Модулі. Загальні відомості. Створення модуля. Інструкції import, from

Зміст

Пошук на інших ресурсах:

1. Поняття модуля. Структурування програм з допомогою модулів. Атрибути модуля. Імпорт модуля

При написанні великих програм або при збільшенні розміру програми все більше стає потреба у правильному (коректному) розбитті програми на структурно-незалежні частини. Метою такого структурування є:

полегшення написання чи розвитку програми;
покращення супроводу програми;
зменшення кількості логічних помилок, а, отже, підвищення якості розробки програми.

Для забезпечення структурування у мові Python використовуються так звані модулі. Модуль – це програмна одиниця, яка містить програмний код та дані і призначена для організації взаємодії між структурно-незалежними (структурно-унікальними) частинами програми. Кожному модулю відповідає відповідний файл програми. І, навпаки, кожен файл – це окремий модуль.

Будь-який окремий модуль може бути імпортований (підключений, використаний) іншим модулем. Також модуль може імпортувати (використовувати) інший модуль.

Компоненти, що реалізовані в модулі, називаються атрибутами. Компоненти – це імена змінних що зв’язані з функціями, об’єктами, класами тощо.

Також виникає поняття імпорт модуля. Імпорт модуля – це підключення модуля з допомогою спеціальних інструкцій з метою отримання доступу до програмних засобів (інструментів) цього модуля. Після імпортування стають доступними для використання атрибути модуля.

⇑

2. Необхідність використання модулів

Використання модулів дозволяє структурувати програмні компоненти в автономні пакети, які ще називаються просторами імен. Як в будь-якому просторі імен при імпортуванні модуля всі імена є атрибутами об’єкту імпортованого модуля. Ці імена описуються в глобальній області видимості імпортованого модуля.

Використання модулів є важливим з наступних причин:

повторне використання коду. Кожний модуль представлений у вигляді файлу. Це дає змогу підключати його код в різних (декількох) клієнтських частинах програми. У модулі формується набір імен, або, іншими словами, набір атрибутів цього модуля;
розподіл просторів імен. Модулі є природнім способом групування компонент програмної системи. З допомогою модулів імена ізолюються, що дозволяє уникнути конфлікту та плутанини в іменах. Імена, що використовуються в модулях є згруповані за деяким критерієм. Об’єкти та програмний код є неявно включеними в модулі;
сумісне використання програмних компонент та даних. Тут мається на увазі, що один і той самий модуль може використовуватись в різних компонентах програмної системи. Модуль тільки один – клієнтських програмних компонент декілька.

⇑

3. Організація програм на мові Python. Головний файл програми при модульній побудові. Другорядні файли

Як правило, будь-яка сучасна програма на мові Python побудована так, що вона використовує або складається з декількох файлів, які ще називають модулями. Якщо програма побудована так, що вона містить декілька модулів, то в цій програмі виділяється один головний файл. Цей файл здійснює запуск усієї програми. У цьому файлі, як правило, підключаються інші модулі всієї програми. Головний файл визначає хід виконання основного потоку. У свою чергу, підключені модулі можуть використовувати для своєї роботи засоби інших модулів.

Якщо головний файл не буде імпортований в інші файли, то його розширення може бути будь-яким (не обов’яково розширення *.py). Важливо, щоб це розширення мали всі інші модулі, які підключаються у цьому файлі. У будь-якому випадку, рекомендовано розширення головного файлу задавати як *.py, оскільки це розширення робить призначення даного файлу більш очевидним та в подальшому дозволить його імпортувати в інші файли.

Інші або другорядні файли програми також можуть запускатись на виконання якщо вони активні у вікні редактора Python. Якщо у цих файлах містяться бібліотеки функцій, то цю властивість можна використати для тестування роботи цих функцій у цьому ж модулі. Після завершення тестування важливо не забути прибрати цей код, оскільки виконавчий код кожного модуля виконується також при запуску коду головного модуля.

