10. Краткий обзор стандартной библиотеки
- 10.1. Интерфейс операционной системы
- 10.2. Файловые шаблоны
- 10.3. Аргументы командной строки
- 10.4. Вывод перенаправленных ошибок и завершение программы
- 10.5. Согласование строкового шаблона
- 10.6. Математика
- 10.7. Доступ в Интернет
- 10.8. Даты и время
- 10.9. Сжатие данных
- 10.10. Измерение производительности
- 10.11. Контроль качества
- 10.12. Батарейки включены
10.1. Интерфейс операционной системы
Модуль os (docs.python.org/3/library/os.html#module-os) предоставляет множество функций для взаимодействия с операционной системой:
>>> import os
>>> os.getcwd() # Возвращает текущую рабочую директорию
'C:\\Python36'
>>> os.chdir('/server/accesslogs') # Изменяет текущую рабочую директорию
>>> os.system('mkdir today') # Запускает команду mkdir в системной оболочке
0
Обязательно используйте стиль import os
вместо from os import *
. Это сохранит os.open() (docs.python.org/3/library/os.html#os.open) от перекрытия встроенной функции open(), которая совсем по-другому работает.
Встроенные функции dir() и help() полезны как интерактивные пособия для работы с большими модулями, как os:
>>> import os
>>> dir(os)
<returns a list of all module functions>
>>> help(os)
<returns an extensive manual page created from the module's docstrings>
Для ежедневных задач по управлению файлами и каталогами модуль shutil (docs.python.org/3/library/shutil.html#module-shutil) предоставляет интерфейс более высокого уровня, который проще в использовании:
>>> import shutil
>>> shutil.copyfile('data.db', 'archive.db')
>>> shutil.move('/build/executables', 'installdir')
10.2. Файловые шаблоны
Модуль glob (docs.python.org/3/library/glob.html#module-glob) предоставляет функцию для создания списков файлов по шаблону из найденных в каталоге:
>>> import glob
>>> glob.glob('*.py')
['primes.py', 'random.py', 'quote.py']
10.3. Аргументы командной строки
В обычных скриптах-утилитах часто нужно обрабатывать аргументы командной строки. Эти аргументы хранятся в атрибуте argv модуля sys (docs.python.org/3/library/sys.html#module-sys) в виде списка. Например следующие выходные результаты будут получены от выполнения команды python demo.py one two three
в командной строке:
>>> import sys
>>> print(sys.argv)
['demo.py', 'one', 'two', 'three']
Модуль getopt (docs.python.org/3/library/getopt.html#module-getopt) обрабатывает sys.argv, используя соглашения Unix по функции getopt(). Более мощная и гибкая обработка командной строки обеспечивается модулем argparse (docs.python.org/3/library/argparse.html#module-argparse).
10.4. Вывод перенаправленных ошибок и завершение программы
Модуль sys также имеет атрибуты для stdin (стандартный ввод), stdout (стандартный вывод) и stderr (стандартный вывод ошибок). Последний полезен для генерации предупреждений и сообщений об ошибках, чтобы сделать их видимыми, даже когда stdout (стандартный вывод) был перенаправлен:
>>> sys.stderr.write('Warning, log file not found starting a new one\n')
Warning, log file not found starting a new one
Самый очевидный способ завершить сценарий заключается в использовании sys.exit()
.
10.5. Строковый шаблон
Модуль re (docs.python.org/3/library/re.html#module-re) предоставляет инструменты регулярных выражений для более глубокой обработки строк. Для комплексного сопоставления и управления регулярные выражения предлагают краткие, оптимизированные решения:
>>> 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'
Когда необходимы только простые возможности, методы строк являются предпочтительными, поскольку они являются более удобными для чтения и отладки:
>>> 'tea for too'.replace('too', 'two')
'tea for two'
10.6. Математика
Модуль math (docs.python.org/3/library/math.html#module-math) предоставляет доступ к базовым функциям библиотеки C для математики с плавающей точкой:
>>> import math
>>> math.cos(math.pi / 4)
0.70710678118654757
>>> math.log(1024, 2)
10.0
Модуль random (docs.python.org/3/library/random.html#module-random) предоставляет инструменты для создания случайного выбора:
>>> import random
>>> random.choice(['apple', 'pear', 'banana'])
'apple'
>>> random.sample(range(100), 10) # выборка без замены
[30, 83, 16, 4, 8, 81, 41, 50, 18, 33]
>>> random.random() # случайное вещественное число
0.17970987693706186
>>> random.randrange(6) # случайное целое, выбранное из range(6)
4
Модуль statistics (docs.python.org/3/library/statistics.html#module-statistics) вычисляет основные статистические свойства (среднее, медиану, расхождение и т. д.) числовых данных:
>>> import statistics
>>> data = [2.75, 1.75, 1.25, 0.25, 0.5, 1.25, 3.5]
>>> statistics.mean(data)
1.6071428571428572
>>> statistics.median(data)
1.25
>>> statistics.variance(data)
1.3720238095238095
Проект SciPy имеет много других модулей для численных расчетов.
