Python自学 - 标准库介绍

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1 Python自学 - 标准库介绍

标准库是安装Python时自带的一些模块集合，集成了丰富的功能，避免用户反复造轮子，这极大的提高了生产效率！

1.1 几种常用的标准库

1.1.1 `os` 模块

提供了与操作系统交互的接口，可用于处理文件和目录操作、环境变量操作、进程管理等。
查看os模块下有哪些对象，可以使用print(dir(os))语句。

示例1：os模块使用举例

import os# 获取当前工作目录
print(os.getcwd())  # 列出目录中的文件和目录
print(os.listdir('.'))  # 创建目录
try:os.mkdir('new_directory')  
except Exception as e:print(f'出现错误：{e}')# 检查文件或目录是否存在
print(os.path.exists('file.txt'))  # 拼接路径
path = os.path.join(os.getcwd(), 'new_file.txt')
print(path)

输出：

D:\TYYSOFT\Study\Python
['20250114_101152.py', '20250115_084302.py', 'class_human.py', 'get_max_member.py', 'human_plus.py', 'module1.py', 'module_test_1.py', 'new_directory', 'print_hello.py', 'scan_file.py', 'selection_sort.py', 'slection_sort2.py', 'social', 'test-4.py', 'test.db', 'test_package.py', 'try_customize.py', 'try_customize_err.py', 'try_more_err.py', 'try_more_err2.py', 'try_test_1.py', 'try_test_division.py', 'tyr_customize_err2.py', 'yield_test.py', '__pycache__', '模块1.py']
出现错误：[WinError 183] 当文件已存在时，无法创建该文件。: 'new_directory'
False
D:\TYYSOFT\Study\Python\new_file.txt

1.1.2 `sys` 模块

提供了与 Python 解释器和系统交互的接口，包括获取命令行参数、控制程序执行、退出程序、查看 Python 解释器的版本等。
查看sys模块下有哪些对象，可以使用print(dir(sys))语句。

示例2： sys模块使用举例

import sys# 获取命令行参数
print(sys.argv)  # 查看 Python 版本
print(sys.version)  # 查看sys下有哪些对象
#print(dir(sys))# 退出程序
sys.exit(0)

输出：

['sys_study.py']
3.13.1 (tags/v3.13.1:0671451, Dec  3 2024, 19:06:28) [MSC v.1942 64 bit (AMD64)]

1.1.3 `math` 模块

提供了各种数学运算的函数和常量，如三角函数、指数函数、对数函数、幂函数和数学常数（如 pi 和 e）。

示例3：math模块使用举例

import math# 计算平方根
print(math.sqrt(25))  # 计算正弦值
print(math.sin(math.pi / 2))  # 计算自然对数
print(math.log(10))

输出：

5.0
1.0
2.302585092994046

1.1.4 `random` 模块

用于生成随机数和进行随机选择。

示例4：random模块使用举例

import random# 生成 0 到 1 之间的随机浮点数
print(random.random())  # 从列表中随机选择一个元素
my_list = [1, 2, 3, 4, 5]
print(random.choice(my_list))  # 打乱列表元素顺序
random.shuffle(my_list)
print(my_list)

输出(每次输出不一样)：

0.6254888854381639
1
[2, 4, 3, 1, 5]

1.1.5 `datetime` 模块

提供了日期和时间的处理功能，包括日期和时间的创建、格式化、计算和解析等。

示例5：datetime 模块使用举例

from datetime import datetime, timedelta# 获取当前日期和时间
now = datetime.now()
print(now)  # 创建特定日期和时间
date = datetime(2025, 1, 15)
print(date)  # 日期和时间的计算
future_date = now + timedelta(days=7)
print(future_date)  # 日期和时间的格式化
formatted_date = now.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")
print(formatted_date)

输出：

2025-01-15 19:12:46.682913
2025-01-15 00:00:00
2025-01-22 19:12:46.682913
2025-01-15 19:12:46

1.1.6 `re` 模块

用于正则表达式操作，可用于字符串的匹配、搜索、替换和分割等。

示例6：re模板使用示例

import re# 查找匹配的字符串
pattern = re.compile(r'\d+')
result = pattern.findall('abc123def456')
print(result)  # 替换匹配的字符串
new_string = pattern.sub('X', 'abc123def456')
print(new_string)

输出：

['123', '456']
abcXdefX

1.1.7 `json` 模块

用于处理 JSON 数据，包括 JSON 数据的编码（将 Python 对象转换为 JSON 字符串）和解码（将 JSON 字符串转换为 Python 对象）。

import jsondata = {'key': 'value', 'list': [1, 2, 3]}# 将 Python 对象转换为 JSON 字符串
json_string = json.dumps(data)
print(json_string)  # 将 JSON 字符串转换为 Python 对象
parsed_data = json.loads(json_string)
print(parsed_data)

输出：

{"key": "value", "list": [1, 2, 3]}
{'key': 'value', 'list': [1, 2, 3]}

1.1.8 `collections` 模块

提供了一些有用的数据结构，如 defaultdict、Counter、deque 等，可用于替代内置的数据结构，提供更强大的功能。
示例：

from collections import defaultdict, Counter, deque# defaultdict 提供默认值
dd = defaultdict(int)
dd['key'] += 1
print(dd['key'])  # Counter 用于计数
counter = Counter(['a', 'b', 'a', 'c', 'a'])
print(counter)  # deque 是双端队列，支持从两端添加和删除元素
dq = deque([1, 2, 3])
dq.appendleft(0)
dq.append(4)
print(dq)

