【循序渐进学Python】11.常用标准库

安装完Python之后，我们也同时获得了强大的Python标准库，通过使用这些标准库可以为我们节省大量的时间。这里是一些常用标准库的简单说明。更多的标准库的说明，可以参考Python文档

sys 模块

sys模块能够访问与Python解释器紧密联系的变量和函数，下面是 sys 模块中一些常用的函数和变量：

argv                  命令行参数，包括脚本名称
exit([arg])           退出当前程序，可选参数给定的返回值或错误信息
modules               隐射模块名字到载入模块的字典
path                  查看模块所在目录的目录名列表
platform              类似sunos5或win32平台标识符
stdin                 标准输入流——一个类文件(file-like)对象
stdout                标准输出流——一个类文件对象
stderr                标准错误流——一个类文件对象

 

下面的示例通过 argv 获取命令行参数，然后将其反转：

import sys

args = sys.argv[1:] # 跳过第一个元素(脚本名称)
args.reverse()
print ' '.join(args)

 更多使用方法，可以查看Python 文档：http://docs.python.org/2/library/sys.html

 

os模块

os模块提供了很多访问操作系统服务的功能。下面是一些常用的函数和变量：

environ                会环境变量进行隐射
system(command)        在子shell中执行操作系统命令
sep                    路径中的分隔符
pathsep                分隔路径的分隔符
linesep                行分隔符('\n','\r','\r\n')
urandom(n)             返回n自己的加密强随机数

 

下面示例通过 environ 变量来查询环境变量中的 path 变量值：

import os

# C:\Perl64\site\bin;C:\Perl64\...
print os.environ['path']

 

根据不同的操作系统返回对于的路径分隔符：

# -- coding: utf-8 --
import os

# 返回操作系统中的路径分隔符
# windows:'\'
# UNIX/LINUX:'/'
# Mac OS:':'
print os.sep 

 更多使用方法，可以查看Python 文档：http://docs.python.org/2/library/os.html

 

fileinput 模块

fileinput 模块可以轻松的遍历文本文件的所有行。下面是 fileinput 模块中重要的函数：

input([files[, inplace[. backup]])      便于遍历多个输入流中的行
filename()                              返回当前文件的名称
filelineno()                            返回当前处理文件当前(累计)行数
isfirstline()                           检查当前行是否是文件的第一行
isstdin()                               检查最后一行是否来自sys.stdin
nextfile()                              关闭当前文件，移动到下一个文件
close()                                 关闭序列

 更多使用方法，可以查看Python 文档：http://docs.python.org/2/library/fileinput.html

 

集合

集合(set)在Python 2.3 引入。Set类位于 sets 模块中。使用集合不需要导入，直接使用即可：

print set(range(10))
# set([0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9])

 

集合是由序列(或者其他可迭代对象)构建的，它们主要用于检查成员资格，因此副本是被忽略的：

print set([0, 1, 2, 3, 1, 2, 3])
# set([0, 1, 2, 3])

 

除了检查成员资格，还可以使用标准的集合操作，如：并集和交集，既可以使用方法，也可以直接使用运算操作符：

a = set([1,2,3])
b = set([2,3,4,5])
print a.union(b) # set([1, 2, 3, 4, 5])
print a | b # set([1, 2, 3, 4, 5])

c = a & b
print c.issubset(a) # True

print c <= a # True
print c.intersection(b) # set([2, 3])

print a & b # set([2, 3])
print a.difference(b) # set([1])

print a - b # set([1])
print a.symmetric_difference(b) # set([1, 4, 5])

print a ^ b # set([1, 4, 5])
print a.copy() # set([1, 2, 3])
print a.copy() is a # False

 更多使用运算符和方法，可以查看Python 文档：http://docs.python.org/2/library/sets.html

 

集合是可变的，且本身只能包含不可变值，但是一个包含集合的集合是常见的，这时，我们只需使用 frozenset 类型对集合进行包装即可，frozenset 构造函数可以创建给定集合的一个副本：

a = set([1,2,3])
b = set([2,3,4,5])
a.add(frozenset(b))
print a # set([1, 2, 3, frozenset([2, 3, 4, 5])])

 

堆

堆(heap)是优先队列的一种。使用优先队列能够以任意顺序增加对象，并且能在任何时间（可能在增加对象的同时）找到（也可能是移除）最小的元素（比列表的min方法更有效率）。在Python中没有独立的堆类型——只有一个包含一些堆操作的模块，该模块是 heapq,包含了六个函数：

heappush(heap,x)        将x入堆
heappop(heap)           将堆中最小的元素弹出
heapify(heap)           将heap属性强制应用到任意一个列表
heapreplace(heap,x)     将堆中最小的元素弹出，同时将x入堆
nlargest(n,iter)        返回iter中第n大的元素
nsmallest(n,iter)       返回iter中第n小的元素

