10. 标准库简短介绍¶
10.1. 操作系统接口¶
os 模块提供了数十个用于与操作系统交互的函数
>>> import os
>>> os.getcwd() # Return the current working directory
'C:\\Python313'
>>> os.chdir('/server/accesslogs') # Change current working directory
>>> os.system('mkdir today') # Run the command mkdir in the system shell
0
请务必使用 import os 样式，而不是 from os import *。这将避免 os.open() 覆盖内置的 open() 函数，因为它们的操作方式截然不同。
内置的 dir() 和 help() 函数作为处理像 os 这样大型模块的交互式辅助工具非常有用
>>> import os
>>> dir(os)
<returns a list of all module functions>
>>> help(os)
<returns an extensive manual page created from the module's docstrings>
对于日常的文件和目录管理任务，shutil 模块提供了更易于使用的高级接口
>>> import shutil
>>> shutil.copyfile('data.db', 'archive.db')
'archive.db'
>>> shutil.move('/build/executables', 'installdir')
'installdir'
10.2. 文件通配符¶
glob 模块提供了一个函数，用于从目录通配符搜索中创建文件列表
>>> import glob
>>> glob.glob('*.py')
['primes.py', 'random.py', 'quote.py']
10.3. 命令行参数¶
常用的实用脚本通常需要处理命令行参数。这些参数作为列表存储在 sys 模块的 argv 属性中。例如，让我们来看一下下面的 demo.py 文件
# File demo.py
import sys
print(sys.argv)
这是在命令行运行 python demo.py one two three 的输出
['demo.py', 'one', 'two', 'three']
argparse 模块提供了更复杂的机制来处理命令行参数。以下脚本提取一个或多个文件名以及要显示的可选行数
import argparse
parser = argparse.ArgumentParser(
prog='top',
description='Show top lines from each file')
parser.add_argument('filenames', nargs='+')
parser.add_argument('-l', '--lines', type=int, default=10)
args = parser.parse_args()
print(args)
当在命令行使用 python top.py --lines=5 alpha.txt beta.txt 运行时，脚本会将 args.lines 设置为 5，并将 args.filenames 设置为 ['alpha.txt', 'beta.txt']。
10.4. 错误输出重定向和程序终止¶
sys 模块还具有 stdin、stdout 和 stderr 的属性。后者用于发出警告和错误消息，即使 stdout 已被重定向，也可以看到它们
>>> sys.stderr.write('Warning, log file not found starting a new one\n')
Warning, log file not found starting a new one
终止脚本最直接的方法是使用 sys.exit()。
10.5. 字符串模式匹配¶
re 模块提供了用于高级字符串处理的正则表达式工具。对于复杂的匹配和操作，正则表达式提供了简洁、优化的解决方案
>>> import re
>>> re.findall(r'\bf[a-z]*', 'which foot or hand fell fastest')
['foot', 'fell', 'fastest']
>>> re.sub(r'(\b[a-z]+) \1', r'\1', 'cat in the the hat')
'cat in the hat'
当只需要简单功能时，首选字符串方法，因为它们更容易阅读和调试
>>> 'tea for too'.replace('too', 'two')
'tea for two'
10.6. 数学¶
math 模块提供了对浮点数学的底层 C 库函数的访问
>>> import math
>>> math.cos(math.pi / 4)
0.70710678118654757
>>> math.log(1024, 2)
10.0
random 模块提供了用于进行随机选择的工具
>>> import random
>>> random.choice(['apple', 'pear', 'banana'])
'apple'
>>> random.sample(range(100), 10) # sampling without replacement
[30, 83, 16, 4, 8, 81, 41, 50, 18, 33]
>>> random.random() # random float from the interval [0.0, 1.0)
0.17970987693706186
>>> random.randrange(6) # random integer chosen from range(6)
4
statistics 模块计算数值数据的基本统计属性（平均值、中位数、方差等）
>>> import statistics
>>> data = [2.75, 1.75, 1.25, 0.25, 0.5, 1.25, 3.5]
>>> statistics.mean(data)
1.6071428571428572
>>> statistics.median(data)
1.25
>>> statistics.variance(data)
1.3720238095238095
SciPy 项目 <https://scipy.org.cn> 有许多其他用于数值计算的模块。
10.7. 互联网访问¶
有许多模块用于访问互联网和处理互联网协议。其中最简单的两个是 urllib.request，用于从 URL 获取数据，以及 smtplib，用于发送邮件
>>> from urllib.request import urlopen
>>> with urlopen('http://worldtimeapi.org/api/timezone/etc/UTC.txt') as response:
... for line in response:
... line = line.decode() # Convert bytes to a str
... if line.startswith('datetime'):
... print(line.rstrip()) # Remove trailing newline
...
datetime: 2022-01-01T01:36:47.689215+00:00
>>> import smtplib
>>> server = smtplib.SMTP('localhost')
>>> server.sendmail('[email protected]', '[email protected]',
... """To: [email protected]
... From: [email protected]
...
