高级语言程序设计（Python）CAP：模块与包

# 1. Python模块的基本介绍

## 1.1 Python模块的概念和作用

Python模块是一个包含Python定义和语句的文件，用来组织、重用和扩展代码。模块将代码分割成独立的文件，以提高代码的可读性、维护性和复用性。通过使用模块，我们可以按照逻辑结构将代码进行分组，并且可以将具有特定功能的代码作为模块导入到其他Python程序中使用。

## 1.2 如何创建和使用Python模块

要创建一个Python模块，只需在一个文件中编写Python代码，并将其保存为以".py"为后缀的文件。在模块中，我们可以定义变量、函数、类和常量，并使用它们提供的功能来编写程序。

下面是一个示例模块，将其保存为"hello.py"：

# hello.py
def say_hello():
    print("Hello, World!")

在其他Python程序中使用这个模块，可以通过导入模块并调用其中的函数来实现：

import hello

hello.say_hello()

输出结果为：

Hello, World!

## 1.3 模块的导入和使用方法

在Python中，我们可以使用`import`语句来导入一个模块。导入模块后，我们可以使用模块中定义的变量、函数、类和常量。

有三种常见的导入模块的方式：

1. 导入整个模块：使用`import`语句后跟模块名的方式导入整个模块。

   import module_name

2. 导入模块中的特定变量或函数：使用`from`关键字后跟模块名和要导入的变量或函数名的方式。

   from module_name import variable_name, function_name

3. 给导入的模块起一个别名：使用`as`关键字给导入的模块起一个别名，以方便使用。

   import module_name as alias_name

下面是示例代码，演示了三种导入模块的方式：

# 导入整个模块
import math

print(math.pi)

# 导入模块中的特定函数
from math import sqrt

print(sqrt(16))

# 给导入的模块起一个别名
import math as m

print(m.sin(0))

输出结果为：

3.141592653589793
4.0
0.0

通过这些导入模块的方式，我们可以根据需要灵活地使用模块中的功能，提高代码的可读性和可维护性。

在本章中，我们介绍了Python模块的基本概念、创建方法以及导入和使用方式。下一章，我们将探讨模块的高级特性，包括命名空间与作用域、模块的重载和别名，以及常用内置模块的介绍。

# 2. 模块的高级特性

### 2.1 命名空间与作用域

在Python中，每个模块都有自己的命名空间，用于存放变量、函数和类。通过命名空间，我们可以避免不同模块中的变量，函数或类之间的命名冲突。每个模块都有一个全局命名空间，可以在模块中定义全局变量和函数。

以下是一个示例，展示了如何使用模块的命名空间：

# module.py
module_variable = 'Hello, I am a module variable.'

def module_function():
    print('Hello, I am a module function.')

# main.py
import module

print(module.module_variable)   # 输出：Hello, I am a module variable.
module.module_function()        # 输出：Hello, I am a module function.

在上述示例中，我们在`module.py`模块中定义了一个模块变量`module_variable`和一个模块函数`module_function`。在`main.py`模块中，我们通过`import`语句导入`module`模块，并通过`module.`的形式访问了模块中的变量和函数。

### 2.2 模块的重载和别名

在Python中，我们还可以通过重载模块来更改或扩展模块的功能。当我们导入一个模块时，可以使用`as`关键字为模块指定别名。

以下是一个示例，演示了模块的重载和别名的用法：

# module.py
def module_function():
    print('Hello, I am the original module function.')

# main.py
import module

def module_function():
    print('Hello, I am the overloaded module function.')

module.module_function()       # 输出：Hello, I am the original module function.
function()                     # 输出：Hello, I am the overloaded module function.

# main.py（使用别名）
import module as md

md.module_function()           # 输出：Hello, I am the original module function.

在上述示例中，`module.py`中定义了一个模块函数`module_function()`。在`main.py`中，我们定义了一个同名的函数`module_function()`，称之为重载了`module.py`中的函数。当我们调用`module.module_fun