10. 标准库简介

10.1. 操作系统界面

os 模块提供了几十个与操作系统交互的函数：

>>> import os
>>> os.getcwd()      # Return the current working directory
'C:\\Python39'
>>> 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 *。这将防止 os.open() 隐藏内置的 open() 函数，该函数的运行方式大不相同。

内置的 dir() 和 help() 函数可用作处理大型模块（如 os）的交互式辅助工具：

>>> import os
>>> dir(os)
<returns a list of all module functions>
>>> help(os)
<returns an extensive manual page created from the module's docstrings>

对于日常文件和目录管理任务，shutil 模块提供了更易于使用的更高级别的接口：

>>> import shutil
>>> shutil.copyfile('data.db', 'archive.db')
'archive.db'
>>> shutil.move('/build/executables', 'installdir')
'installdir'

10.2. 文件通配符

glob 模块提供了从目录通配符搜索中生成文件列表的功能：

>>> import glob
>>> glob.glob('*.py')
['primes.py', 'random.py', 'quote.py']

10.3. 命令行参数

通用实用程序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，在命令行运行 python demo.py one two three 会产生以下输出：

>>> import sys
>>> print(sys.argv)
['demo.py', 'one', 'two', 'three']

argparse 模块提供了一种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可选的要显示的行数：

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)

在命令行中使用 python top.py --lines=5 alpha.txt beta.txt 运行时，脚本将 args.lines 设置为 5，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。后者对于发出警告和错误消息很有用，即使 stdout 已被重定向，也可以使它们可见：

>>> sys.stderr.write('Warning, log file not found starting a new one\n')
Warning, log file not found starting a new one

终止脚本的最直接方法是使用 sys.exit()。

10.5. 字符串模式匹配

re 模块为高级字符串处理提供了正则表达式工具。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'

当只需要简单的功能时，首选字符串方法，因为它们更易于阅读和调试：

>>> 'tea for too'.replace('too', 'two')
'tea for two'

10.6. 数学

math 模块可以访问浮点数学的底层 C 库函数：

>>> import math
>>> math.cos(math.pi / 4)
0.70710678118654757
>>> math.log(1024, 2)
10.0

random 模块提供了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
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（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 > 有许多其他的数值计算模块。

10.7. 互联网

有许多用于访问互联网和处理互联网协议的模块。两个最简单的是 urllib.request 用于从 URL 检索数据和 smtplib 用于发送邮件：

>>> from urllib.request import urlopen
>>> with urlopen('http://tycho.usno.navy.mil/cgi-bin/timer.pl') as response:
...     for line in response:
...         line = line.decode('utf-8')  # Decoding the binary data to text.
...         if 'EST' in line or 'EDT' in line:  # look for Eastern Time
...             print(line)

<BR>Nov. 25, 09:43:32 PM EST

>>> import smtplib
>>> server = smtplib.SMTP('localhost')
>>> server.sendmail('soothsayer@example.org', 'jcaesar@example.org',
... """To: jcaesar@example.org
... From: soothsayer@example.org
...
... Beware the Ides of March.
... """)
>>> server.quit()

（请注意，第二个示例需要在本地主机上运行的邮件服务器。）

10.8. 日期和时间

datetime 模块提供了以简单和复杂方式操作日期和时间的类。虽然支持日期和时间算术，但实现的重点是高效的成员提取以进行输出格式化和操作。该模块还支持时区感知的对象。

>>> # 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

常用的数据归档和压缩格式由模块直接支持，包括：zlib、gzip、bz2、lzma、zipfile[ X161X] 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. 绩效衡量

一些 Python 用户对了解解决同一问题的不同方法的相对性能产生了浓厚的兴趣。 Python 提供了一种测量工具，可以立即回答这些问题。

例如，使用元组打包和解包功能而不是传统的方法来交换参数可能很诱人。 timeit 模块迅速展示了适度的性能优势：

>>> 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

与 timeit 的精细粒度级别相比，profile 和 pstats 模块提供了用于识别较大代码块中的时间关键部分的工具。

10.11. 质量控制

开发高质量软件的一种方法是在开发过程中为每个功能编写测试，并在开发过程中频繁运行这些测试。

doctest 模块提供了一个用于扫描模块和验证嵌入在程序文档字符串中的测试的工具。测试构建就像将典型调用及其结果剪切并粘贴到文档字符串中一样简单。这通过为用户提供示例来改进文档，并允许 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 模块不像 doctest 模块那么轻松，但它允许在单独的文件中维护一组更全面的测试：

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. 包括电池

Python 有一个“包含电池”的理念。通过其较大封装的复杂和强大功能可以最好地看出这一点。例如：

xmlrpc.client 和 xmlrpc.server 模块使实现远程过程调用成为一项几乎微不足道的任务。尽管有模块名称，但不需要直接了解或处理 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，电子邮件包具有用于构建或解码复杂消息结构（包括附件）以及用于实现 Internet 编码和标头协议的完整工具集。
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模块支持直接读写逗号分隔值格式的文件，数据库和电子表格常用。 xml.etree.ElementTree、xml.dom 和 xml.sax 包支持 XML 处理。这些模块和包一起极大地简化了 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，提供了一个可以使用稍微非标准的 SQL 语法更新和访问的持久数据库。
许多模块支持国际化，包括 gettext、locale 和 codecs 包。

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