【100天精通python】Day15：python 第三方模块和包，模块如何以主程序形式执行

1 常用的第三方模块

2. 第三方模块的安装和使用

2.1 安装第三方模块：

第三方模块和包的存在丰富了Python的功能和生态系统，使得Python成为一个强大而灵活的编程语言。你可以根据需要安装并使用适合你项目的第三方模块和包，从而提高开发效率和功能扩展。

第三方模块是由其他开发者或组织编写的Python代码库，用于提供额外的功能和工具，丰富Python的生态系统。在使用第三方模块之前，需要先安装它们。

1 常用的第三方模块

以下是一些常用的第三方模块，它们提供了各种各样的功能，涵盖了网络请求、数据处理、图像处理、科学计算、数据库连接、Web开发等方面：

requests：用于发送HTTP请求，进行网络通信和获取数据。

numpy：提供高性能的数值计算功能，用于数组和矩阵运算。

pandas：用于数据处理和分析，提供数据结构和功能，如DataFrame和Series。

matplotlib：用于绘制各种类型的图表和图形。

seaborn：建立在matplotlib之上的统计数据可视化库，用于更漂亮和更简单的图表绘制。

scikit-learn：用于机器学习和数据挖掘的库，提供各种算法和工具。

TensorFlow 和 PyTorch：用于深度学习和神经网络的库，提供强大的构建和训练模型的功能。

OpenCV：用于图像和视频处理的计算机视觉库。

BeautifulSoup：用于解析HTML和XML文档，进行网页抓取和数据提取。

Flask 和 Django：用于Web开发的框架，简化了网站和Web应用的构建过程。

SQLAlchemy：用于数据库连接和操作的库，提供了面向对象的数据库映射。

Pillow：用于图像处理和图像格式转换的库。

Pygame：用于创建游戏和交互式应用程序的库。

以上只是一小部分常用的第三方模块，Python的生态系统非常丰富，还有很多其他功能强大且广泛应用的第三方模块可供选择。你可以根据你的项目需求来选择适合的第三方模块，以提高开发效率和功能扩展。

2. 第三方模块的安装和使用

我们以requests模块为例来详细讲解第三方模块的使用示例：

2.1 安装第三方模块：

首先，我们需要使用包管理工具pip来安装requests模块。在命令行中执行以下命令：

pip install requests

2.2 导入第三方模块：

安装成功后，在Python脚本中导入requests模块：

import requests

2.3 使用第三方模块：

requests模块是用于向Web服务器发起HTTP请求的优秀工具。以下是一些常见的示例用法：

发送GET请求：

import requests

url = 'https://api.github.com'
response = requests.get(url)

if response.status_code == 200:
    print('Request successful')
else:
    print('Request failed')

发送POST请求：

import requests

url = 'https://httpbin.org/post'
data = {'key1': 'value1', 'key2': 'value2'}
response = requests.post(url, data=data)

print(response.text)

下载文件：

```
import requests

url = 'https://example.com/image.jpg'
response = requests.get(url)

if response.status_code == 200:
    with open('image.jpg', 'wb') as f:
        f.write(response.content)
    print('Download successful')
else:
    print('Download failed')
```
这些示例只是requests模块功能的冰山一角。Python社区中有许多优秀的第三方模块，涵盖了各种不同的领域和功能，可以满足各种需求。你可以通过搜索Python Package Index (PyPI) 或使用pip来查找并安装适合你项目需求的第三方模块。

3 模块以主程序形式执行

当模块被以主程序形式执行时，Python会将其__name__特殊变量设置为__main__，这使得我们可以区分模块是被导入还是作为主程序执行。在主程序中，我们可以编写一些代码，用于测试模块的功能或执行特定的任务。

