Python学习（十三）什么是模块、模块的引入、自定义模块、常见的内置模块（math、random、os、sys、uuid、时间模块、加密模块）

在介绍常用的模块用法前，我们先来回顾一下模块的内容，以及如何使用模块？

一、什么是模块？

1.1 定义

在 Python 中，将实现莫伊特定功能的代码放置在文件中，以便其它程序进行导入使用，这种方式可以避免函数名或变量名的冲突，这种文件称为 模块（Modules），格式为 扩展名.py。

• 模块 = 函数 + 类 + 变量

打开 python 的安装包，可以看到 Lib 文件夹下全是模块。

1.2 分类

在 Python 中，模块分为 内置模块 和 自定义模块 两种。

• 内置模块：目前 Python 内置模块大概在 200 多个，如：

• 自定义模块：来自第三方提供的模块。

1.3 五种模块引入的方法

• import 模块名
• from 模块名 import 功能名
• from 模块名 import *
• import 模块名 as 别名
• from 模块名 import 功能名 as 别名

（导入多个模块或功能时，用英文逗号分隔）

1）import 模块名（全部引入）

这是最基本的导入方式，它将整个模块导入到当前命名空间中。

• 格式：import 模块名

• 使用方法：模块名.功能名()

• 特点：

  1. 导入整个模块
  2. 需要使用模块名作为前缀来访问模块中的功能（如函数、类等）。
  3. 可以避免命名冲突，因为所有引用都明确指出是哪个模块的功能。

• 使用示例：

import math
print(math.sqrt(9)) # 求平方根

2）from 模块名 import 功能名（部分引入）

这种方式只导入模块中的特定功能（如函数、类等），而不是整个模块。

• 格式：from 模块名 import 功能名
• 使用方法：功能名()
• 特点：
  1. 只导入指定的功能，减少了内存占用。
  2. 不需要使用模块名作为前缀，直接调用功能名称即可。
  3. 如果导入多个功能，可以使用英文逗号分隔。
• 使用示例：

from math import sqrt, pow
print(sqrt(9)) # 求平方根

3）from 模块名 import *（引入公共功能）【不推荐】

这种方式会导入模块中的所有公共功能（即没有以下划线 _ 开头的功能）。

• 格式：*from 模块名 import
• 使用方法：功能名()
• 特点：
  1. 导入模块中的所有公共功能。
  2. 不需要使用模块名作为前缀，直接调用功能名称即可。
• 使用示例：

from math import *

print(sqrt(16)) # 计算16的平方根
print(pow(2, 3)) # 计算2的3次方

注意： 这种方式可能会导致 命名冲突，因为它会将所有导出的功能引入当前命名空间。因此，通常不推荐在大型项目或生产环境中使用。

4）import 模块名 as 别名（设置模块别名）

这种方式允许为导入的模块指定一个别名，方便在代码中使用更短的名字来引用模块。

• 特点：
  1. 给模块起一个简短的别名，便于频繁使用时减少输入量。
  2. 特别适合于长模块名的情况，如 pandas 常用 pd 作为别名。
  3. 仍然需要使用别名作为前缀来访问模块中的功能。
• 使用示例：

import numpy as np

array = np.array([1, 2, 3])
print(array) # 输出：[1, 2, 3]

注意： 设置别名后，不能再使用原有的模块名。

5）from 模块名 import 功能名 as 别名（设置功能别名）

这种方式允许为导入的功能指定一个别名，方便在代码中使用更短的名字来引用该功能。

• 特点：
  1. 给某个具体的功能起一个别名，便于在代码种使用。
  2. 不需要使用模块名作为前缀，直接调用别名即可。
  3. 适用于当功能名较长或容易与其它名称冲突时。
• 使用示例：

from datetime import datetime as dt

print(dt.now()) # 输出当前时间

注意： 设置别名后，不能再使用原有的功能名。

1.4 模块的搜索目录

当使用 import 语句导入模块时，默认情况下会按照如下顺序进行模块查找：

1. 执行 python 文件的当前项目目录；
2. 环境变量 PYTHONPATH；
3. python 解释器安装目录。

当我们不确定有哪些目录的时候，我们可以 sys.path 查看全量的目录。如下所示：

>>> import sys
>>> sys.path
['', 'C:\\Users\\lenovo\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python310\\python310.zip', 'C:\\Users\\lenovo\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python310\\DLLs', 'C:\\Users\\lenovo\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python310\\lib', 'C:\\Users\\lenovo\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python310', 'C:\\Users\\lenovo\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python310\\lib\\site-packages']

