python標準庫00學習準備

Python標準庫—-走馬觀花

python有一套很有用的標準庫。標準庫會隨著python直譯器一起安裝在你的電腦上的.它是python的一個組成部分.這些標準庫是python為你準備的利器,可以讓程式設計事半功倍.

這裡暫且將學習標準庫的三個方面的庫:

• python增強
• 系統互動
• 網路

第一類：python增強

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python自身的已有的一些功能可以隨著標準庫的使用而得到增強。

(1)  文書處理

Python的string類提供了對字串進行處理的方法。更進一步，通過標準庫中的re包，Python可以用正規表示式(regular expression)來處理字串。正規表示式是一個字串模板。Python可以從字元中搜查符合該模板的部分，或者對這一部分替換成其它內容。比如你可以搜尋一個文字中所有的數字。正規表示式的關鍵在於根據自己的需要構成模板。此外，Python標準庫還為字串的輸出提供更加豐富的格式， 比如： string包，textwrap包。

(2)  資料物件

不同的資料物件，適用於不同場合的對資料的組織和管理。Python的標準庫定義了表和詞典之外的資料物件，比如說陣列(array)，佇列(Queue)。一個熟悉資料結構(data structure)的Python使用者可以在這些包中找到自己需要的資料結構。此外，我們也會經常使用copy包，以複製物件。

(3)  日期和時間

日期和時間的管理並不複雜，但容易犯錯。Python的標準庫中對日期和時間的管理頗為完善（利用time包管理時間，利用datetime包管理日期和時間），你不僅可以進行日期時間的查詢和變換（比如：2012年7月18日對應的是星期幾），還可以對日期時間進行運算(比如2000.1.1 13:00的378小時之後是什麼日期，什麼時間)。通過這些標準庫，還可以根據需要控制日期時間輸出的文字格式(比如：輸出’2012-7-18‘還是`18 Jul 2012`)

(4)  數學運算

標準庫中，Python定義了一些新的數字型別(decimal包, fractions包), 以彌補之前的數字型別(integer, float)可能的不足。標準庫還包含了random包，用於處理隨機數相關的功能（產生隨機數，隨機取樣等）。math包補充了一些重要的數學常數和數學函式，比如pi，三角函式等等。(儘管numpy並不是標準庫中的包，但它的陣列運算的良好支援，讓它在基於Python的科研和計算方面得到相當廣泛的應用，可以適當關注。)

(5)  儲存

實際上，Python可以輸入或輸出任意的物件。這些物件可以通過標準庫中的pickle包轉換成為二進位制格式(binary)，然後儲存於檔案之中，也可以反向從二進位制檔案中讀取物件。此外，標準庫中還支援基本的資料庫功能(sqlite3包)。XML和csv格式的檔案也有相應的處理包。

第二類：系統互動

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系統互動，主要指Python和作業系統(operate system)、檔案系統(file system)的互動。Python可以實現一個作業系統的許多功能。它能夠像bash指令碼那樣管理作業系統，這也是Python有時被成為指令碼語言的原因。

1) Python執行控制

sys包被用於管理Python自身的執行環境。Python是一個直譯器(interpreter), 也是一個執行在作業系統上的程式。我們可以用sys包來控制這一程式執行的許多引數，比如說Python執行所能佔據的記憶體和CPU， Python所要掃描的路徑等。另一個重要功能是和Python自己的命令列互動，從命令列讀取命令和引數。

2) 作業系統

如果說Python構成了一個小的世界，那麼作業系統就是包圍這個小世界的大世界。Python與作業系統的互動可以讓Python在自己的小世界裡管理整個大世界。

os包是Python與作業系統的介面。我們可以用os包來實現作業系統的許多功能，比如管理系統程式，改變當前路徑(相當於’cd‘)，改變檔案許可權等，建立。但要注意，os包是建立在作業系統的平臺上的，許多功能在Windows系統上是無法實現的。另外，在使用os包中，要注意其中的有些功能已經被其他的包取代。

我們通過檔案系統來管理磁碟上儲存的檔案。查詢、刪除，複製檔案，以及列出檔案列表等都是常見的檔案操作。這些功能經常可以在作業系統中看到（比如ls, mv, cp等Linux命令），但現在可以通過Python標準庫中的glob包、shutil包、os.path包、以及os包的一些函式等，在Python內部實現。

subprocess包被用於執行外部命令，其功能相當於我們在作業系統的命令列中輸入命令以執行，比如常見的系統命令`ls`或者`cd`，還可以是任意可以在命令列中執行的程式。

4) 執行緒與程式

Python支援多執行緒(threading包)執行和多程式(multiprocessing包)執行。通過多執行緒和多程式，可以提高系統資源的利用率，提高計算機的處理速度。Python在這些包中，附帶有相關的通訊和記憶體管理工具。此外，Python還支援類似於UNIX的signal系統，以實現程式之間的粗糙的訊號通訊。