输出：

1
Counter({'a': 3, 'b': 1, 'c': 1})
deque([0, 1, 2, 3, 4])

1.1.9 `itertools` 模块

提供了各种迭代器函数，可用于组合、排列、笛卡尔积等操作。
示例：

import itertools# 生成排列
permutations = itertools.permutations([1, 2, 3], 2)
print(list(permutations))  # 生成组合
combinations = itertools.combinations([1, 2, 3], 2)
print(list(combinations))  # 生成笛卡尔积
product = itertools.product([1, 2], ['a', 'b'])
print(list(product))

输出：

[(1, 2), (1, 3), (2, 1), (2, 3), (3, 1), (3, 2)]
[(1, 2), (1, 3), (2, 3)]
[(1, 'a'), (1, 'b'), (2, 'a'), (2, 'b')]

1.1.10 `urllib` 模块

用于网络请求和 URL 处理，可进行 HTTP 请求、URL 解析等操作。
示例：

from urllib.request import urlopen
from urllib.parse import urlparse# 打开 URL
response = urlopen('http://www.example.com')
print(response.read())  # 解析 URL
parsed_url = urlparse('http://www.example.com/path?query=value')
print(parsed_url)

输出：

b'<!doctype html>\n<html>\n<head>\n    <title>Example Domain</title>\n\n    <meta charset="utf-8" />\n    <meta http-equiv="Content-type" content="text/html; charset=utf-8" />\n    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1" />\n    <style type="text/css">\n    body {\n        background-color: #f0f0f2;\n        margin: 0;\n        padding: 0;\n        font-family: -apple-system, system-ui, BlinkMacSystemFont, "Segoe UI", "Open Sans", "Helvetica Neue", Helvetica, Arial, sans-serif;\n        \n    }\n    div {\n        width: 600px;\n        margin: 5em auto;\n        padding: 2em;\n        background-color: #fdfdff;\n        border-radius: 0.5em;\n        box-shadow: 2px 3px 7px 2px rgba(0,0,0,0.02);\n    }\n    a:link, a:visited {\n        color: #38488f;\n        text-decoration: none;\n    }\n    @media (max-width: 700px) {\n        div {\n            margin: 0 auto;\n            width: auto;\n        }\n    }\n    </style>    \n</head>\n\n<body>\n<div>\n    <h1>Example Domain</h1>\n    <p>This domain is for use in illustrative examples in documents. You may use this\n    domain in literature without prior coordination or asking for permission.</p>\n    <p><a href="https://www.iana.org/domains/example">More information...</a></p>\n</div>\n</body>\n</html>\n'
ParseResult(scheme='http', netloc='www.example.com', path='/path', params='', query='query=value', fragment='')

1.2 其他比较重要的标准模块

1.2.1 `logging` 模块

用于日志记录，可根据不同的级别（如 DEBUG、INFO、WARNING、ERROR、CRITICAL）记录日志信息。
示例：

import logginglogging.basicConfig(level=logging.INFO)
logging.info('This is an info message')
logging.error('This is an error message')

输出：

INFO:root:This is an info message
ERROR:root:This is an error message

1.2.2 `argparse` 模块

用于解析命令行参数，使程序能够接受命令行输入并处理参数。
示例：

import argparseparser = argparse.ArgumentParser(description='Process some integers.')
parser.add_argument('integers', metavar='N', type=int, nargs='+',help='an integer for the accumulator')
parser.add_argument('--sum', dest='accumulate', action='store_const',const=sum, default=max,help='sum the integers (default: find the max)')
args = parser.parse_args()
print(args.accumulate(args.integers))

输出：

D:\TYYSOFT\Study\Python>python argparse_study.py -h
usage: argparse_study.py [-h] [--sum] N [N ...]Process some integers.positional arguments:N           an integer for the accumulatoroptions:-h, --help  show this help message and exit--sum       sum the integers (default: find the max)
D:\TYYSOFT\Study\Python>python argparse_study.py --sum 100 300 22
422

1.2.3 `sqlite3` 模块

提供了对 SQLite 数据库的支持，可用于创建数据库、执行 SQL 语句、进行数据查询和更新等操作。
示例：

import sqlite3# 连接到数据库
conn = sqlite3.connect('example.db')
c = conn.cursor()# 创建表
c.execute('CREATE TABLE IF NOT EXISTS users (id INT, name TEXT)')# 插入数据
c.execute('INSERT INTO users (id, name) VALUES (1, "Alice")')# 提交事务
conn.commit()# 查询数据
c.execute('SELECT * FROM users')
print(c.fetchall())# 关闭连接
conn.close()

输出：

[(1, 'Alice')]

注：sqlite3.connect('example.db')会在本地生成数据库文件example.db。

1.2.4 `time` 模块

提供了时间相关的函数，包括时间获取、时间转换、时间延迟等操作。
示例：

import time# 获取当前时间戳
print(time.time())  # 睡眠一段时间
time.sleep(1)  # 格式化时间
formatted_time = time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", time.localtime())
print(formatted_time)