1.5 如何自定义模块

自定义模块的作用：

将相关的代码编写在一个独立的文件中，并命名为 “模块名.py”，这样就可以导入到程序中使用。

注意：自行创建的模块名不能与 Python 自带的标准库中的模块名重名。

举个例子：

• 创建一个模块文件 prime.py，实现素数判断，代码如下：

def fun_prime(num):
    if num < 2:
        print('请输入大于2的正整数')
    else:
        for i in range(2, num):
            if num % i == 0:
                return 0
        else:
        	return 1

新建一个 python 文件导入上述模块，实现 100 以内的素数判断输出。代码如下：

import prime

for i in range(2, 100):
    if prime.fun_prime(i) == 1:
        print(i, end=' ')

执行结果如下：

2 3 5 7 11 13 17 19 23 29 31 37 41 43 47 53 59 61 67 71 73 79 83 89 97 

自定义模块中的功能测试：

• 作用：编写完自定义模块后，最好在模块内部对代码进行测试，以防出现问题。
• 魔法方法： __name__，每个模块中都会有一个字符串变量，记录模块名称，随着运行页面的不同，返回值结果也不相同。
• 当前页面执行：返回值为 __main__。

# 功能函数
def fun_prime(num):
    if num < 2:
        print('请输入大于2的正整数')
    else:
        for i in range(2, num):
            if num % i == 0:
                return 0
            else:
                return 1

# 测试代码
if __name__ == '__main__':
    if fun_prime(5) == 1:
        print('程序正常')
    else:
        print('程序有误')

执行 python prime.py 即可执行 prime.py 中的测试代码部分，执行结果如下：

以上就是模块的全部内容，下面我们来看一下常用的内置模块。

二、常见的内置模块

2.1 math 模块（数学运算）

math 模块的主要作用是 数学运算。

math 模块的常用方法：

math 模块的常量：

2.2 random 模块（伪随机数）

random 模块主要用来产生随机数（伪随机数，以当前时间为种子进行计算得到的，存在并发问题）。

random 模块的常用方法：

查看 random 中的全部变量和方法：

>>> import random
>>> print(dir(random))
['BPF', 'LOG4', 'NV_MAGICCONST', 'RECIP_BPF', 'Random', 'SG_MAGICCONST', 'SystemRandom', 'TWOPI', '_ONE', '_Sequence', '_Set', '__all__', '__builtins__', '__cached__', '__doc__', '__file__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', '_accumulate', '_acos', '_bisect', '_ceil', '_cos', '_e', '_exp', '_floor', '_index', '_inst', '_isfinite', '_log', '_os', '_pi', '_random', '_repeat', '_sha512', '_sin', '_sqrt', '_test', '_test_generator', '_urandom', '_warn', 'betavariate', 'choice', 'choices', 'expovariate', 'gammavariate', 'gauss', 'getrandbits', 'getstate', 'lognormvariate', 'normalvariate', 'paretovariate', 'randbytes', 'randint', 'random', 'randrange', 'sample', 'seed', 'setstate', 'shuffle', 'triangular', 'uniform', 'vonmisesvariate', 'weibullvariate']

random 模块中的 random() 方法返回一个随机数，它在半开放区间 [0, 1) 范围内，包含 0 但不包含 1。

>>> import random
>>> print(random.random())
0.537791308607761

random 模块中的 seed() 方法可以改变随机数生成器的种子，可以在调用其它随机模块函数之前调用此函数。示例代码如下：

import random

random.seed() # 默认时，数字相同
print('使用默认种子生成随机数：', random.random())
print('使用默认种子生成随机数：', random.random())

random.seed(10) # 使用相同种子，数字依然相同
print('使用整数 10 种子生成随机数：', random.random())
print('使用整数 10 种子生成随机数：', random.random())

random.seed("hello", 2)
print('使用字符串种子生成随机数：', random.random())

执行结果如下：

常用方法：

• randint(a, b)：返回随机一个整数N，满足 a <= N <= b。
• random.sample(数组，数组长度)：返回序列中的随机一个。

2.3 os 模块（操作系统文件）

os 模块操作的是系统的文件系统。例如：

import os
os.system.('cls') # 清屏
print(os.name) # nt：windows操作系统；posix：Linux或Mac操作系统。

os 模块的常用方法：

2.4 os.path 子模块（操作路径）

先引入 os 模块，在 os 模块中有个很重要的模块 path，要注意 path 是一个子模块，可以通过 help(os.path) 查看帮助文档。

os.path 子模块的常用方法：

2.5 sys 模块（Python解释器交互）

sys 模块提供了与 Python 解释器及其环境交互的功能。

• 代码示例1：退出程序。

import sys
a=2
if a<=2:
    sys.exit(8)
print(a)  # 未执行
#注释：退出python执行程序，下面的代码将不会执行，如同shell中的exit一样。