下面是一个示例代码，展示了如何将模块以主程序形式执行：

# 示例模块 my_module.py

def add(a, b):
    return a + b

def subtract(a, b):
    return a - b

def main():
    print("This is the main program of my_module.py")
    result = add(5, 3)
    print("Result of add function:", result)

    result = subtract(10, 4)
    print("Result of subtract function:", result)

if __name__ == "__main__":
    main()

在上述示例中，我们创建了一个名为my_module.py的模块。在模块中定义了add和subtract函数，并在main函数中测试了这两个函数。在最后一行代码if __name__ == "__main__":中，我们检查__name__是否为__main__，如果是，则调用main函数，这样模块就会以主程序形式执行。

当我们运行这个my_module.py模块时，输出如下：

This is the main program of my_module.py
Result of add function: 8
Result of subtract function: 6

如果我们在其他地方导入my_module.py，那么main函数不会被调用，只有模块中的函数和变量会被导入并可以在其他地方使用。这样设计可以使模块具有更好的可重用性。

4 python 中的包

Python程序中的包结构是一种用于组织和管理代码的层次结构。包结构由包（Package）和模块（Module）组成。

包（Package）：包是一个包含模块和子包的文件夹。它用于将相关的模块组织在一起，形成一个命名空间，避免模块名称冲突。一个包是一个包含特殊文件 __init__.py 的目录。这个文件用于标识该目录为一个包。包可以有多级子包，形成类似文件系统的文件夹结构。
模块（Module）：模块是包含Python代码的文件。一个模块可以包含函数、类、变量等代码，可以被其他模块或包导入和使用。模块的文件名通常以 .py 结尾。

my_package/
    __init__.py
    module1.py
    module2.py
    ...

my_package是包的名称，是一个包含多个模块的文件夹。

__init__.py是一个空文件，用于标识my_package目录是一个包。如果这个文件不存在，Python就不会把my_package目录视为包。

module1.py、module2.py等是包含具体功能的模块文件。

使用包可以更好地组织代码，避免模块名称冲突，提高代码的可维护性。

4.1 python程序的包结构

包结构可以使项目更加结构化和易于维护，同时避免了模块名称冲突。Python程序中的包结构可以根据项目的需要进行灵活的设计，以满足不同的开发需求。

一个python 项目中的包结构

例如，一个典型的包结构可以如下所示：

my_project/
    main.py
    my_package/
        __init__.py
        module1.py
        module2.py
        sub_package1/
            __init__.py
            sub_module1.py
        sub_package2/
            __init__.py
            sub_module2.py

在上述例子中，my_project 是项目的根目录，其中包含了一个主程序 main.py 和一个名为 my_package 的包。my_package 包中包含了两个模块 module1.py 和 module2.py，以及两个子包 sub_package1 和 sub_package2。子包中分别包含了 sub_module1.py 和 sub_module2.py 两个模块。

通过这种包结构，可以将相关的代码组织在一起，使得项目更加清晰和易于管理。

4.2 创建包

创建一个包的步骤如下：

创建一个文件夹，作为包的根目录。包的根目录应该包含一个特殊的文件__init__.py，它会让Python将该文件夹识别为一个包。

在包的根目录下，创建你想要的模块文件，例如module1.py、module2.py等。这些模块文件将包含你的代码。

在模块文件中定义你的函数、类和变量等。

如果有需要，可以在包的根目录下创建子文件夹，用于组织相关的模块文件。

在其他Python脚本中，使用import语句导入你的包和模块，并使用其中的函数和类。

例如，假设我们要创建一个名为my_package的包，其中包含两个模块module1和module2，然后在另一个脚本中使用该包，具体步骤如下：

创建一个文件夹，命名为my_package，在该文件夹中创建一个空文件__init__.py。
在my_package文件夹下创建两个模块文件：module1.py和module2.py。

在这些文件中定义一些函数或类，例如：

module1.py:

def greet(name):
    return f"Hello, {name}!"

module2.py:

def add(a, b):
    return a + b

现在，我们可以在其他Python脚本中导入并使用这个包。在脚本中使用以下代码：

from my_package import module1, module2

print(module1.greet("Alice"))
print(module2.add(3, 5))

