯器首先會搜尋具有該名稱的內建模組。模組名稱列在 sys.builtin_module_names 當中。如果找不到，接下來會在變數 sys.path 所給定的資料夾清單之中，搜尋一個名為 spam.py 的檔案。sys.path 從這些位置開始進行初始化：

輸入腳本所位在的資料夾（如未指定檔案時，則是目前資料夾）。
PYTHONPATH（一連串和 shell 變數 PATH 的語法相同的資料夾名稱）。
與安裝相關的預設值（按慣例會包含一個 site-packages 資料夾，它是由 site 模組所處理）。

在 sys.path 模組搜尋路徑的初始化有更多的細節。

備註

在支援符號連結 (symlink) 的檔案系統中，輸入腳本的所在資料夾是在跟隨符號連結之後才被計算的。換言之，包含符號連結的資料夾並沒有增加到模組的搜尋路徑中。

初始化之後，Python 程式可以修改 sys.path。執行中腳本的所在資料夾會在搜尋路徑的開頭，在標準函式庫路徑之前。這代表該資料夾中的腳本會優先被載入，而不是函式庫資料夾中相同名稱的模組。除非是有意要做這樣的替換，否則這是一個錯誤。請參見標準模組以瞭解更多資訊。

6.1.3. 「編譯」Python 檔案¶

為了加快載入模組的速度，Python 將每個模組的編譯版本暫存在 __pycache__ 資料夾下，並命名為 module.version.pyc，這裡的 version 是編譯後的檔案的格式名稱，且名稱通常會包含 Python 的版本編號。例如，在 CPython 3.3 中，spam.py 的編譯版本將被暫存為 __pycache__/spam.cpython-33.pyc。此命名準則可以讓來自不同版本的編譯模組和 Python 的不同版本同時共存。

Python 根據原始碼最後修改的日期，檢查編譯版本是否過期而需要重新編譯。這是一個完全自動的過程。另外，編譯後的模組獨立於平台，因此不同架構的作業系統之間可以共用同一函式庫。

Python 在兩種情況下不檢查快取 (cache)。首先，它總是重新編譯且不儲存直接從命令列載入的模組的結果。第二，如果沒有源模組，則不會檢查快取。要支援非源模組（僅編譯）的發布，編譯後的模組必須位於原始資料夾中，並且不能有源模組。

一些給專家的秘訣：

可以在 Python 指令上使用開關參數 (switch) -O 或 -OO 來減小已編譯模組的大小。開關參數 -O 刪除 assert（斷言）陳述式，而 -OO 同時刪除 assert 陳述式和 __doc__ 字串。由於有些程式可能依賴於上述這些內容，因此只有在你知道自己在做什麼時，才應使用此參數。「已最佳化」模組有 opt- 標記，且通常較小。未來的版本可能會改變最佳化的效果。
讀取 .pyc 檔案時，程式的執行速度並不會比讀取 .py 檔案快。唯一比較快的地方是載入的速度。
模組 compileall 可以為資料夾中的所有模組建立 .pyc 檔。
更多的細節，包括決策流程圖，請參考PEP 3147。

6.2. 標準模組¶

Python 附帶了一個標準模組庫，詳細的介紹在另一份文件，稱為「Python 函式庫參考手冊」（簡稱為「函式庫參考手冊」）。有些模組是直譯器中內建的；它們使一些不屬於語言核心但依然內建的運算得以存取，其目的是為了提高效率，或提供作業系統基本操作（例如系統呼叫）。這些模組的集合是一個組態選項，它們取決於底層平台。例如：winreg 模組僅供 Windows 使用。值得注意的模組是 sys，它被內建在每個 Python 直譯器中。變數 sys.ps1 和 sys.ps2 則用來定義主、次提示字元的字串：

>>> import sys
>>> sys.ps1
'>>> '
>>> 