本文介绍Python常用的内置模块, 包括全部的内建函数(builtins), 以及文件操作, 系统功能, 进程调度和绘图等模块的基本内容.

内置函数

Python提供了一些重要的内置函数, 可以大致划分为如下的几组, 其中的大部分函数根据名称就可以了解含义, 因此在一个表中归纳, 少部分函数属于单独的模块, 因此在单独的表格中归纳. 所有的内置函数的详细信息可以使用Python的帮助系统, 或者查阅官方文档的Built-in Functions章节.

类型 方法
创建数据结构 bytearray, dict, enumerate, frozenset, list, map, set, str, tuple
数据类型转换 complex, float, int, bool, bytes, bin, hex, oct
数值计算 min, max, pow, round, sum, divmod
哈希值 hash, id
迭代器 iter, next
I/O操作 input, open
格式化 display, format
不常见方法 memoryview, super, slice
元操作函数 说明
compile(source,file,m) 编译一个指定的文件
eval() / exec() 将字符串视为语句或代码片段执行
dir() 返回对象包含的全部名字
type() 返回一个对象的类型
repr() 获得一个对象的可读的字符串
globals() 获得当前状态下的所有全局变量
locals() 获得当前作用域下的全部局部变量

不建议修改globals和locals返回的变量, 这些修改可能是无效的

序列操作函数 说明
range(start,end,step) 产生一个包含start,不包含end的序列, 步长为step
reversed(seq) 产生一个反序的迭代器对象
sorted() 对给定的列表排序
filter(func,iter) 接受一个函数与一个可迭代对象, 产生一个过滤后的可迭代对象
map(func,iter) 接受一个函数与一个可迭代对象, 执行map操作
zip() 将多个序列的对应元素打包成一个元组, 返回这些元组构成的列表
反射操作函数 说明
hasattr 判断一个对象是否具有指定的属性
getattr getattr(x,'y') 等价于 x.y
setattr 对指定对象的指定属性进行赋值
delattr delattr(x, 'y') 等价于 del x.y
isinstance 判断一个对象是否指某个类型的实例
issubclass 判断一个类是否是某个类型的子类
装饰器函数 说明
classmethod 将函数装饰为类方法
property 将函数装饰为一个只读字段(直接访问函数名获得值)
staticmethod 将函数装饰为静态方法

注意: Java等语言中的类方法在Python中对应的概念是静态方法, 而不是类方法

基础与数据结构

星号表达式

Python可以将一个集合拆开赋值给多个变量, 如果涉及的变量比较多, 也可以使用*表示匹配任意多个字段, 例如

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first, *middle, last = grades   # 将成绩的第一个数据和最后一个数据取出, 其他数据存放在middle之中
record = ('Dave', 'dave@example.com', '773-555-1212', '847-555-1212')
name, email, *phone_numbers = record    # 将剩余的字段复制给phone_numbers

使用*表达式产生的字段必然是列表类型, 而且这个字段允许匹配0个数据. 因此可以始终按照集合类型处理这些字段, 而不必考虑空值问题.

字典的键映射多个值

解决方案: 将list或者set作为字典的值. 为了方便使用, 可以使用collections模块中的defaultdict

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from collections import defaultdict

d = defaultdict(list)
d['a'].append(1)
d['a'].append(2)
d['b'].append(4)

d = defaultdict(set)
d['a'].add(1)
d['a'].add(2)
d['b'].add(4)

命名切片

切片是可以作为一个变量的, 因此可以将一个切片赋值给一个变量, 从而使切片具有含义. 这避免了硬编码大量magic number.

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######    0123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890'
record = '....................100 .......513.25 ..........'
cost = int(record[20:23]) * float(record[31:37])

上面的代码可以修改为:

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SHARES = slice(20, 23)
PRICE = slice(31, 37)
cost = int(record[SHARES]) * float(record[PRICE])

命名元组

使用namedtuple方法可以将一个元组绑定到一个给定的字段列表上. 其本质是创建了一个类并实现了元组的所有操作, 从而既可以按照字段访问变量, 又支持元组的所有操作.

