Модули.

Модуль — это один из основных уровней абстракции в Python. Уровни абстракции позволяют программисту разбивать код на части, которые содержат связанные данные и функциональность.

Например, если один уровень проекта предназначен для взаимодействия с пользователем, а другой обрабатывает данные на низком уровне, наиболее логичным способом разделения этих двух слоев является размещение всей функциональности, связанной со взаимодействием, в одном файле, а всех низкоуровневых операций — в другом. Такая группировка разметит их в два разных модуля. Файл для взаимодействия затем импортирует файл для низкоуровневой обработки с помощью выражения import module или from module import attribute.

Как только вы пустите в ход выражение import, вы начнете пользоваться модулями. Модули могут быть либо встроенными (вроде os и sys), либо сторонними пакетами, установленными в среде (вроде Requests или NumPy), либо внутренними модулями проекта.

Далее показан пример некоторых выражений import (подтверждается, что импортированный модуль является объектом Python со своим типом данных):

>>> import sys # built-in module.

>>> import matplotlib.pyplot as plt # сторонний модуль.

>>>

>>> import mymodule as mod # внутренний модуль проекта.

>>>

>>> print(type(sys), type(plt), type(mod)).

<class 'module'> <class 'module'> <class 'module'>

В соответствии с руководством по стилю кода (https://www.python.org/dev/peps/pep-0008/) присваивайте модулям короткие имена, которые начинаются со строчной буквы. И убедитесь, что не использовали специальные символы вроде точки (.) или вопросительного знака (?), поскольку это может нарушить вид Python для модулей. Поэтому вам следует избегать имен файла вроде my.spam.py[42] (Python попытается найти файл spam.py в каталоге с именем my, а это неверно). В документации Python (http://docs.python.org/tutorial/modules.html#packages) более подробно описывается нотация с точкой.

Импортирование модулей. Помимо следования некоторым ограничениям в именовании, для использования файла Python в качестве модуля не требуется больше ничего особенного. Однако понимать механизм импортирования будет нелишним. Во-первых, выражение import modu начнет искать определение modu в файле с именем modu.py в том же каталоге, где находится и вызывающая сторона, если такой файл существует. При неудаче интерпретатор Python будет рекурсивно искать файл modu.py в пути поиска Python (https://docs.python.org/2/library/sys.html#sys.path) и сгенерирует исключение ImportError, если не найдет. Путь поиска зависит от платформы и включает в себя определенные пользователем или системой каталоги, указанные в переменной среды $PYTHONPATH (или %PYTHONPATH% в Windows). Ее можно просмотреть или изменить в сессии Python:

Import sys.

>>> sys.path.

['', '/current/absolute/path', 'etc'].

# Реальный список содержит каждый путь, где выполняется поиск,

# когда вы импортируете библиотеки в Python в том порядке,

# в котором они проверяются.

Как только файл modu.py будет найден, интерпретатор Python запустит модуль в ограниченной области видимости. Любое выражение верхнего уровня в файле modu.py будет выполнено, включая другие выражения импорта, если таковые существуют. Определения функций и классов хранятся в словаре модуля. Наконец, переменные функции и классы модуля будут доступны вызывающей стороне с помощью пространства имен модуля — основной концепции программирования, которая особенно эффективна в Python. Пространства имен предоставляют область видимости, содержащую именованные атрибуты, которые видны друг другу, но к ним нельзя получить доступ из-за пределов пространства имен.

Во многих языках директива заставляет препроцессор, по сути, скопировать содержимое включаемого файла в код вызывающей стороны. В Python все происходит иначе: включаемый код изолируется в пространстве имен модуля. Результатом выполнения выражения import modu станет объект модуля с именем modu, который будет находиться в глобальном пространстве имен, его атрибуты будут доступны с помощью точечной нотации. Например modu.sqrt — это объект sqrt, определенный внутри файла modu.py. Это означает, что вам, как правило, не нужно волноваться о том, что включаемый код может делать что-то нежелательное, к примеру переопределять существующую функцию с тем же именем.