• 代码示例2：获取 Python 版本信息。

import sys
print(sys.version)  # 获取版本信息

• 代码示例3：获取输入信息。

import sys

# sys.stdin.readline() 相当于input，区别在于input不会读入'\n'
aa = sys.stdin.readline()  # 输入数据多一个'\n'
bb = input('请输入：')

print(len(aa))   
print(len(bb))

2.6 uuid 模块（唯一标识符）

uuid 模块用于生成唯一标识符（UUID），通常用于确保标识符在全球范围内的唯一性。

补充：

UUID： 通用唯一标识符 ( Universally Unique Identifier )，对于所有的UUID它可以保证在空间和时间上的唯一性，它是通过MAC地址、 时间戳、 命名空间、 随机数、 伪随机数来保证生成ID的唯一性,有着固定的大小( 128 bit位 )，通常由 32 字节的字符串（十六进制）表示。

Python 的 uuid 模块提供的 UUID 类和函数 uuid1()，uuid3()，uuid4()，uuid5() 来生成1, 3, 4, 5各个版本的UUID ( 需要注意的是：python中没有uuid2()这个函数)。

import uuid

name = 'test_name'
namespace = uuid.NAMESPACE_DNS

a = uuid.uuid1()
print(a, type(a)) # 基于时间戳

b = uuid.uuid3(namespace, name) # 基于名字的MD5散列值
print(b, type(b))

c = uuid.uuid4() # 基于随机数
print(c, type(c))

d = uuid.uuid5(namespace, name) # 基于名字的SHA-1散列值
print(d, type(d))

执行结果如下：

C:\Users\lenovo\AppData\Local\Programs\Python\Python310\python.exe D:\pythonProject\PythonProject2\main.py 
0fd9328b-d0b0-11ef-8b56-1cbfc053d1aa <class 'uuid.UUID'>
7e9fc176-3b19-394a-9530-83391161f8e9 <class 'uuid.UUID'>
f8e6eaeb-c61f-4f28-a1fb-5a04b0c8e7d6 <class 'uuid.UUID'>
ad85ae8c-f638-56e0-b9fc-5d7a58009f62 <class 'uuid.UUID'>

2.7 时间模块

1）time 模块

time 模块主要用于格式化时间，在 Python 爬虫等应用中相当有用。

time 模块的常用方法：

代码示例如下：

import time

t = time.time()
print('当前时间戳为：', t)
localtime = time.localtime()
print('本地时间为：', localtime) # 时间元组，附表查看
localtime = time.asctime(time.localtime())
print('本地时间为：', localtime)

# 格式化时间
print(time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S', time.localtime()))
print(time.strftime('%a %b %d %H:%M:%S %Y', time.localtime()))

时间元组如下：

执行结果如下：

当前时间戳为： 1736664565.9515433
本地时间为： time.struct_time(tm_year=2025, tm_mon=1, tm_mday=12, tm_hour=14, tm_min=49, tm_sec=25, tm_wday=6, tm_yday=12, tm_isdst=0)
本地时间为： Sun Jan 12 14:49:25 2025
2025-01-12 14:49:25
Sun Jan 12 14:49:25 2025

2）datetime 模块

datetime 模块是 Python 对 time 模块的补充，用于时间的处理。datetime 的子模块如下：

• 常用类：date类、time类、datetime类、timedelta类。

代码示例如下：

import datetime as dt

print(dt.datetime.now()) # 当前时间
print(dt.date(2021, 10, 1)) # 年、月、日
print(dt.time(7, 15, 30, 10)) # 时、分、秒、微妙
print(dt.datetime(2021, 10, 1, 7, 15, 30)) # date类和time类的结合，参数：年、月、日、时、分、秒
print(dt.timedelta(3, 2, 1, 6)) # 日、秒、微妙、毫秒、分钟、小时，周星期

执行结果如下：

2025-01-12 15:02:27.178224
2021-10-01
07:15:30.000010
2021-10-01 07:15:30
3 days, 0:00:02.006001

