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Python学习：import的正确用法

import语句用来导入其他python文件（称为模块module），使用该模块里定义的类、方法或者变量，从而达到代码复用的目的。

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将要建立文件的结构为：

Tree
|____ m1.py
|____ m2.py
|____ Branch
     |____m3.py
     |____m4.py

首先，先建立一个文件夹Tree作为工作目录，并在其内建立两个文件m1.py和m2.py，在m1.py写入代码：

import os
import m2
m2.printSelf()

在m2.py写入代码：

def printSelf():
	print('In m2')

打开命令行，进入到Tree目录下，敲下python m1.py运行，发现没有报错，且打印出In m2，说明这样使用import没有问题。由此我们总结出import语句的第一种用法。

  • import module_name。即import后直接接模块名。在这种情况下，Python会在两个地方寻找这个模块，第一是sys.path（通过运行代码import sys; print(sys.path)查看），os这个模块所在的目录就在列表sys.path中，一般安装的Python库的目录都可以在sys.path中找到（前提是要将Python的安装目录添加到电脑的环境变量），所以对于安装好的库，我们直接import即可。第二个地方就是运行文件（这里是m1.py）所在的目录，因为m2.py和运行文件在同一目录下，所以上述写法没有问题。

用上述方法导入原有的sys.path中的库没有问题。但是，最好不要用上述方法导入同目录下的文件！因为这可能会出错。演示这个错误需要用到import语句的第二种写法，所以先来学一学import的第二种写法。在Tree目录下新建一个目录Branch，在Branch中新建文件m3.py，m3.py的内容如下：

def printSelf():
	print('In m3')

如何在m1中导入m3.py呢，请看更改后的m1.py：

from Branch import m3
m3.printSelf()

总结import语句的第二种用法：

  • from package_name import module_name。一般把模块组成的集合称为包（package）。与第一种写法类似，Python会在sys.path和运行文件目录这两个地方寻找包，然后导入包中名为module_name的模块。

现在我们来说明为什么不要用import的第一种写法来导入同目录下的文件。在Branch目录下新建m4.py文件，m4.py的内容如下：

def printSelf():
	print('In m4')

然后我们在m3.py中直接导入m4，m3.py变为：

import m4
def printSelf():
	print('In m3')

这时候运行m1.py就会报错了，说没法导入m4模块。为什么呢？我们来看一下导入流程：m1使用from Branch import m3导入m3，然后在m3.py中用import m4导入m4。看出问题了吗？m4.py和m1.py不在同一目录，怎么能直接使用import m4导入m4呢。（可以试试直接在Tree目录下新建另一个m4.py文件，你会发现再运行m1.py就不会出错了，只不过导入的是第二个m4.py了）

面对上面的错误，使用python2运行m1.py就不会报错，因为在python2中，上面提到的import的两种写法都属于相对导入，而在python3中，却属于绝对导入。话说到了这里，就要牵扯到import中最关键的部分了——相对导入和绝对导入。

我们还是谈论python3的import用法。上面提到的两种写法属于绝对导入，即用于导入sys.path中的包和运行文件所在目录下的包。对于sys.path中的包，这种写法毫无问题；导入自己写的文件，如果是非运行入口文件（上面的m1.py是运行入口文件，可以使用绝对导入），则需要相对导入。

比如对于非运行入口文件m3.py，其导入m4.py需要使用相对导入：

from . import m4
def printSelf():
	print('In m3')

这时候再运行m1.py就ok了。列举一下相对导入的写法：

  • from . import module_name。导入和自己同目录下的模块。
  • from .package_name import module_name。导入和自己同目录的包的模块。
  • from .. import module_name。导入上级目录的模块。
  • from ..package_name import module_name。导入位于上级目录下的包的模块。
  • 当然还可以有更多的.，每多一个点就多往上一层目录。

不知道你有没有留神上面的一句话——“上面的m1.py是运行入口文件，可以使用绝对导入”，这句话是没问题的，也和我平时的做法一致。那么，运行入口文件可不可以使用相对导入呢？比如m1.py内容改成：

from .Branch import m3
m3.printSelf()

答案是可以，但不能用python m1.py命令，而是需要进入到Tree所在的目录，使用python -m Tree.m1来运行。为什么？关于前者，PEP 328提案中的一段文字好像给出了原因：

Relative imports use a module's _name_ attribute to determine that
module's position in the package hierarchy. If the module's name does
not contain any package information (e.g. it is set to '__main__')
then relative imports are resolved as if the module were a top level
module, regardless of where the module is actually located on the file
system.

