Python的import机制

Posted 2020-10-19 Qniguoym

模块与包

在了解 import 之前，有两个概念必须提一下：

• 模块: 一个 .py 文件就是一个模块（module）
• 包: __init__.py 文件所在目录就是包（package）

当然，这只是极简版的概念。实际上包是一种特殊的模块，而任何定义了 __path__ 属性的模块都被当做包。只不过，咱们日常使用中并不需要知道这些。

两种形式的 import

import 有两种形式：

• import ...
• from ... import ...

两者有着很细微的区别，先看几行代码。

from string import ascii_lowercase
import string
import string.ascii_lowercase

运行后发现最后一行代码报错：ImportError: No module named ascii_lowercase，意思是：“找不到叫 ascii_lowercase 的模块”。第 1 行和第 3 行的区别只在于有没有 from，翻翻语法定义发现有这样的规则：

• import ... 后面只能是模块或包
• from ... import ... 中，from 后面只能是模块或包，import 后面可以是任何变量

可以简单的记成：第一个空只能填模块或包，第二个空填啥都行。

import 的搜索路径

提问，下面这几行代码的输出结果是多少？

import string
print(string.ascii_lowercase)

是小写字母吗？那可不一定，如果目录树是这样的：

./
├── foo.py
└── string.py

foo.py 所在目录有叫 string.py 的文件，结果就不确定了。因为你不知道 import string 到底是 import 了 ./string.py 还是标准库的 string。为了回答这个问题，我们得了解一下 import 是怎么找到模块的，这个过程比较简单，只有两个步骤：

1. 搜索「内置模块」（built-in module）
2. 搜索 sys.path 中的路径

而 sys.path 在初始化时，又会按照顺序添加以下路径：

1. foo.py 所在目录（如果是软链接，那么是真正的 foo.py 所在目录）或当前目录；
2. 环境变量 PYTHONPATH中列出的目录（类似环境变量 PATH，由用户定义，默认为空）；
3. site 模块被 import 时添加的路径1（site 会在运行时被自动 import）。

import site 所添加的路径一般是 XXX/site-packages（Ubuntu 上是 XXX/dist-packages），比如在我的机器上是 /usr/local/lib/python2.7/site-packages。同时，通过 pip 安装的包也是保存在这个目录下的。如果懒得记 sys.path的初始化过程，可以简单的认为 import 的查找顺序是：

1. 内置模块
2. .py 文件所在目录
3. pip 或 easy_install 安装的包

相对 import 与 绝对 import

相对 import

当项目规模变大，代码复杂度上升的时候，我们通常会把一个一个的 .py 文件组织成一个包，让项目结构更加清晰。这时候 import 又会出现一些问题，比如：一个典型包的目录结构是这样的：

 string/
├── __init__.py
├── find.py
└── foo.py

如果 string/foo.py 的代码如下：

# string/foo.py
from string import find
print(find)

那么 python string/foo.py 的运行结果会是下面的哪一个呢？

• <module ‘string.find‘ from ‘string/find.py‘>
• <function find at 0x123456789>

按我们前面讲的各种规则来推导，因为 foo.py 所在目录 string/ 没有 string 模块（即 string.py），所以 import 的是标准库的 string，答案是后者。不过，如果你把 foo 当成 string 包中的模块运行，即 python -m string.foo，会发现运行结果是前者。同样的语句，却有着两种不同的语义，这无疑加重了咱们的心智负担，总不能每次咱们调试包里的模块时，都去检查一下执行的命令是 python string/foo.py 还是 python -m string.foo 吧？

相对 import 就是专为解决「包内导入」（intra-package import）而出现的。它的使用也很简单，from 的后面跟个 . 就行：

# from string/ import find.py
from . import find
# from string/find.py import *
from .find import *

我们再看个复杂点的例子，有个包的目录结构长这样：

one/
├── __init__.py
├── foo.py
└── two/
    ├── __init__.py
    ├── bar.py
    └── three/
        ├── __init__.py
        ├── dull.py
        └── run.py

from . import dull
from .. import bar
from ... import foo
print(‘Go, go, go!‘)

改成

from .dull import *
from ..bar import *
from ...foo import *
print(‘Go, go, go!‘)

结果是一样的。

那么 python string/foo.py 和 python -m string.foo 的运行结果又是怎样呢？运行一下发现，两者的输出分别是：

Traceback (most recent call last):
  File "string/foo.py", line 1, in <module>
    from . import find
ValueError: Attempted relative import in non-package

<module ‘string.find‘ from ‘string/find.py‘>

原因在于 python string/foo.py 把 foo.py 当成一个单独的脚本来运行，认为 foo.py 不属于任何包，所以此时相对 import 就会报错。也就是说，无论命令行是怎么样的，运行时 import 的语义都统一了，不会再出现运行结果不一致的情况。