Python3.4 Tutorial10 - Brief Tour of the Standard Library

10 標準庫簡介

10.1 作業系統介面(Operating System Interface)

    os模組提供了許多和作業系統互動的函式：

>>> import os
>>> os.getcwd()      # Return the current working directory
'C:\\Python34'
>>> os.chdir('/server/accesslogs')   # Change current working directory
>>> os.system('mkdir today')   # Run the command mkdir in the system shell
0

    請確保使用import os風格的模組匯入，而不是from os import *。這是為了保證os.open()和內建的open()函式互不影響，它們操作有很大差別。

    在使用像os這樣的大型模組時，內建的dir()和help()函式是很有用的互動式助手：

>>> import os
>>> dir(os)
<returns a list of all module functions>
>>> help(os)
<returns an extensive manual page created from the module's docstrings>

    處理日常的檔案、目錄管理任務時，shutil模組提供了易用的高層介面：

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

10.2 檔案萬用字元(File Wildcards)

    glob模組提供了一個根據檔案萬用字元查詢檔案列表的函式：

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

10.3 命令列引數(Command Line Arguments)

    通用的工具指令碼通常都需要處理命令列的引數。這些引數作為list儲存在sys模組中的argv屬性中。例如，下面輸出在命令列中執行python demo.py one two three後的結果：

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

    getopt模組使用方便的Unix函式getopt()處理sys.argv。argparse模組提供了更加強大、靈活的命令列處理。

10.4 錯誤輸出重定向和程式終止

    sys模組還有stdin，stdout和stderr等屬性。後者在傳送警告、錯誤訊息時時很有用的，即使stdout已經重定向了它們(錯誤訊息)也可以被看到：

>>> sys.stderr.write('Warning, log file not found starting a new one\n')
Warning, log file not found starting a new one

    終止指令碼最直接的方式是使用sys.exit()。

10.5 字串模式匹配

    re模組為高階字串處理提供了正規表示式工具。對於複雜的匹配和操作，正規表示式提供了簡潔、有效的方案：

>>> 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'

    只需要簡單功能的時侯，使用string的方法更合適，因為它們可讀性更高，debug也方便：

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

10.6 數學

    在處理浮點運算時，math模組提供了對底層C函式庫的訪問：

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

    random模組提供了隨機選擇的功能：

>>> 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

    SciPy專案http://scipy.org中還有很多數學計算方面的其他模組。

10.7 網際網路訪問

    有很多模組可以訪問網際網路，處理網路協議。最簡單的兩個是urllib.request用來從URL中接受資料，和smtplib用來傳送郵件：

>>> from urllib.request import urlopen
>>> for line in urlopen('http://tycho.usno.navy.mil/cgi-bin/timer.pl'):
...     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('soothsayer@example.org', 'jcaesar@example.org',
... """To: jcaesar@example.org
... From: soothsayer@example.org
...
... Beware the Ides of March.
... """)
>>> server.quit()

    （注意，第二個例子需要在localhost上執行郵件伺服器。）

10.8 日期和時間

    datetime模組提供了簡單和複雜的處理日期和時間兩種的方法。雖然日期和時間是支援運算的，但實現的重點是在格式化輸出和操作時能夠高效的提取成員。該模組還支援時區處理：

>>> # 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 資料壓縮

    常用的資料歸檔和壓縮格式都是由以下模組直接支援的：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 效能度量(Performance Measurement)

    一些Python使用者，對解決相同問題的不同方式的效能差別很感興趣。Python提供了一個度量工具，可以立即解決這個問題。

    例如，可能嘗試用元組的打包和解包特性來代替傳統的引數交換。timeit模組可以快速展示出適度的效能優勢（原文：The timeit module quickly demonstrates a modest performance advantage）：

>>> 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

    相對於timeit的細粒度，profile和pstats模組提供了在更大的程式碼塊中識別關鍵部分的工具。

10.11 質量控制(Quality Control)

    開發高質量軟體的一個方法是，在每個函式開發完成後為它編寫測試，並且在開發過程中經常執行這些測試。

    doctest模組提供了一個工具，它可以掃描一個模組，驗證嵌入在程式docstring中的測試。測試結構和將一個典型的呼叫和它的結果複製貼上到docstring一樣簡單。這種方式提高了文件的作用，它為使用者提供一個使用的例子，還可以讓doctest模組確定當前程式碼和這份文件是一致的：

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模組就不像doctest模組這麼簡單了，但是它允許在一個單獨的檔案中進行更全面的測試：

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 自備電池(Batteries Included)

    Python有一個“自備電池”的哲學。這通過它的大型包的複雜性和魯棒性就可以看出來。例如：

• xmlrpc.client和xmlrpc.server模組使執行遠端過程呼叫成一個幾乎微不足道的任務。儘管名字是這樣，但沒有直接處理XML或需要這方面的知識。
• email包是一個管理郵件訊息的庫，包括MIME和其它基於RFC 2822的訊息文件。它不像smtplib和poplib會實際進行收發訊息的操作，email包有一個完整的構建或者解碼複雜訊息結構的工具包（包括附件），用於實現網路編碼和頭協議。
• xml.dom和xml.sax包為解析這種流行的資料交換格式提供了強大的支援。同樣，csv模組支援直接讀寫通用資料庫格式。總的來說，這些模組和包大大簡化了Python應用程式和其它工具之間的資料交換。
• 國際化被大量的模組所支援，其中包括gettext、locale和codecs。