⇑

4. Приклад організації програми, яка складається з трьох файлів. Рисунок

На рисунку 1 зображено приклад організації програми, яка складаєтсья з трьох файлів:

main.py – головний файл програми. З вікна редактора цього файлу відбувається запуск програми та підключення другорядних модулів;
figures.py, strings.py – другорядні файли програми, які імпортуються у файл main.py. У файлі figures.py містяться функції визначення характеристик відомих фігур. У файлі strings.py містяться функції обробки рядків. Ці файли не запускаються як другорядні програми.

Рисунок 1. Схема підключення додаткових модулів та їх використання

Як видно з рисунку 1 у модулі figures.py оголошуються функції Circumference(), AreaCircle(), VolumeSphere(). Так само в модулі strings.py оголошуються функції ReverseString() та GetCharCount(). Щоб доступитись функцій модулів figures.py та strings.py у модулі main.py відбувається наступне підключення

import figures, strings

Після цього можна звертатись до функцій модулів за наступним синтаксисом

figures.Circumference()
figures.AreaCircle()
figures.VolumeSphere()
strings.ReverseString()
strings.GetCharCount()

У свою чергу в модулі figures.py підключаються файли стандартної бібліотеки math

import math

яка містить математичні функції та константи. Модуль figures.py використовує константу

math.pi

яка повертає число π = 3.1415… .

Архітектуру програми, яка відображена на рисунку 1 можна представити наступним чином (рисунок 2).

Рисунок 2. Архітектура програми, що містить 3 файли

⇑

5. Створення модуля засобами Python

У класичному Python модуль створюється викликом стандартної команди створення файлу з розширенням *.py. Одним з можливих викликів є:

File -> New File

або комбінація клавіш Ctrl+N як показано на рисунку 3.

Рисунок 3. Команда створення нового модуля в Python 3.0

У результаті буде створено файл з іменем Untitled.py, який в подальшому потрібно зберегти на постійний носій (жорсткий диск чи інший носій) з одночасним вказанням його імені. Це ім’я буде ідентифікувати модуль в інших модулях які його будуть використовувати.

У різних системах програмування, в яких підтримується мова Python, послідовність команд створення модуля є такою самою або подібною.

⇑

6. Способи підключення вмісту інших модулів

Підключення модуля (файлу з розширенням *.py) здійснюється з допомогою наступних інструкцій:

import – тут підключається увесь модуль;
from – тут підключається окремий компонент модуля;
from* – тут підключаються всі імена заданого модуля.

Нижче більш детально розглядаються усі три способи.

⇑

7. Доступ до цілого модуля. Інструкція import

Щоб отримати доступ до іншого модуля повністю використовується інструкція import, виклик якої у найбільш загальному випадку має вигляд:

import ModuleName

тут

ModuleName – ім’я модуля, який підключається. Це є файл з розширенням *.py. У даному випадку підключається файл ModuleName.py. У цьому файлі описується програмний код з даними які потрібно використовувати у поточному модулі. Ім’я файлу ModuleName.py замінюється на ім’я змінної ModuleName. Відповідно компоненти (складові) цього файлу є атрибутами змінної ModuleName.

Після підключення директивою import звертання до елементу з цього модуля виглядає приблизно наступним чином

ModuleName.ItemName

тут

ItemName – ім’я елементу з модуля ModuleName. Елементом може бути, наприклад, ім’я функції, глобальна змінна, ім’я класу тощо.

При розбитті програми на модулі рекомендовано створювати файли модулів у домашньому каталозі, який встановлений за замовчуванням. Однак, якщо потрібно використовувати файли модулів з різних каталогів та різних носіїв, то для цього потрібно вписати потрібні каталоги у змінну PYTHONPATH. Налаштування змінної PYTHONPATH не є предметом обговорення в даній темі.

Приклад.

Нехай у редакторі Python було створено два модулі з іменами module01.py та module02.py. Ці модулі розміщуються в одній і тій самій папці (каталозі).

