Python进阶之import导入机制原理详解

简介

在 Python 中，我们经常需要导入其他模块中的代码以完成各种任务。Python 的 import 机制是实现这一功能的重要手段，可谓是 Python 中非常重要的一部分。通过本篇文章，我们将会具体讲解 Python 的 import 机制原理。

Python import 的分类

Python 中的 import 机制主要可以分为以下几类：

绝对路径导入

当我们想要从 Python 模块搜索路径中直接导入某个模块时，这样的 import 就被称为绝对路径导入。例如：

import module1
from package1 import module2

上述代码中，module1 和 module2 都是绝对路径导入。

相对路径导入

当我们需要从相对路径中导入模块时，我们可以使用相对路径导入。常用的相对路径导入有两类：

• 单点相对导入：以单个句点（.）开头表示当前包中的模块。例如 from .module1 import func1。
• 双点相对导入：以双个句点（..）开头表示当前模块的父包中的模块。例如 from ..module1 import func1。

动态导入

如果我们不确定需要导入哪个模块，可以使用动态导入。例如：

module_name = "module1"
module1 = __import__(module_name)

上述代码中，我们动态地计算出需要导入的模块名 module_name，并使用 Python 自带的 __import__ 函数动态地导入了模块 module1。

Python import 的搜索路径

在 Python 中，模块有一个搜索路径列表，Python 会根据这个列表来搜索需要导入的模块。

搜索路径列表的顺序是：

1. 程序的主目录（即主程序所在的目录）。
2. 环境变量 PYTHONPATH 包含的所有目录。PYTHONPATH 中的每个目录都将被添加到搜索路径中。
3. 标准库所在目录。
4. 任何 .pth 文件中所列出的目录。
5. 默认情况下，Python 安装后自带的一些目录。

我们可以使用 Python 的 sys.path 属性来查看搜索路径列表。例如：

import sys
print(sys.path)

Python import 的执行流程

Python 的 import 语句实际上是一个复合语句，它包括两个步骤：

1. 搜索模块。
2. 将搜索到的模块载入内存，并将其指定给变量。

搜索模块的过程实际上就是 Python 从搜索路径列表中找到需要导入的模块的过程，Python 内部使用了一个名为 __import__() 的函数来实现这个过程。

具体来说，__import__() 函数会根据导入的模块名逐级向下搜索，直到找到所需的模块或者抛出未找到模块异常 ModuleNotFoundError 为止。

在找到所需的模块之后，Python 会执行这些模块中的代码并将其中的对象放入内存中。这些对象包括模块级别的属性、函数、类等。当运行到 import 语句时，这些对象会被加载到 Python 的内存中，并将其指定给对应的变量。

示例说明

我们通过两个示例来说明 Python 的 import 机制。

示例 1：绝对路径导入

假设我们有以下目录结构：

project/
├── main.py
├── module1.py
└── package1/
    ├── module2.py
    └── __init__.py

module1.py 中定义了一个函数 func1()，module2.py 中也定义了一个函数 func2()。我们希望在 main.py 中使用这两个函数。我们可以使用如下的 import 语句：

import module1
from package1 import module2

# 调用 func1()
module1.func1()

# 调用 func2()
module2.func2()

上述代码中，module1 和 module2 都是绝对路径导入。

示例 2：相对路径导入

如果我们希望在 module2.py 中使用 module1.py 中定义的函数，我们可以使用相对路径导入。例如：

# module2.py
from ..module1 import func1

def func2():
    func1()

上述代码中，我们使用双点相对导入来导入位于 module1.py 文件中的 func1() 函数。

结论

综上所述，Python 的 import 机制是 Python 中非常重要的一部分。它包括了不同种类的 import 语句，有多种不同的搜索路径，并执行了两个步骤：搜索模块和载入模块。在实际的 Python 开发过程中，我们应当清楚地了解这些内容并加以应用。