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from collections import namedtuple
Subscriber = namedtuple('Subscriber', ['addr', 'joined'])
sub = Subscriber('jonesy@example.com', '2012-10-19')

之后可以按照类的方式访问需要的字段

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>>> sub.addr
'jonesy@example.com'
>>> sub.joined
'2012-10-19'

命名元组可以作为字典的替代选项. 且具有不可变且内存消耗更小的优势

Python文件处理

编码与解码

函数 作用
ord() 将字符转化为对于的ASCII码
chr() 将数组转化为对于的字符
str.encode 将字符串以指定的编码转化为bytes
bytes.decode 将字节数组以指定的编码转化为文字

Python 3中默认使用UTF8进行编码, 但是也可以将字符串转化为其他编码的字节数组. 例如同样的文字, 使用不同的编码方案, 可以转化为不同的字节数组:

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"中文".encode("gbk")
# Out: b'\xd6\xd0\xce\xc4'
"中文".encode("utf8")
# Out: b'\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87'

文件操作

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var = open(<filename>,<mode='r'><buffering=-1>)

使用参数与C基本相同,其中buffering为0表示不缓冲, -1为使用系统指定的缓冲区大小, 如果为正值, 则为正值指定的缓冲区大小

方法 作用
open() 打开一个文件, 返回一个文件对象
f.read(size) 不使用参数则返回包含整个文件内容的字符串, 否则返回指定字节的数据
f.readline() 返回文件下一行的内容
f.readlines() 返回整个文件内容的列表, 每项是以换行符结尾的字符串
f.write() 把数据写入文件, 接受的对象是字符串, 可以使用str（）转换
f.writelines() 接受一个列表, 将其写入文件中
f.seek() 文件指针偏移操作
f.close() 关闭文件

从提供的API来看, Python的文件操作与各种编程语言并没有太大的区别. 根据文档, open函数返回的是一个基于缓冲IO的TextIOWrapper, 因此开启文件时除了可以指定文件读取类型, 还可以指定缓冲区大小.

有关的函数都提供了文档, 可以使用help函数查阅. 文件使用完毕需要调用close()函数.

遍历文件通用代码框架

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with open("somefile","r") as f:
	for line in f:
		# do something for every line.

因为TextIOWrapper中实现了迭代器相关的函数, 因此可以直接进行遍历, 相当于f.readlines(). 通过with语句, 实现文件的自动关闭.

高级API

Python的shutil提供了关于文件操作的高级API, 可以参考

字符串和文本

通配符匹配

如果在某些时候需要使用一些简单的通配符匹配, 同时又不需要引入正则表达式, 那么可以使用fnmatch库实现这一功能. 例如

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>>> from fnmatch import fnmatch, fnmatchcase
>>> fnmatch('foo.txt', '*.txt')
True
>>> fnmatch('foo.txt', '?oo.txt')
True
>>> fnmatch('Dat45.csv', 'Dat[0-9]*')
True
>>> names = ['Dat1.csv', 'Dat2.csv', 'config.ini', 'foo.py']
>>> [name for name in names if fnmatch(name, 'Dat*.csv')]
['Dat1.csv', 'Dat2.csv']

字符串对齐

Python提供了ljust(), rjust()和center()方法来提供字符串的对齐操作, 例如

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>>> text = "Hello"
>>> text.ljust(20)
'Hello               '
>>> text.rjust(20)
'               Hello'
>>> text.center(20, '*')
'*******Hello********'

更加一般地, 可以使用format函数进行格式化, 例如

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>>> format(text, '=>20s')
'===============Hello'
>>> format(text, '*^20s')
'*******Hello********'

其中format函数的第二个参数用于控制格式化的样式(format_spec). 其基本结构为

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format_spec     ::= [[fill]align][sign][#][0][width][grouping_option][.precision][type]
fill            ::= <any character>         
align           ::= "<" | ">" | "=" | "^"
sign            ::= "+" | "-" | " "
width           ::= digit+
grouping_option ::= "_" | ","
precision       ::= digit+
type            ::= "b" | "c" | "d" | "e" | "E" | "f" | "F" | "g" | "G" | "n" | "o" | "s" | "x" | "X" | "%"

总体来说, 这部分的语法与其他位置使用的格式化语法差别不大, 其中align部分的四个符号分别表示左对齐, 右对齐, 强制在符号后填充和居中. type部分表示数据的显示类型, 根据其缩写, 分别表示二进制,字符, 货币类型, 八进制, 十六进制以及字符串等.

