Python 中包/模块的 `import` 操作

用实例来说明 import 的作用吧。

创建以下包结构。一个文件夹 cookFish/，下面包含两个文件， __init__.py和cookBook.py。

为什么取这几个名字呢？假设我想用 Python 去做和鱼相关的菜，这件事情很复杂，所以我给它创建了一个包，名叫cookFish， 既然是包，在它下面必须得创建一个文件__init__.py。烧鱼必备条件之一就是菜谱，所以接着创建了 cookBook.py。这几个文件对我们这次来说就足够了，所以就没有再创建其他文件了。

cookFish/
    __init__.py
    cookBook.py

在cookFish/__init__.py中输入如下代码：

__version__ = '0.1'
__author__ = 'XIE Byron'

def cookFish_hello():
    print("cookFish_Hello() from cookFish/__init__.py")

在cookFish/cookBook.py中输入如下代码：

def cookBook_hello():
    print("cookBook_hello() from cookBook.py")

提示：下面的实例都是在 Python 自带的命令行解释器（windows+python 3.7）中运行的结果。如果你在其他环境下运行，比如jupyter notebook，输出会有差异。

"import package-name" 都做了什么？

导入包cookFish。

>>> import cookFish

提示：

如果import时出现错误ModuleNotFoundError，如下：

>>> import cookFish
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ModuleNotFoundError: No module named 'cookFish'

建议先将 Python 的当前工作目录设置为 cookFish 的 父文件夹（就是包含cookFish文件夹的文件夹)。命令如下：

>>> import os
>>> os.chdir(r'path\to\parent\folder\of\cookFish')

用dir操作查看当前命名空间和cookFish命名空间下都有哪些内容。

>>> dir() # 查看当前命名空间下的对象。注意： cookFish 在当前命名空间下。
['__annotations__', '__builtins__', '__doc__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'cookFish', 'os']

>>> dir(cookFish) # 查看 cookFish 命名空间下的对象。
['__author__', '__builtins__', '__cached__', '__doc__', '__file__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__path__', '__spec__', '__version__', 'cookFish_hello']

其中的的 __author__, __version__, cookFish_hello 是我们定义的，都导入到了 cookFish 的命名空间下。但是cookFish 下的模块 cookBook.py 没有被导入。这是因为直接 import cookFish 只运行cookFish文件夹下的 __init__.py 文件，不会运行其他模块，所以cookBook没有被导入。

提示：Python 中的模块指后缀 .py的文件，也叫脚本。包 指包含 __init__.py 文件的一个文件夹，一般还会包含其他模块。

包/模块的命名空间

这里讲一下我对概念“在cookFish的命名空间下”的理解。

Python 的 import A 会把 A 的Python 代码运行一遍，并把运行结果放在一个叫A的命名空间下。

提示: 如果 A 是包，A 的 Python 代码就是 文件夹A下的 __init__.py 中的代码。 如果 A 是模块，那么就是文件 A.py 中的代码。

import B会把 B 的 Python 代码运行一遍，并把运行结果放在一个叫 B 的命名空间下。假设A和B中都有一个叫X的对象， A 中的X在当前命名空间下叫 A.X，B中的X在当前命名空间下叫 B.X，两个X在当前命名空间下不重名。

提示: 这里的对象 指 Python 中的变量/属性，函数，类，实例等等。

比如__version__属性（或者叫它变量）就在cookFish的命名空间下，我们只能通过 cookFish.__version__ 才能访问到 __version__，直接输入 __version__ 访问不到它，会报错。

直接输入__version__ 运行会报如下错误：

>>> __version__
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name '__version__' is not defined

其他导入包/模块的方式

如果我们想导入 cookFish 下的模块 cookBook呢？可以用下面的语法：

>>> import cookFish.cookBook

然后在 cookFish 的命名空间下又多了 cookBook。

>>> dir(cookFish)
['__author__', '__builtins__', '__cached__', '__doc__', '__file__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__path__', '__spec__', '__version__', 'cookBook', 'cookFish_hello']