这样就成功创建了一个包并在其他脚本中使用了其中的模块。

4.3 python中包的导入和使用

（1）在其他模块中，可以使用 import 语句来导入包中的模块，例如：

import my_package.module1
import my_package.sub_package1.sub_module1

（2）或者使用 from ... import ... 语句导入模块中的特定函数或变量：

from my_package import module1
from my_package.sub_package1 import sub_module1

from my_package import module1
module1.some_function()

（3）如果想一次导入多个模块，可以使用 from ... import ... 语句：

from my_package import module1, module2

（4）使用as关键字给模块指定别名：

import my_package.module1 as mod1
mod1.some_function()

（5）使用from语句导入包中的模块，并给模块指定别名：

from my_package import module1 as mod1
mod1.some_function()

注意：在导入包的同时也会执行my_package目录下的__init__.py文件，这可以用于在导入时执行一些初始化操作。

在编写自己的包时，需要在包的目录中添加 __init__.py 文件，这个文件可以为空，也可以包含一些初始化代码。这样，Python就会将这个目录视为一个包，而不仅仅是一个普通的文件夹。

总结：包是用于组织和管理相关模块的一种机制，它可以包含多级子包，使用 import 和 from ... import 语句可以导入包中的模块。

5 第三方模块和包的区别

第三方模块和包都是扩展Python功能的外部工具，但它们有一些区别：

模块（Module）：

模块是包含Python代码的文件，通常以.py为后缀。

模块可以包含函数、类、变量等代码，并且可以被其他Python程序导入和使用。

Python标准库中包含了许多内置的模块，例如math、random等。

第三方模块是由其他开发者编写的，不隶属于Python标准库，需要通过pip等工具进行安装。

包（Package）：

包是一个包含多个模块的目录，必须包含一个名为__init__.py的文件。

包的目录结构可以是多层嵌套的，用于组织相关的模块和子包。

包提供了一种更好的组织和管理模块的方式，有助于避免模块名冲突，并提供了更复杂的功能封装。

第三方包通常是以包的形式提供的，例如requests包。

总的来说，模块是一个单独的文件，而包是一个目录，并且包含了多个相关的模块。第三方模块通常是以包的形式提供的，但也可以是单独的模块。无论是模块还是包，它们都能为Python程序提供额外的功能和工具，使得开发更加方便和高效。

6 实战，模拟计算个人所得税

编写一个计算个人所得税的程序，随时掌握自己的工资需要缴纳多少个人所得税

calculate_income_tax.py

def calculate_income_tax(income):
    # 根据个人所得税计算规则计算税额
    if income <= 36000:
        tax = income * 0.03
    elif 36000 < income <= 144000:
        tax = (income - 36000) * 0.1 - 2520
    elif 144000 < income <= 300000:
        tax = (income - 144000) * 0.2 - 16920
    elif 300000 < income <= 420000:
        tax = (income - 300000) * 0.25 - 31920
    elif 420000 < income <= 660000:
        tax = (income - 420000) * 0.3 - 52920
    elif 660000 < income <= 960000:
        tax = (income - 660000) * 0.35 - 85920
    else:
        tax = (income - 960000) * 0.45 - 181920
    return tax

def main():
    try:
        income = float(input("请输入您的工资收入："))
        if income < 0:
            print("工资收入不能为负数！")
        else:
            tax = calculate_income_tax(income)
            print("您需要缴纳的个人所得税为：", tax)
    except ValueError:
        print("请输入有效的数字！")

if __name__ == "__main__":
    main()

运行结果如下：

使用这个程序，您可以输入您的工资收入，然后计算出需要缴纳的个人所得税金额。注意，这个示例程序只是一个简单的示例，实际的个人所得税计算可能有更复杂的规则，具体请参考您所在地区的税法规定。