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（一）何爲包
模塊可以讓小塊代碼輕鬆得以重新利用。當項目不斷壯大，就會出現多種問題，需要重載的代碼在物理邏輯上都會超出單個文件的合理大小。解決這個問題的方案是把有關聯的模塊組合到同一個包中。
模塊是容納代碼的文件，一個模塊定義了一組Python函數和其他對象，通常這些函數和對象都是關聯的。模塊的名稱由文件名稱而來。
包就是包含代碼和子目錄的目錄。包裏包含了一組通常相互關聯的代碼文件（模塊）。包的名稱由主目錄名而來。
包是模塊概念的自然擴展，旨在應付非常大型的項目。模塊把相互關聯的函數、類和變量進行了分組，同理，包則是把相互關聯的模塊進行了分組。
Python搜索模塊的路徑是由四部分構成的：程序的主目錄、PATHONPATH目錄、標準鏈接庫目錄和.pth文件的目錄，這四部分的路徑都存儲在sys.path 列表中。
在導入自定義的模塊時，除了指定模塊名之外，也需要指定目錄，由於Python把目錄稱作包，因此，這類導入被稱爲包導入。包導入把計算機上的目錄變成Python的命名空間，而目錄中所包含的子目錄和模塊文件則對應命名空間中的屬性。
Python已經導入的模塊保存在一個內置的sys.modules字典中，以便記錄哪些模塊已經記錄了。
如果想看模塊搜索路徑在機器上的實際配置，可以通過打印內置的sys.path列表來查看，這個列表是sys模塊的path屬性：
>>> import sys
>>> sys.path
['', 'D:\\python37\\Lib\\idlelib', 'D:\\python37\\python37.zip', 'D:\\python37\\DLLs', 'D:\\python37\\lib', 'D:\\python37', 'C:\\Users\\administrator\\AppData\\Roaming\\Python\\Python37\\site-packages', 'D:\\python37\\lib\\site-packages']
（二）創建一個包
這裏用一個能夠運行的例子來演示包機制的內部工作原理。文件名和路徑將顯示爲普通文本，以便明確我們分析的是文件還是目錄，還是由該文件/目錄定義的模塊/包。以下是這個mathproj包的樹狀結構圖：
以下是這個包的代碼：
- mathroj/__init__.py文件
print("Hello from mathproj init")
__all__ = ['comp']
version = 1.03
- mathproj/comp/__init__.py
__all__ = ['c1']
print("Hello from mathproj.comp init")
- mathproj/comp/c1.py
x = 1.00
- mathproj/comp/numeric/__init__.py
print("Hello from numeric init")
- mathproj/comp/numeric/n1.py
from mathproj import version
from mathproj.comp import c1
from mathproj.comp.numeric.n2 import h
def g():
print("version is ",version)
print(h())
- mathproj/comp/numeric/n2.py
def h():
return "Called function h in module n2"
當我們把以上代碼按照樹狀結構輸入mathproj文件中後，還要確保mathproj在python的當前工作目錄。
1）包內的__init__文件
以上代碼中能發現，每個文件夾中都有一個__init__.py文件，這個文件有兩個用途：
- Python要求，只有包含__init__.py文件的目錄纔會被識別爲包。這可防止意外導入包含其他Python代碼的目錄。
- 當第一次加載包或子包時。Python會自動執行__init__.py文件。有了這種自動執行的機制，就能夠完成任何必要的包初始化工作。
很多包都不需要在其__init__文件中寫入任何內容，只要保證有個空的__init__.py文件就行了。
2）mathproj包的基本用法
當做好以上工作後，保證你的mathproj模塊存在於你的IDLE模塊檢索路徑之中時，在Python shell中執行以下語句：
>>> import mathproj
Hello from mathproj init
>>> mathproj.version
1.03
如果一切順利，Python將會執行__init__.py文件輸出一段字符串，並且進入一個新的命令提示符，不會有錯誤信息。也就是說，第一次加載包的時候會自動執行__init__.py文件。
mathproj/__init__.py文件將把變量version賦值爲1.03。變量version在mathproj包命名空間的作用域內，創建完畢後就可以通過mathproj訪問，在mathproj/__init__.py文件之外也能夠進行訪問。
在使用過程中，包看起來與模塊類似，都可以通過屬性訪問到其內部定義的對象。因爲包就是模塊的彙總。
3）子包和子模塊的加載
mathproj包中的各個文件也是可以相互進行交互的。比如我們想訪問mathproj/comp/nmeric/n1.py文件中定義的函數g，那麼這個模塊是否已經加載完畢了。上面已經導入了mathproj包，那麼它的子包是否導入了呢：
>>> mathproj.comp.numeric.n1
Traceback (most recent call last):
File "<pyshell#2>", line 1, in <module>
mathproj.comp.numeric.n1
AttributeError: module 'mathproj' has no attribute 'comp'
我們發現訪問這個函數會進行報錯，也就是說，只加載頂級模塊是不夠的，這並不會加載其全部子模塊。這是符合Python理念的，即清晰比簡潔更重要。