然后就能通过全名cookFish.cookBook访问cookBook.py中的对象了，比如：

>>> cookFish.cookBook.cookBook_hello()
cookBook_hello() from cookBook.py

好长的名字啊，能不能短一点啊？当然可以：

>>> import cookFish.cookBook as cb

然后在当前命名空间下就多了对象 cb：

>>> dir()
['__annotations__', '__builtins__', '__doc__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'cb', 'cookFish', 'os']

然后就能通过别名cb来访问cookBook.py中的对象了，比如：

>>> cb.cookBook_hello()
cookBook_hello() from cookBook.py

那我能不能只导入cookBook_hello()到当前命名空间？当然可以

>>> from cookFish.cookBook import cookBook_hello

然后 cookBook_hello 就被导入到当前命名空间下了：

>>> dir()
['__annotations__', '__builtins__', '__doc__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'cb', 'cookBook_hello', 'cookFish', 'os']

然后就能直接访问 cookBook_hello()了，不用任何前缀：

>>> cookBook_hello()
cookBook_hello() from cookBook.py

“from 包/模块名 import *” 是导入所有对象吗？

那我可以一次性导入 cookFish 下的所有模块、所有包吗？可以也不可以。

Python 有一个条指令

from 包/模块名 import *

比如from cookFish import *，给我们的第一感觉是，这条指令是遍历了 cookFish 下的所有文件，找到这个包下面的所有包和模块，把他们统统导入到当前命名空间。

但不幸的是，这个操作在windows和Mac系统上不能很好地实现。因为它们的文件系统不能提供准确的文件名大小写信息。在这两个平台上，Python 不知道应该把ECHO.py导入为模块echo, Echo 还是ECHO，或者其他。（比如windows 95 上面，所有文件名的首字母都会显示为大写)。如果Python 把 ECHO.py导入为 模块Echo，但实际Python代码中有时按照 echo 使用的，那肯定会报错。[1]

Python 支持大小写，Echo和ECHO是两个不一样的对象

Python 的唯一的解决办法是包的作者提供一个明确的包的索引，告诉 Python 在 Python 代码中如何命名这个模块。import 语句定义下面一个约定，如果在包的 __init__.py 中定义了一个 __all__ 列表，在 from xxx import * 时，Python 就会把 __all__ 列表中的对象导入。

! 注意：

__all__ 只对 from xxx import * 有影响，对其他 import 操作没有任何影响

在cookFish/__init__.py中， 我们只把函数 cookFish_hello加入__all__ 中，代码如下：

__all__ = ['cookFish_hello', ] # added to support `from xxx import *`

__version__ = '0.1'
__author__ = 'XIE Byron'

def cookFish_hello():
    print("cookFish_Hello() from cookFish/__init__.py")

重启 Python 解释器，在导入之前，先运行 dir()显示当前命名空间的对象。

>>> dir()
['__annotations__', '__builtins__', '__doc__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'os']

! 注意：

Python 解释器为了提高运行效率，同一个模块只会导入一次。一个模块被导入后，再次运行导入命名不会重新导入。为了显示from xx import * 的特殊性，所以需要重启 Python 解释器（就是关闭 Python 解释器，然后重新进入)。

然后运行如下：

>>> from cookFish import *

然后输入 dir() 查看 cookFish_Hello()是否被导入到了当前命名空间.

>>> dir()
['__annotations__', '__builtins__', '__doc__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'cookFish_hello', 'os']

可以看到只有在__all__列表中的 cookFish_hello被导入到当前命名空间，其他什么都没有导入，连cookFish本身也没有被导入。

所以问题“可以一次性导入 cookFish 下的所有模块、所有包吗？“ 的答案是：是否能一次导入，取决于包的作者有没有把所有子模块/子包都加入到 __all__列表中。

参考

[1] Built-in Package Support in Python 1.5

版本

[1] version 1.0, released on 2019-04-21

[2] version 1.1, released on 2019-04-21

添加了 Python 命令的输出。运行工具为windows版本Python(3.7)自带的命令行解释器。

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--- 2019-7-20 9:33:43

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