... Beware the Ides of March.
... """)
>>> server.quit()
（请注意，第二个示例需要在 localhost 上运行邮件服务器。）
10.8. 日期和时间¶
datetime 模块提供了用于以简单和复杂的方式操作日期和时间的类。虽然支持日期和时间算术，但实现的重点是用于输出格式化和操作的高效成员提取。该模块还支持具有时区意识的对象。
>>> # dates are easily constructed and formatted
>>> from datetime import date
>>> now = date.today()
>>> now
datetime.date(2003, 12, 2)
>>> now.strftime("%m-%d-%y. %d %b %Y is a %A on the %d day of %B.")
'12-02-03. 02 Dec 2003 is a Tuesday on the 02 day of December.'
>>> # dates support calendar arithmetic
>>> birthday = date(1964, 7, 31)
>>> age = now - birthday
>>> age.days
14368
10.9. 数据压缩¶
模块直接支持常见的数据存档和压缩格式，包括：zlib、gzip、bz2、lzma、zipfile 和 tarfile。
>>> import zlib
>>> s = b'witch which has which witches wrist watch'
>>> len(s)
41
>>> t = zlib.compress(s)
>>> len(t)
37
>>> zlib.decompress(t)
b'witch which has which witches wrist watch'
>>> zlib.crc32(s)
226805979
10.10. 性能测量¶
一些 Python 用户对了解同一问题的不同方法的相对性能非常感兴趣。Python 提供了一个测量工具，可以立即回答这些问题。
例如，使用元组打包和解包功能代替传统的交换参数方法可能很诱人。timeit 模块可以快速展示出适度的性能优势
>>> from timeit import Timer
>>> Timer('t=a; a=b; b=t', 'a=1; b=2').timeit()
0.57535828626024577
>>> Timer('a,b = b,a', 'a=1; b=2').timeit()
0.54962537085770791
10.11. 质量控制¶
开发高质量软件的一种方法是在开发每个函数时编写测试，并在开发过程中频繁运行这些测试。
doctest 模块提供了一个工具，用于扫描模块并验证嵌入在程序文档字符串中的测试。测试构建就像将典型的调用及其结果剪切并粘贴到文档字符串中一样简单。这通过向用户提供示例来改进文档，并且允许 doctest 模块确保代码与文档保持一致
def average(values):
"""Computes the arithmetic mean of a list of numbers.
>>> print(average([20, 30, 70]))
40.0
"""
return sum(values) / len(values)
import doctest
doctest.testmod() # automatically validate the embedded tests
unittest 模块不如 doctest 模块那么轻松，但它允许在单独的文件中维护更全面的测试集
import unittest
class TestStatisticalFunctions(unittest.TestCase):
def test_average(self):
self.assertEqual(average([20, 30, 70]), 40.0)
self.assertEqual(round(average([1, 5, 7]), 1), 4.3)
with self.assertRaises(ZeroDivisionError):
average([])
with self.assertRaises(TypeError):
average(20, 30, 70)
unittest.main() # Calling from the command line invokes all tests
10.12. 内置电池¶
Python 秉持“内置电池”的理念。这一点在其大型软件包的复杂和强大的功能中体现得淋漓尽致。例如：
xmlrpc.client和xmlrpc.server模块使得实现远程过程调用几乎变成了一项微不足道的任务。尽管模块的名称如此，但无需直接了解或处理 XML。email包是一个用于管理电子邮件消息的库，包括 MIME 和其他基于 RFC 2822 的消息文档。与实际发送和接收消息的smtplib和poplib不同，email 包提供了一整套用于构建或解码复杂消息结构（包括附件）以及实现互联网编码和头协议的工具集。json包为解析这种流行的数据交换格式提供了强大的支持。csv模块支持直接读取和写入逗号分隔值格式的文件，这种格式通常为数据库和电子表格所支持。XML 处理由xml.etree.ElementTree、xml.dom和xml.sax包支持。这些模块和软件包共同大大简化了 Python 应用程序和其他工具之间的数据交换。sqlite3模块是 SQLite 数据库库的包装器，提供了一个持久数据库，可以使用稍微不标准的 SQL 语法进行更新和访问。