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Python Import机制备忘-模块搜索路径(sys.path)、嵌套Import、package Import

2009年5月31日 发表评论 阅读评论

模块的搜索路径

模块的搜索路径都放在了sys.path列表中,如果缺省的sys.path中没有含有自己的模块或包的路径,可以动态的加入(sys.path.apend)即可。下面是sys.path在Windows平台下的添加规则。

1、sys.path第一个路径往往是主模块所在的目录。在交互环境下添加一个空项,它对应当前目录。

2、如果PYTHONPATH环境变量存在,sys.path会加载此变量指定的目录。

3、我们尝试找到Python Home,如果设置了PYTHONHOME环境变量,我们认为这就是Python Home,否则,我们使用python.exe所在目录找到lib\os.py去推断Python Home。

如果我们确实找到了Python Home,则相关的子目录(Lib、plat-win、lib-tk等)将以Python Home为基础加入到sys.path,并导入(执行)lib/site.py,将site-specific目录及其下的包加入。

如果我们没有找到Python Home,则把注册表Software\Python\PythonCore\2.5\PythonPath的项加入sys.path(HKLM和 HKCU合并后加入),但相关的子目录不会自动添加的。

4、如果我们没有找到Python Home,并且没有PYTHONPATH环境变量,并且不能在注册表中找到PythonPath,那么缺省相对路径将加入(如:.\Lib;.\plat-win等)。

总结如下

当在安装好的主目录中运行Python.exe时,首先推断Python Home,如果找到了PythonHome,注册表中的PythonPath将被忽略;否则将注册表的PythonPath加入。

如果PYTHONPATH环境变量存在,sys.path肯定会加载此变量指定的目录。

如果Python.exe在另外的一个目录下(不同的目录,比如通过COM嵌入到其他程序),Python Home将不推断,此时注册表的PythonPath将被使用。

如果Python.exe不能发现他的主目录(PythonHome),并且注册表也没有PythonPath,则将加入缺省的相对目录。

标准Import

Python中所有加载到内存的模块都放在sys.modules。当import一个模块时首先会在这个列表中查找是否已经加载了此模块,如果加载了则只是将模块的名字加入到正在调用import的模块的Local名字空间中。如果没有加载则从sys.path目录中按照模块名称查找模块文件,模块文件可以是py、pyc、pyd,找到后将模块载入内存,并加入到sys.modules中,并将名称导入到当前的Local名字空间。

可以看出了,一个模块不会重复载入。多个不同的模块都可以用import引入同一个模块到自己的Local名字空间,其实背后的PyModuleObject对象只有一个。

说一个容易忽略的问题,import只能导入模块,不能导入模块中的对象(类、函数、变量等)。如一个模块A(A.py)中有个函数getName,另一个模块不能通过import A.getName将getName导入到本模块,只能用import A。如果想只导入特定的类、函数、变量则用from A import getName即可。

嵌套Import

嵌套import,我分两种情况,一种是:本模块导入A模块(import A),而A中又有import语句,会激活另一个import动作,如import B,而B模块又可以import其他模块,一直下去。

对这种嵌套比较容易理解,注意一点就是各个模块的Local名字空间是独立的,所以上面的例子,本模块import A完了后本模块只能访问模块A,不能访问B及其他模块。虽然模块B已经加载到内存了,如果要访问还要在明确的在本模块中import B。

另外一种嵌套指,在模块A中import B,而在模块B中import A。这时会怎么样呢?这个在Python列表中由RobertChen给出了详细解释,抄录如下:

[A.py] from B import D class C:pass [B.py] from A import C class D:pass

为什么执行A的时候不能加载D呢?

如果将A.py改为:import B就可以了。

这是怎么回事呢?