使用 help(‘FORMATTING’) 查看内置文档

format函数可以格式化任何类型的数据(如果此类型支持), 也能够在字符串上格式化, 例如

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>>> format(3.1415926, '>+4.2f')
'+3.14'

>>> '{:>10s} {:>10s}'.format('Hello', 'World')
'     Hello      World'

迭代

同时迭代多个序列

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>>> a = [1, 2, 3]
>>> b = ['w', 'x', 'y', 'z']
>>> for i in zip(a,b):
...     print(i)
...
(1, 'w')
(2, 'x')
(3, 'y')
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>>> from itertools import zip_longest
>>> for i in zip_longest(a,b):
...     print(i)
...
(1, 'w')
(2, 'x')
(3, 'y')
(None, 'z')

>>> for i in zip_longest(a, b, fillvalue=0):
...     print(i)
...
(1, 'w')
(2, 'x')
(3, 'y')
(0, 'z')

基于zip的这一特性, 也可以用于将两个list对应的转化为dict（dictd的构造函数接受zip的输出）

不同集合上迭代

如果需要在多个集合上执行同样的操作, 可以使用chain函数将多个集合链接起来, 一次性的迭代处理

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>>> from itertools import chain
>>> a = [1, 2, 3, 4]
>>> b = ['x', 'y', 'z']
>>> for x in chain(a, b):
... print(x)
...
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x
y
z
>>>

从而避免在两个集合上分别执行两次迭代操作

展开嵌套集合

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from collections import Iterable

def flatten(items, ignore_types=(str, bytes)):
    for x in items:
        if isinstance(x, Iterable) and not isinstance(x, ignore_types):
            yield from flatten(x)
        else:
            yield x

yield from 是python协程中的用法, 表示将一个可迭代对象逐元素的yield输出

Python 命令行参数

对于基本的参数处理, 可以使用内置的sys模块, 例如

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import sys

print '参数个数为:', len(sys.argv), '个参数. '
print '参数列表:', str(sys.argv)

其中sys.argv以列表的形式包含了所有给定的命令行参数, 与其他语言中的规则一样, 其中第0个参数是文件本身.

getopt模块

getopt模块是专门做参数解析的模块, 主要是针对需要带参数的情形, 支持短选项模式(-)和长选项模式(–), 基本用法如下

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opts, args = getopt.getopt(argv,"hi:o:",["ifile=","ofile="])

for opt, arg in opts:
    if opt == '-h':
        print 'test.py -i <inputfile> -o <outputfile>'
        sys.exit()
    elif opt in ("-i", "--ifile"):
        inputfile = arg
    elif opt in ("-o", "--ofile"):
        outputfile = arg

Python 日志处理

按照如下的方式导入logging库并创建logger对象

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import logging

logging.basicConfig(level=logging.INFO, format='%(asctime)s - %(name)s - %(levelname)s - %(message)s')
logger = logging.getLogger(__name__)

由于全局创建的对象可全局访问, 因此如果需要在其他文件中使用, 可以直接导入这个对象.

如果需要将日志写入文件, 可以添加如下代码进行配置

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th = handlers.TimedRotatingFileHandler(filename=Log_File, when='midnight', backupCount=14, encoding='utf-8')
th.setFormatter(logging.Formatter('%(asctime)s - %(name)s - %(levelname)s - %(message)s'))
logger.addHandler(th)

Python OS编程

使用os库

方法 操作
getcwd() 获得当前工作目录
listdir(path) 返回指定目录下所有的文件和目录名
remove() 删除一个文件
removedirs(path) 删除多个文件
chdir(path) 更改当前目录到指定目录
mkdir(path) 新建一个目录
rmdir(name) 删除目录
rename(old,new) 更改文件名