10.7. Доступ в Интернет
Существует целый ряд модулей для доступа в Интернет и обработки интернет-протоколов. Два из простейших - это urllib.request (docs.python.org/3/library/urllib.request.html#module-urllib.request) для извлечения данных из URL-адресов и smtplib (docs.python.org/3/library/smtplib.html#module-smtplib) для отправки почты:
>>> from urllib.request import urlopen
>>> for line in urlopen('http://tycho.usno.navy.mil/cgi-bin/timer.pl'):
... line = line.decode('utf-8') # Декодирование бинарных данных в текст.
... if 'EST' in line or 'EDT' in line: # искать 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()
(Заметьте, что во втором примере необходим почтовый сервер, работающий на локальном хосте.)
10.8. Даты и время
Модуль datetime (docs.python.org/3/library/datetime.html#module-datetime) поставляет классы для управления датой и временем различной степени сложности. Пока вычисления даты и времени поддерживаются, в центре внимания реализации - на эффективное извлечение члена для форматирования вывода и манипуляции. Модуль также поддерживает объекты, "осведомленные" о часовом поясе.
>>> # даты легко конструируются и форматируются
>>> 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.'
>>> # даты поддерживают календарную арифметику
>>> birthday = date(1964, 7, 31)
>>> age = now - birthday
>>> age.days
14368
10.9. Сжатие данный
Обычные форматы архивирования и сжатия данных напрямую поддерживаются модулями включая:
zlib (docs.python.org/3/library/zlib.html#module-zlib), gzip (docs.python.org/3/library/gzip.html#module-gzip), bz2 (docs.python.org/3/library/bz2.html#module-bz2), lzma (docs.python.org/3/library/lzma.html#module-lzma), zipfile (docs.python.org/3/library/zipfile.html#module-zipfile) и tarfile (docs.python.org/3/library/tarfile.html#module-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. Измерение производительности
Некоторым пользователям Python важно знать относительную производительность различных подходов к решению одной проблемы. Python предоставляет инструмент измерения, который сразу отвечает на эти вопросы.
Например, может быть заманчивым использовать возможность упаковки и распаковки кортежа вместо традиционного подхода к обмену аргументов. Модуль timeit (docs.python.org/3/library/timeit.html#module-timeit) быстро демонстрирует скромное преимущество в производительности:
>>> 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
В отличие от хорошего уровня детализации timeit, модули profile (docs.python.org/3/library/profile.html#module-profile) и pstats (docs.python.org/3/library/profile.html#module-pstats) модули предоставляют средства для идентификации времени критических секций в крупных блоках кода.
10.11. Контроль качества
Один из подходов к разработке высококачественного программного обеспечения - это создание тестов для каждой функции, когда она будет разработана, и часто выполнять эти тесты в процессе разработки.
Модуль doctest (docs.python.org/3/library/doctest.html#module-doctest) предоставляет инструмент для сканирования модуля и проверки тестов, встроенных в строки документации программы. Создать тест так же просто, как вырезать и вставить типичный вызов вместе с его результатом в строку документации. Это улучшает документацию, показывая пользователю пример, и это позволяет модулю doctest убедиться, что код остается верен документации:
def average(values):
"""Вычисляет среднее арифметическое списка чисел.
>>> print(average([20, 30, 70]))
40.0
"""
return sum(values) / len(values)
import doctest
doctest.testmod() # автоматически подтверждает встроенные тесты
Модуль unittest (docs.python.org/3/library/unittest.html#module-unittest) не такой легкий, как модуль doctest, но он позволяет провести более полный набор тестов, чтобы поддерживаться в отдельном файле:
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() # Запуск из командной строки запускает все тексты
10.12. Батарейки включены
Философия Python - "батарейки включены". Это лучше всего видно на утонченных и мощных возможностях его более крупных пакетов. Например:
- Модули xmlrpc.client и xmlrpc.server делают тривиальной задачей реализацию удаленных вызовов процедур. Несмотря на имена модулей, никакого непосредственного знания или обращения к XML не требуется.
- Пакет email представляет собой библиотеку для управления сообщениями электронной почты, в том числе MIME и другими RFC 2822-based сообщениями. В отличие от smtplib и poplib, которые фактически отправляют и получают сообщения, пакет email имеет полный набор инструментов для создания или декодирования сложной структуры сообщений (включая вложения) и для реализации интернет-кодирования и протоколов заголовков.
- Пакет json обеспечивает мощную поддержку для анализа этого популярного формата обмена данными. Модуль csv поддерживает прямое чтение и запись файлов в формате Comma-Separated Value (значения, разделенные запятыми), обычно поддерживаемые базами данных и электронными таблицами. Обработка XML поддерживается пакетами xml.etree.ElementTree, xml.dom и xml.sax. Вместе эти пакеты чрезвычайно упрощают обмен данными между приложениями Python и другими инструментами.
- Модуль sqlite3 - обертка для библиотеки SQLite базы данных, предоставляющей постоянную базу данных, которая может быть обновлена и к которой можно получить доступ немного нестандартным синтаксисом SQL.
- Интернационализация поддерживается рядом модулей, включая gettext, locale и пакет codecs.