10. 标准库概览

10.1. 操作系统接口

os 模块提供很多函数与操作系统进行交互︰

>>> import os
>>> os.getcwd()      # Return the current working directory
'C:\\Python35'
>>> os.chdir('/server/accesslogs')   # Change current working directory
>>> os.system('mkdir today')   # Run the command mkdir in the system shell
0

确保使用import os而不是from os import *。这样可以防止函数os.open()覆盖内建函数open()，两者之间的操作是很不同的。

内建函数dir()和help()对os这样的大型模块提供交互式的帮助是很有用的：

>>> 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, 这 shutil 模块提供了一个简单好用的高级接口：

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

10.2. 文件通配符

glob模块提供一个对目录中的文件进行通配符搜索的函数：

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

10.3. 命令行参数

常见的实用程序脚本通常需要处理命令行参数。那些参数以列表的形式存储在sys 模块的 argv 属性中.例如下面在命令行中运行python demo.py one two three 的输出结果:

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

getopt 模块处理sys.argv u时使用 getopt() 函数的约定。argparse 模块提供更加灵活和强大的命令行处理。

10.4. 错误输出重定向和程序终止

sys 模块也有 stdin, stdout, stderr( 标准输入、 标准输出 和 标准错误) 的属性。后者可用于发出警告和错误消息，以使其即使在stdout重定向时也可见：

>>> 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. 字符串模板匹配

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，字符串方法是首选，因为它们更容易读取和调试：

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

10.6. 数学

math模块提供基于c库函数的浮点运算.

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

random 的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特性 （均值、 中位数、 方差，等）。e :

>>> 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 有数值计算的许多其他模块。

10.7. 互联网访问（3.5.2urllib中无request 属性）

有许多模块用于访问互联网和处理互联网协议。最简单的两个是用于网络访问的 urllib.request 和用于发送邮件的 smtplib

>>> 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('[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上运行的邮件服务器。）

10.8. 日期和时间

datetime模块提供了处理日期和时间的简单和复杂的方法。虽然支持日期和时间算法，但实现的重点在于有效的成员提取，用于输出格式化和操作。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

通常的数据归档和压缩格式由以下模块直接支持，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用户对知道同一问题的不同方法的相对性能产生了浓厚的兴趣。Python提供了一个测量工具，可以立即回答这些问题。

例如，可能很容易使用元组封装和分拆功能，而不是传统的方法来交换参数。timeit模块能够快速演示一个适度的性能优势：

>>> 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的精细粒度相对比，profile and pstats 模块提供了识别时间跨度较大的代码的工具。

10.11. 质量控制

开发高质量软件的一种方法是为每个函数编写测试，并在开发过程中频繁运行这些测试。

doctest模块为 扫描模块 和 验证测试 提供了一个嵌入程序文档中的工具。测试结构与将典型的调用及其结果一起剪切和粘贴到docstring中一样简单。这通过为用户提供一个示例来改进文档，它允许doctest模块确保代码在文档中保持为真：

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模块并不像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. Batteries Included

Python有一个“电池包括”的哲学。通过其较大包装的复杂和健壮的功能，这是最好的看法。例如：

  • xmlrpc.client和xmlrpc.server模块使得实现远程过程调用成为一个非常简单的任务。尽管模块名称包含XML，但不需要直接了解或处理XML。
  • email包是用于管理电子邮件（包括MIME和其他基于RFC 2822的邮件文档）的库。与实际发送和接收邮件的smtplib和poplib不同，email包有一个完整的工具集，用于构建或解码复杂的邮件结构（包括附件）和实现互联网编码和头协议。
  • 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模块支持以逗号分隔值格式直接读取和写入文件，通常由数据库和电子表格支持。XML处理由xml.etree.ElementTree，xml.dom和xml.sax包支持。这些模块和软件包一起大大简化了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，提供可以使用稍微非标准的SQL语法进行更新和访问的持久性数据库。
  • 国际化由许多模块支持，包括gettext、locale和编解码器包。