3）calendar 模块

calendar 模块提供了日历相关的功能，如生成月历、周历等。

代码示例如下：

import calendar

print('calendar.calendar() 返回某年的日历：')
print(calendar.calendar(2022))

print('calendar.month() 返回某年某月的日历：')
print(calendar.month(2022, 11))

print('calendar.isleap() 返回是否是闰年：')
print(calendar.isleap(2020), calendar.isleap(2021))
print('calendar.leapdays() 返回两年之间的闰年总数：')
print(calendar.leapdays(2000, 2021))

print('calendar.weekday() 返回某年某月某日是周几：')
print(calendar.weekday(2022, 11, 23))

执行结果如下：

calendar.calendar() 返回某年的日历：
                                  2022

      January                   February                   March
Mo Tu We Th Fr Sa Su      Mo Tu We Th Fr Sa Su      Mo Tu We Th Fr Sa Su
                1  2          1  2  3  4  5  6          1  2  3  4  5  6
 3  4  5  6  7  8  9       7  8  9 10 11 12 13       7  8  9 10 11 12 13
10 11 12 13 14 15 16      14 15 16 17 18 19 20      14 15 16 17 18 19 20
17 18 19 20 21 22 23      21 22 23 24 25 26 27      21 22 23 24 25 26 27
24 25 26 27 28 29 30      28                        28 29 30 31
31

       April                      May                       June
Mo Tu We Th Fr Sa Su      Mo Tu We Th Fr Sa Su      Mo Tu We Th Fr Sa Su
             1  2  3                         1             1  2  3  4  5
 4  5  6  7  8  9 10       2  3  4  5  6  7  8       6  7  8  9 10 11 12
11 12 13 14 15 16 17       9 10 11 12 13 14 15      13 14 15 16 17 18 19
18 19 20 21 22 23 24      16 17 18 19 20 21 22      20 21 22 23 24 25 26
25 26 27 28 29 30         23 24 25 26 27 28 29      27 28 29 30
                          30 31

        July                     August                  September
Mo Tu We Th Fr Sa Su      Mo Tu We Th Fr Sa Su      Mo Tu We Th Fr Sa Su
             1  2  3       1  2  3  4  5  6  7                1  2  3  4
 4  5  6  7  8  9 10       8  9 10 11 12 13 14       5  6  7  8  9 10 11
11 12 13 14 15 16 17      15 16 17 18 19 20 21      12 13 14 15 16 17 18
18 19 20 21 22 23 24      22 23 24 25 26 27 28      19 20 21 22 23 24 25
25 26 27 28 29 30 31      29 30 31                  26 27 28 29 30

      October                   November                  December
Mo Tu We Th Fr Sa Su      Mo Tu We Th Fr Sa Su      Mo Tu We Th Fr Sa Su
                1  2          1  2  3  4  5  6                1  2  3  4
 3  4  5  6  7  8  9       7  8  9 10 11 12 13       5  6  7  8  9 10 11
10 11 12 13 14 15 16      14 15 16 17 18 19 20      12 13 14 15 16 17 18
17 18 19 20 21 22 23      21 22 23 24 25 26 27      19 20 21 22 23 24 25
24 25 26 27 28 29 30      28 29 30                  26 27 28 29 30 31
31

calendar.month() 返回某年某月的日历：
   November 2022
Mo Tu We Th Fr Sa Su
    1  2  3  4  5  6
 7  8  9 10 11 12 13
14 15 16 17 18 19 20
21 22 23 24 25 26 27
28 29 30

calendar.isleap() 返回是否是闰年：
True False
calendar.leapdays() 返回两年之间的闰年总数：
6
calendar.weekday() 返回某年某月某日是周几：
2

Process finished with exit code 0

2.8 加密模块

1）hashlib 模块

hashlib 模块提供了多种哈希算法（如 MD5、SHA-1、SHA-256 等）来生成数据的哈希值，常用于密码存储和数据完整性校验。

代码示例如下：

# 使用SHA-256生成哈希值
import hashlib

hash_object = hashlib.sha256(b'Hello, World!')
print(hash_object.hexdigest()) # 输出：SHA-256 哈希值

执行结果如下：

dffd6021bb2bd5b0af676290809ec3a53191dd81c7f70a4b28688a362182986f

2）hmac 模块

hmac 模块实现了基于哈希的消息认证码（HMAC），用于验证消息的完整性和真实性。

代码示例如下：

import hmac
import hashlib

key = b'secret-key'
message = b'This is a secret message.'
h = hmac.new(key, message, hashlib.sha256)
print(h.hexdigest()) # 输出：HMAC值

执行结果如下：

8ff2696f30b8ed5f0944c12056f9ac826d10dba5b0001e5e63880015b6dccfc2

整理完毕，完结撒花~🌻

参考地址：

1.Python——常见内置模块，https://blog.csdn.net/weixin_63172698/article/details/134625963