解決以上問題，只要導入所需模塊即可，然後就可以執行該模塊中的函數g了：
>>> import mathproj.comp.numeric.n1
Hello from mathproj init
Hello from mathproj.comp init
Hello from numeric init
>>> mathproj.comp.numeric.n1.g()
version is 1.03
Called function h in module n2
不過這麼導入的話，每一個包中的__init__.py文件都會被執行，每一個包都被導入，可以在其中產看上一級包的內存地址判斷這個包是否被導入：
>>> mathproj.comp
<module 'mathproj.comp' from 'D:\\python37\\mathproj\\comp\\__init__.py'>
>>> mathproj.comp.numeric
<module 'mathproj.comp.numeric' from 'D:\\python37\\mathproj\\comp\\numeric\\__init__.py'>
4）包內的import語句
包內的文件不會自動獲得包內其他文件的訪問權限，無法訪問同一包內其他文件中定義的對象。我們來看一下n1.py文件中：
from mathproj import version
from mathproj.comp import c1
from mathproj.comp.numeric.n2 import h
def g():
print("version is ",version)
print(h())
n1.py文件想要訪問其他包和文件中的version以及h函數，需要先進行導入。
因爲n2.py和n1.py位於同一個目錄中，所以還可以使用相對導入的方式，只要在子模塊名前加一個.即可。也就是n1.py的第三行寫成這樣，一樣可以奏效：
from .n2 import h
5）all屬性
一般來說，如果外部代碼執行了from module inport *語句，就應該從mathproj導入全部的非私有對象名稱。實際上着比較難以實現主要問題是，對於不容的操作系統來說，對文件名的定義規則比較含糊，這就導致了子包導入後其確切名稱也含糊不定。
例如，寫的是from mathproj import *，那麼comp會被導入爲comp、Comp還是COMP呢？如果只是依賴系統給出的名稱，那麼結果是不可預測的。
爲了解決這個問題，Python引入了__all__屬性，__all__屬性應該給出一個字符串列表，定義瞭如果外部代碼對這個包使用from module import *時，應該導入的名稱。如果沒有定義這個屬性的話，我們在使用from module import *時，不會對該包執行任何操作。
我們在上面定義的包中輸入以下語句：
>>> from mathproj import *
Hello from mathproj init
Hello from mathproj.comp init
>>> comp
<module 'mathproj.comp' from 'D:\\python37\\mathproj\\comp\\__init__.py'>
>>> c1
Traceback (most recent call last):
File "<pyshell#2>", line 1, in <module>
c1
NameError: name 'c1' is not defined
>>> from mathproj.comp import *
>>> c1
<module 'mathproj.comp.c1' from 'D:\\python37\\mathproj\\comp\\c1.py'>
從上面的代碼中能看出來，使用from module import *導入時，和前面import module語句一樣的規則。
導入包時，只是對這個包的名稱，而不會導入這個包裏面的包的名稱，要想得到這個名稱也需要進行一次顯式的導入。
6）包的合理使用
大多數包的結構，都不應該像以上例子暗示的那麼複雜。有了Python包機制，包設計時的複雜程度和嵌套層次就能有很大的自由度了。
- 包不應該採用嵌套很深的目錄結構。除非代碼量極其龐大，否則沒有必要這樣做。大多數包只需要一個頂級目錄即可。兩層目錄結構就應該能有效處理絕大部分情況。正如Python之禪中所述“平直勝於嵌套”。
- 只要不在__all__屬性中列出，就可以用__all__屬性對from module import *隱藏這些對象的名稱。儘管如此，但這可能並不算是一種好方案，因爲這會導致不同導入方式的結果不一致。如果需要隱藏對象名稱，請用前導雙下劃線讓他們稱爲私有對象。
7）包總結
1，包的初始化
Python在首先導入某個目錄時，會自動執行該目錄下的__init__.py文件中的所有程序代碼。
2，模塊命名空間的初始化
在包導入模型中，腳本內的目錄路徑，在導入後會變成真實的對象路徑，即爲目錄創建的模塊對象提供了命名空間。
3，from *語句的行爲
在__init__.py文件內使用__all__列表，來定義目錄以from * 語句形式導入時，需要導出的屬性清單。如果沒有設置__all__，from *語句不會自動加載潛逃與該目錄內的子模塊，也就是說，只加載該目錄下的__init__.py文件中羅列在__all__列表中的變量。
注意以下幾點：
- 有了包機制，就能夠創建橫跨多個文件和目錄的代碼庫。
- 相比單個模塊，利用包可以更好地組織大型的代碼集。
- 除非真有龐大而複雜的庫，否則包裏嵌套的目錄大於一或兩層時就得當心了。
（三）Python庫的使用
在Python中，所謂的庫是由多個組件組成的，包括無須import語句即可使用的數值和列表之類的內置數據類型和常量，以及一些內置函數和異常。庫中最大的部分就是大量的模塊。只要安裝了Python，就可以用庫來操作各類數據和文件、與操作系統交互、爲衆多互聯網協議編寫服務端和客戶端、開發和調試代碼。
參考：