RobertChen:这跟Python内部import的机制是有关的,具体到from B import D,Python内部会分成几个步骤:

  1. 在sys.modules中查找符号"B"
  2. 果符号B存在,则获得符号B对应的module对象<module B>。

    从<module B>的__dict__中获得符号"D"对应的对象,如果"D"不存在,则抛出异常

  3. 如果符号B不存在,则创建一个新的module对象<module B>,注意,这时,module对象的__dict__为空。执行B.py中的表达式,填充<module B>的__dict__ 。

    从<module B>的__dict__中获得"D"对应的对象,如果"D"不存在,则抛出异常。

所以,这个例子的执行顺序如下:

1、执行A.py中的from B import D

由于是执行的python A.py,所以在sys.modules中并没有<module B>存在,首先为B.py创建一个module对象(<module B>),注意,这时创建的这个module对象是空的,里边啥也没有,在Python内部创建了这个module对象之后,就会解析执行B.py,其目的是填充<module B>这个dict。

2、执行B.py中的from A import C

在执行B.py的过程中,会碰到这一句,首先检查sys.modules这个module缓存中是否已经存在<module A>了,由于这时缓存还没有缓存<module A>,所以类似的,Python内部会为A.py创建一个module对象(<module A>),然后,同样地,执行A.py中的语句。

3、再次执行A.py中的from B import D

这时,由于在第1步时,创建的<module B>对象已经缓存在了sys.modules中,所以直接就得到了<module B>,但是,注意,从整个过程来看,我们知道,这时<module B>还是一个空的对象,里面啥也没有,所以从这个module中获得符号"D"的操作就会抛出异常。如果这里只是import B,由于"B"这个符号在sys.modules中已经存在,所以是不会抛出异常的。

上面的解释已经由Zoom.Quiet收录在啄木鸟了,里面有图,可以参考一下。

Package(包) Import

包(Package)可以看成模块的集合,只要一个文件夹下面有个__init__.py文件,那么这个文件夹就可以看做是一个包。包下面的文件夹还可以成为包(子包)。更进一步,多个较小的包可以聚合成一个较大的包,通过包这种结构,方便了类的管理和维护,也方便了用户的使用。比如SQLAlchemy等都是以包的形式发布给用户的。

包和模块其实是很类似的东西,如果查看包的类型import SQLAlchemy type(SQLAlchemy),可以看到其实也是<type ‘module’>。import包的时候查找的路径也是sys.path。

包导入的过程和模块的基本一致,只是导入包的时候会执行此包目录下的__init__.py而不是模块里面的语句了。另外,如果只是单纯的导入包,而包的__init__.py中又没有明确的其他初始化操作,那么此包下面的模块是不会自动导入的。如:

PA

–__init__.py

–wave.py

–PB1

  –__init__.py

  –pb1_m.py

–PB2

  –__init__.py

  –pb2_m.py

__init__.py都为空,如果有以下程序:

  1. import sys
  2. import PA.wave  #1
  3. import PA.PB1   #2
  4. import PA.PB1.pb1_m as m1  #3
  5. import PA.PB2.pb2_m #4
  6. PA.wave.getName() #5
  7. m1.getName() #6
  8. PA.PB2.pb2_m.getName() #7

当执行#1后,sys.modules会同时存在PA、PA.wave两个模块,此时可以调用PA.wave的任何类或函数了。但不能调用PA.PB1(2)下的任何模块。当前Local中有了PA名字。

当执行#2后,只是将PA.PB1载入内存,sys.modules中会有PA、PA.wave、PA.PB1三个模块,但是PA.PB1下的任何模块都没有自动载入内存,此时如果直接执行PA.PB1.pb1_m.getName()则会出错,因为PA.PB1中并没有pb1_m。当前Local中还是只有PA名字,并没有PA.PB1名字。

当执行#3后,会将PA.PB1下的pb1_m载入内存,sys.modules中会有PA、PA.wave、PA.PB1、PA.PB1.pb1_m四个模块,此时可以执行PA.PB1.pb1_m.getName()了。由于使用了as,当前Local中除了PA名字,另外添加了m1作为PA.PB1.pb1_m的别名。

当执行#4后,会将PA.PB2、PA.PB2.pb2_m载入内存,sys.modules中会有PA、PA.wave、PA.PB1、PA.PB1.pb1_m、PA.PB2、PA.PB2.pb2_m六个模块。当前Local中还是只有PA、m1。

下面的#5,#6,#7都是可以正确运行的。

注意的是:如果PA.PB2.pb2_m想导入PA.PB1.pb1_m、PA.wave是可以直接成功的。最好是采用明确的导入路径,对于./..相对导入路径还是不推荐用。

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