 

heappush 函数用于增加堆的项，如下：

from heapq import *
from random import shuffle

data = range(10)
shuffle(data)
heap = []
for n in data:
    heappush(heap,n)

print heap # [0, 2, 1, 4, 3, 7, 5, 9, 6, 8]

heappush(heap,0.5)
print heap # [0, 0.5, 5, 3, 1, 6, 7, 9, 8, 4, 2]

更详细的使用方法和文档，请参考Python文档：http://docs.python.org/2/library/heapq.html

 

堆属性(heap property)

堆元素的排序是有规则的：位于i位置上的元素总比i//2位置处的元素大(或者说位置i处的元素总比2i以及21+1位置处的元素小)

 

双端队列

双端队列(Double-ended queue)在需要按照元素增加的顺序来移除元素时非常有用。双端队列通过可迭代对象(比如集合)创建：

from collections import deque

q = deque(range(5))
q.append(5)
q.appendleft(6)

print q # deque([6, 0, 1, 2, 3, 4, 5])
print q.pop() # 5

q.rotate(3)
print q # deque([2, 3, 4, 6, 0, 1])

q.rotate(-1)
print q # deque([3, 4, 6, 0, 1, 2])

 更详细的使用方法和文档，请参考Python文档：http://docs.python.org/2/library/collections.html#collections.deque

 

time 模块

time 模块所包含的函数能够实现以下功能：获取当前时间、操作时间和日期、从字符串读取时间以及格式化时间字符串。日期可以使用实数(从“新纪元”的1月1日0 点开始计算到现在的秒数，新纪元是一个与平台相关的年份，对于UNIX来说是1970年)，或者是包含9个整数的元组，它们分别表示下面的含义：

(2008,1,21,12,2,56,0,21,0) # 年、月、日、时、分、秒、周、儒日历、夏令时

 

下面是 time 模块最常用的函数：

asctime([tuple])                将时间元组转换为字符串
localtime([secs])               将秒数转换为日期元组，以本地时间为准
mktime(tuple)                   将时间元组转换为本地时间
sleep(secs)                     休眠 secs秒
strptime(string[, format])      将字符串解析为时间元组
time()                          当前时间(新纪元开始后的秒数，以UTC为准)  

 

更详细的使用方法和文档，请参考Python文档：http://docs.python.org/2.7/library/time.html

此外，除了 time 模块，Python还提供了两个和时间密切相关的模块：

• datetime 模块() 支持日期和时间的算法
• timeit 模块 计算代码段执行时间

 

random 模块

random 模块包含返回随机数(伪随机数)的函数，下面是 random 模块的重要函数:

random()                        返回 0 ≤ n < 1 之间的随机实数n，其中 0 < n ≤ 1
getrandbits(n)                  以长整型形式返回n个随机数
uniform(a,b)                    返回随机实数n,其中 a ≤ n < b
randrange([start],stop,[step])  返回range(start,stop,step)中的随机数
choice(seq)                     从序列seq中返回随意元素
shuffle(seq[, random])          原地指定序列seq
sample(seq,n)                   从序列seq中选择n个随机且独立的元素

 

下面的示例可以随机产生2008 ~ 2009 之间的随机一天：

from random import * 
from time import *

date1 = (2008,1,1,0,0,0,-1,-1,-1)
time1 = mktime(date1)

date2 = (2009,1,1,0,0,0,-1,-1,-1)
time2 = mktime(date2)

random_time = uniform(time1,time2)
print asctime(localtime(random_time))

更详细的使用方法，请参考Python文档：http://docs.python.org/2/library/random.html

 

shelve 模块

使用 shelve 模块提供了一个简单的文件存储方案。我们可以将一个对象持久化到文件中，如下：

import sys, shelve

def main():
    data = shelve.open("D:\\data.dat")
    employee = {}
    employee['name'] = 'sunshine'
    employee['email'] = 'sunshine@gmail.com'
    pid = '1'
    try:
        data[pid] = employee
    finally:
        data.close()

if __name__ == '__main__': main()

 

持久化之后，可以再次读取文件中的内容：

import sys, shelve

def main():
    pid = '1'
    data = shelve.open("D:\\data.dat")
    print data[pid] # {'name': 'sunshine', 'email': 'sunshine@gmail.com'}

if __name__ == '__main__': main()

 更详细的使用方法，请参考Python文档：http://docs.python.org/2/library/shelve.html

 

参考资料&进一步阅读

Python基础教程(第二版)

Python Document