Инструменты для пространств имен. Функции dir(), globals() и locals() помогают быстро исследовать пространства имен: • dir(object) возвращает список атрибутов, к которым объект может получить доступ; • globals() возвращает словарь атрибутов, находящихся в данный момент в глобальном пространстве имен, а также их значения; • locals() возвращает словарь атрибутов в текущем локальном пространстве имен (например, внутри функции), а также их значения. Для получения более подробной информации обратитесь к разделу Data model официальной документации Python (https://docs.python.org/3/reference/datamodel.html).

Вы можете симулировать более привычное поведение, используя специальный синтаксис в выражении import: from modu import *. Однако это, как правило, считается признаком плохого тона: наличие конструкции import * усложняет чтение кода, делает зависимости более связанными и может затереть (перезаписать) существующие определенные объекты новыми описаниями из импортированного модуля.

Нотация from modu import func — это способ импортировать только необходимые вам атрибуты в глобальное пространство имен. Она гораздо безопаснее нотации from modu import *, поскольку явно показывает, что именно импортируется в глобальное пространство имен. Единственное ее преимущество перед более простой нотацией import modu в том, что она сэкономит вам немного времени.

В табл. 4.1 сравниваются разные способы импортирования определений из других модулей.

Таблица 4.1. Разные способы импортировать определения из модулей.

Очень плохой код (непонятный для читателя)	Код получше (здесь понятно, какие имена находятся в глобальном пространстве имен)	Лучший код (сразу понятно, откуда появился тот или иной атрибут)
from modu import *	from modu import sqrt	import modu
x = sqrt(4)	x = sqrt(4)	x = modu.sqrt(4)
from modu import sqrt	from modu import sqrt	from modu import sqrt

Как упоминается в разделе «Стиль кода» в начале этой главы, читаемость — одна из основных особенностей Python. Читаемый код не содержит бесполезного текста. Но не следует максимально его сокращать в угоду краткости. Явно указывая, откуда появился тот или иной класс или функция, как в случае идиомы modu.func(), вы повышаете читаемость кода и степень его понимания.

Структура — это главное. Несмотря на то что вы можете структурировать проект так, как вам нравится, следует избегать некоторых ошибок. • Большое количество запутанных циклических зависимостей. Если для ваших классов Table и Chair из файла furn.py нужно импортировать класс Carpenter из файла workers.py (чтобы ответить на вопрос table.is_done_by() («произведены кем?»)) и если для класса Carpenter нужно импортировать классы Table и Chair (чтобы ответить на вопрос carpenter.what_do() («что производит?»)), у вас имеется циклическая зависимость: файл furn.py зависит от файла workers.py, который зависит от файла furn.py. В таком случае вам нужно использовать выражение import внутри методов, дабы избежать исключения ImportError. • Скрытое связывание. После каждого изменения в реализации класса Table вдруг перестают работать 20 несвязанных с ним тестов, поскольку это нарушает реализацию класса Carpenter. Это требует проведения аккуратных изменений для того, чтобы к ним адаптироваться, и означает, что в своем коде класса Carpenter вы делаете слишком много предположений о классе Table. • Избыточное использование глобального состояния или контекста. Вместо явной передачи данных (высота, ширина, тип, древесина) друг другу классы Table и Carpenter полагаются на глобальные переменные, которые модифицируются на лету разными агентами. Вам придется перебрать все объекты, имеющие доступ к этим глобальным переменным, чтобы понять, почему прямоугольный стол стал квадратным, и обнаружить, что это сделал код, который отвечает за работу шаблонов. • Спагетти-код. Вложенные условия if, расположенные на нескольких страницах подряд, и циклы for, содержащие большое количество скопированного кода процедур и плохо отформатированные, называются спагетти-кодом. Поскольку в Python отступы имеют смысл (одна из его наиболее противоречивых особенностей), написать такой код будет сложно и вы вряд ли будете часто с ним сталкиваться. • Равиоли-код. Такой код в Python встретить более вероятно, чем спагетти-код. Равиоли-код состоит из сотен небольших логических фрагментов, зачастую классов или объектов, которые не имеют хорошей структуры. Если вы не можете вспомнить, нужны ли вам для выполнения текущей задачи классы FurnitureTable, AssetTable, Table или даже TableNew, то, скорее всего, работаете с равиоли-кодом.