使用os.path库

os.path是os的一个字库, 主要负责与路径相关的操作

方法 作用
isfile() 检验路径是否是一个文件
isdir() 检验路径是否是一个目录
exists() 判断路径是否存在
splitext() 分离扩展名（返回一个二元组, 分别包含文件名和扩展名）
split() 返回一个路径的目录名和文件名
dirname() 获得路径名
basename() 获得文件名
getsize() 获得文件大小, 单位是字节
join(path,name) 将路径与文件名组合获得绝对路径

遍历目录

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for root, dirs, files in os.walk('.'):
    # ...

os库中提供了一个walk方法, 该方法可以遍历指定目录, 使用方式如上所示. 每一轮遍历, root都指向一个目录A, dirs中保存A中所有的子目录, files保存A中的全部文件. walk函数按照深度优先的方式依次遍历所有的目录.

Python虚拟环境

根据实际体验, 在Linux系统使用conda, 在win系统使用PyCharm. 没有必要使用命令行处理

从Python3.6开始, 可以使用内置的模块创建虚拟环境, 例如

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python3 -m venv .venv

由于已经明确指定了Python的版本, 因此不会产生虚拟环境是那个Python版本的问题. 此操作会在当前目录下创建一个.venv目录, 其中包含虚拟环境相关的全部内容.

由于该目录以.开头, 因此通常情况下对于shell来说是不可见的.

创建完成后, 进入创建的目录, 执行bin目录(Linix/Mac)或者Script目录(WIndows)下的activate文件即可激活环境. 对于Vscode, 如果其识别到当前项目存在虚拟环境, 那么在打开shell时会自动执行对应的activate指令

注意: 如果使用Power Shell, 应该执行Script/activate.ps1文件, 如果提示不能执行脚本, 可以先执行set-executionpolicy remotesigned

数字运算

分数运算

Python中提供了Fraction类用于分数运算, 例如

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>>> from fractions import Fraction
>>> a = Fraction(5, 4)
>>> b = Fraction(7, 16)
>>> print(a + b)
27/16
>>> print(a * b)
35/64

>>> # Getting numerator/denominator
>>> c = a * b
>>> c.numerator
35
>>> c.denominator
64

>>> # Converting to a float
>>> float(c)
0.546875

>>> # Limiting the denominator of a value
>>> print(c.limit_denominator(8))
4/7

>>> # Converting a float to a fraction
>>> x = 3.75
>>> y = Fraction(*x.as_integer_ratio())
>>> y
Fraction(15, 4)
>>>

Python事件调度

Python提供了sched库来实现事件调度有关的操作, sched内部维护一个事件队列, 可以安全的在多线程场景下使用. 以下是一些主要的方法

方法 作用
scheduler() 创建一个调度任务对象
enter() 加入一个事件
run() 运行调度任务中的全部调度事件
cancel() 取消某个调度事件

以下代码演示sched的基本使用, 如果需要更详细的内容, 可以查阅标准库的文档

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import sched, time
s = sched.scheduler(time.time, time.sleep)
def print_time(a='default'):
    print("From print_time", time.time(), a)

def print_some_times():
    print(time.time())
    s.enter(10, 1, print_time)
    s.enter(5, 2, print_time, argument=('positional',))
    s.enter(5, 1, print_time, kwargs={'a': 'keyword'})
    s.run()
    print(time.time())

print_some_times()

# Output:
# 930343690.257
# From print_time 930343695.274 positional
# From print_time 930343695.275 keyword
# From print_time 930343700.273 default
# 930343700.276

Turtle

Turtle是一个Python内置的绘图库, 通过Turtle可以绘制简单的线条. 一些主要的方法如下所示

方法 含义
Tultle() 定义一个turtle对象, 该对象可以使用turtle的相关函数
setup(high,wide,x,y) 指定窗口的高和长, 并指定窗口左上角的坐标在屏幕上的坐标
seth(angle) 指定运动的方向, 其中angle为角度制, 数值与方向与数学定义相同
pensize(x) 指定运动轨迹的粗细, x为像素单位
circle(rad,angle) 圆形运动, rad正值表示圆心在左侧, 负值表示圆心在右侧, angle表示爬行的角度的角度值
turtle.fd(x) 向前爬行, x表示爬行距离

扩展阅读

最后更新： 2026年05月08日 21:02

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