我们应该见过下面一段代码：

if __name__ == '__main__':
	main()

意思是如果运行了当前文件，则__name__变量会置为__main__，然后会执行main函数，如果当前文件是被其他文件作为模块导入的话，则__name__为模块名，不等于__main__，就不会执行main函数。比如对于上述更改后的m1.py，执行python m1.py命令后，会报如下错误：

Traceback (most recent call last): 
File "m1.py", line 1, in from .Branch import m3 ModuleNotFoundError: 
No module named '_main_.Branch'; 
'__main__' is not a package

据此我猜测执行python m1.py命令后，当前目录所代表的包'.'变成了__main__。

那为什么python -m Tree.m1就可以呢？

执行指令中的-m是为了让Python预先import你要的package或module给你，然后再执行script。

即不把m1.py当作运行入口文件，而是也把它当作被导入的模块，这就和非运行入口文件有一样的表现了。

注意，在Tree目录下运行python -m m1是不可以的，会报 ImportError: attempted relative import with no known parent package的错误。因为m1.py中的from .Branch import m3中的. ，解释器并不知道是哪一个package。使用python -m Tree.m1，解释器就知道.对应的是Tree这个package。

那反过来，如果m1.py使用绝对导入（from Branch import m3），能使用python -m m1运行吗？我试了一下，如果当前目录是Tree就可以。如果在其他目录下运行，比如在Tree所在的目录（使用python -m Tree.m1运行），就不可以。这可能还是与绝对导入相关。

（之前看到了一个大型项目，其运行入口文件有一大堆的相对导入，我还傻乎乎地用python直接运行它。之后看到他给的样例运行命令是带了-m参数的。现在才恍然大悟。）

理解import的难点差不多就这样了。

下面说一说import的其他简单但实用的用法。

  • import moudle_name as alias。有些module_name比较长，之后写它时较为麻烦，或者module_name会出现名字冲突，可以用as来给它改名，如import numpy as np。
  • from module_name import function_name, variable_name, class_name。上面导入的都是整个模块，有时候我们只想使用模块中的某些函数、某些变量、某些类，用这种写法就可以了。使用逗号可以导入模块中的多个元素。
  • 有时候导入的元素很多，可以使用反斜杠来换行，官方推荐使用括号。
from Tkinter import Tk, Frame, Button, Entry, Canvas, Text, \
    LEFT, DISABLED, NORMAL, RIDGE, END	# 反斜杠换行
from Tkinter import (Tk, Frame, Button, Entry, Canvas, Text,
    LEFT, DISABLED, NORMAL, RIDGE, END)	# 括号换行（推荐）

说到这感觉import的核心已经说完了。再跟着上面的博客说一说使用import可能碰到的问题吧。

问题1描述：ValueError: attempted relative import beyond top-level package。直面问题的第一步是去了解熟悉它，最好是能复现它，将错误暴露在阳光之下。仍然是上面四个文件，稍作修改，四个文件如下：

# m1.py
from Branch import m3
m3.printSelf()
# m2.py
def printSelf():
	print('module2')
# m3.py
from .. import m2 # 复现的关键在这 #
print(__name__)
def printSelf():
	print('In m3')
# m4.py
def printSelf():
	print('In m4')

运行python m1.py，就会出现该问题。问题何在？我猜测，运行m1.py后，m1代表的模块就是顶层模块（参见上面PEP 328的引用），而m3.py中尝试导入的m2模块所在的包（即Tree目录代表的包）比m1的层级更高，所以会报出这样的错误。怎么解决呢？将m1.py的所有导入改为相对导入，然后进入m1.py的上层目录，运行python -m Tree.m1即可。


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