У модулі module02.py реалізовано функції визначення характеристик відомих геометричних фігур:

Circumference() – довжини кола;
AreaCircle() – площі круга;
VolumeSphere() – об’єму кулі.

Текст модуля module02.py

# Модуль module02.py
# Тут оголошено функції обчислення характеристик
# відомих фігур.

# Підключити модуль math для того, щоб використовувати
# константу math.pi та функцію math.pow()
import math

# Функція обчислення довжини кола
def Circumference(r):
    return 2*math.pi*r

# Функція обчислення площі круга
def AreaCircle(r):
    return path.pi*r*r

# Функція обчислення об'єму кулі
def VolumeSphere(r):
    return 4.0/3.0 * math.pi*r*r*r

Щоб використовувати ці функції у модулі module01.py потрібно підключити module02.py з допомогою інструкції

import module02.py

Демонстраційний текст модуля module01.py наступний

# Модуль module01.py

# Підключити модуль module02.py
import module02

# Використання функцій модуля module02.py
# 1. Обчислити довжину кола
print("Circumference(2.0) = ", module02.Circumference(2.0))

# 2. Обчислити площу круга
print("AreaCircle(2.0) = ", module02.AreaCircle(2.0))

# 3. Обчислити об'єм кулі
print("VolumeSphere(2.0) = ", module02.VolumeSphere(2.0))

Після запуску на виконання модуля module01.py, програма видасть наступний результат

Circumference(2.0) = 12.566370614359172
AreaCircle(2.0) = 12.566370614359172
VolumeSphere(2.0) = 33.510321638291124

⇑

8. Доступ до окремих компонент модуля. Інструкція from-import

У мові Python існує можливість отримати спрощений доступ до елементів модуля з допомогою інструкції from-import. У загальному випадку використання даної інструкції наступне:

from ModuleName import ItemName

тут

ModuleName – ім’я модуля, до елементів якого потрібно отримати доступ;
ItemName – ім’я елементу модуля. Елементом модуля може бути клас, функція, глобальна константа тощо.

Після такого підключення можна звертатись до елементу ItemName безпосередньо без вказання імені ModuleName та символу ‘ . ‘ (крапка).

Приклад. Щоб отримати скорочений доступ до функції sin() з бібліотеки math потрібно використати наступну інструкцію

from math import sin

Після цього можна викликати функцію sin() без вказання імені модуля math

y = sin(0.5) # отримати синус від 0.5 радіан

⇑

9. Доступ до імен модуля. Інструкція from*

Інструкція from має спеціальну форму from*. Ця форма дозволяє копіювати імена модуля в поточний модуль так, що ім’я цього модуля не потрібно використовувати при звертанні до його компонент. Це дає змогу скоротити ввід з клавіатури та підвищити читабельність програми.

Приклад.

У прикладі імпортуються імена з модуля random. Цей модуль містить функції генерування випадкових чисел. З метою демонстрації викликається функція randrange(), яка генерує ціле число в заданому інтервалі. На основі виклику randrange() формується список з 10 цілих чисел.

# Імпортувати всі компоненти з модуля random
from random import *

# Сформувати список випадкових цілих чисел,
# кожне з яких лежить в діапазоні [0; 20]

# 1. Сформувати пустий список
L = []

# 2. Цикл формування списку L
i = 1
while i<=10:
    # Викликати функцію з модуля random
    num = randrange(0, 20)

    # Додати число до списку
    L = L + [num]

    # Збільшити лічильник
    i = i+1

# 3. Вивести результат
print("L = ", L)

Результат

L = [3, 18, 0, 19, 16, 10, 14, 0, 4, 14]

⇑

Споріднені теми

Імпорт модуля. Послідовність дій: пошук-компіляція-запуск. Список sys.path. Схема виконаних дій

BestProg

Python. Модулі. Загальні відомості. Створення модуля. Інструкції import, from