第三類：網路

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現在，網路功能的強弱很大程度上決定了一個語言的成功與否。從Ruby, JavaScript, php身上都可以感受到這一點。Python的標準庫對網際網路開發的支援並不充分，這也是Django等基於Python的專案的出發點: 增強Python在網路方面的應用功能。這些專案取得了很大的成功，也是許多人願意來學習Python的一大原因。但應注意到，這些基於Python的專案也是建立在Python標準庫的基礎上的。

1) 基於socket層的網路應用

socket是網路可程式設計部分的底層。通過socket包，我們可以直接管理socket，比如說將socket賦予給某個埠(port)，連線遠端埠，以及通過連線傳輸資料。我們也可以利用SocketServer包更方便地建立伺服器。

通過與多執行緒和多程式配合，建立多執行緒或者多程式的伺服器，可以有效提高伺服器的工作能力。此外，通過asyncore包實現非同步處理，也是改善伺服器效能的一個方案。

2) 網際網路應用

在實際應用中，網路的很多底層細節（比如socket）都是被高層的協議隱藏起來的。建立在socket之上的http協議實際上更容易也更經常被使用。http通過request/responce的模式建立連線並進行通訊，其資訊內容也更容易理解。Python標準庫中有http的伺服器端和客戶端的應用支援(BaseHTTPServer包; urllib包, urllib2包), 並且可以通過urlparse包對URL（URL實際上說明了網路資源所在的位置）進行理解和操作。

Python標準庫—-學習準備

Python標準庫是Python強大的動力所在，由於標準庫所涉及的應用很廣，所以需要學習一定的背景知識。

硬體原理

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這一部份需要了解記憶體，CPU，磁碟儲存以及IO的功能和效能，瞭解計算機工作的流程，瞭解指令的概念。這些內容基礎而重要。

Python標準庫的一部份是為了提高系統的效能(比如mmap)，所以有必要了解基本的計算機各個組成部分的效能。

作業系統

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在瞭解作業系統時，下面是重點：

1) 作業系統的程式管理，比如什麼是UID, PID, daemon

2) 程式之間的訊號通訊，比如使用kill傳遞訊號的方式

學習程式相關的內容，是為了方便於學習os包，thread包，multiprocessing包，signal包

3) 檔案管理，檔案的幾種型別。

4) 檔案讀寫(IO)介面

5) 檔案的許可權以及其它的檔案資訊(meta data)

6) 常用系統命令以及應用，比如ls, mv, rm, mkdir, chmod, zip, tar…,

學習檔案相關的內容，，是為了學習os包, shutil包中檔案管理相關的部分。學習檔案介面對於文字輸入輸出的理解很重要，也會影響到對於socket包, select包概念的理解。此外，python中的歸檔(archive)和壓縮(compress)功能也和作業系統中的類似。

7) Linux shell，比如說file name matching，對於理解glob包等有幫助。如果你對Linux的正則表達(regular expression)有了解的話，python的正則表達的學習會變得比較容易。學習Linux命令列中的引數傳遞對於理解python標準庫中解析命令列的包也是有用的。

網路

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Python的一大應用是在網路方面。但Python和標準庫只是提供了介面，並不涉及底層。網路知識可以大大降低學習曲線的陡度。

1) TCP/IP的基礎的分層架構。這方面的內容太廣博了，所以可以有選擇地瞭解骨幹知識。

2) 常用的應用層協議，比如http, 以及郵件相關的協議，特別是它們的工作過程。

3) 根據需要，瞭解html/css/javascript/jQuery/frame等

如果想利用python建伺服器，比如在google app engine上，這些知識是需要的。

演算法與資料結構

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標準庫中定義有一些資料物件的封裝。因此，你並不需要重頭編寫它們。相關資料結構的應用需要一些資料結構的知識，比如佇列，樹等。

標準庫中已經實現了許多演算法，比如排序等，可以方便的呼叫。演算法的基礎知識可以幫助你做決定。

資料庫

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Python中內建了sqlite3。如果你只需要一個簡單的資料庫，可以直接從標準庫中呼叫sqlite3。

當使用Python中資料庫相關的包時(比如sqlite3)，需要對資料庫，特別是關係型資料庫，有一個基本瞭解。

加密和文字編碼

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Python的加密演算法同樣基於一些經典加密演算法，比如MD5，RSA演算法。加密的基本知識將很有幫助。

使用非ASCII編碼，比如中文時，文字編碼的知識很重要。

總結

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Python基本的物件概念和動態型別概念。可以參照快速教程，並嘗試閱讀更多的資料和原始碼，來加深對概念的理解。Python標準庫學習的難度在於背景知識。一個瞭解相關背景知識(或者其它語言的庫)的程式設計師，可以在很短的時間內掌握Python基礎庫。