python包导入细节

包导入格式

导入模块时除了使用模块名进行导入，还可以使用目录名进行导入。例如，在sys.path路径下，有一个dir1/dir2/mod.py模块，那么在任意位置处都可以使用下面这种方式导入这个模块。

import dir1.dir2.mod
from dir1.dir2.mod import XXX

一个实际一点的示例，设置PYTHONPATH环境变量为d:\pypath，然后在此目录下创建以上目录和mod.py文件：

set PYTHONPATH="D:\pypath"
mkdir d:\pypath\dir1\dir2
echo print("mod.py") >d:\pypath\dir1\dir2\mod.py
echo x=3 >>d:\pypath\dir1\dir2\mod.py

# 进入交互式python
>>> import dir1.dir2.mod
mod.py
>>> dir1.dir2.mod.x
3

注1：在python3.3版本及更高版本是可以导入成功的，但是在python3.3之前的版本将失败，因为缺少__init__.py文件，稍后会解释该文件
注2：顶级目录dir1必须位于sys.path列出的路径搜索列表下

如果输出dir1和dir2，将会看到它们的是模块对象，且是名称空间。

>>> import dir1.dir2.mod
mod.py

>>> dir1
<module 'dir1' (namespace)>

>>> dir1.dir2
<module 'dir1.dir2' (namespace)>

>>> dir1.dir2.mod
<module 'dir1.dir2.mod' from 'd:\\pypath\\dir1\\dir2\\mod.py'>

这种模块+名称空间的形式就是包(严格地说是包的一种形式)，也就是说dir1是包，dir2也是包，这种方式是包的导入形式。包主要用来组织它里面的模块。

从上面的结果也可以看出，包也是模块，所以能使用模块的地方就能使用包。例如下面的代码，可以像导入模块一样直接导入包dir2，包和模块的区别在于它们的组织形式不一样，模块可能位于包内，仅此而已。

import dir1.dir2
from dir1 import dir2

另外，导入dir1.dir2.mod时，它声明的模块变量名为dir1，而不是dir1.dir2.mod，但是导入的对象却包含了3个模块：dir1、dir1.dir2以及dir1.dir2.mod。如下：

>>> dir()
['__annotations__', '__builtins__', '__doc__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'dir1']

>>> for key in sys.modules:
...     if key.startswith("dir1"):
...             print(key,":",sys.modules[key])
...
dir1 : <module 'dir1' (namespace)>
dir1.dir2 : <module 'dir1.dir2' (namespace)>
dir1.dir2.mod : <module 'dir1.dir2.mod' from 'd:\\pypath\\dir1\\dir2\\mod.py'>

__init__.py文件

上面的dir1和dir1.dir2目前是空包，或者说是空模块(再一次强调，包就是模块)。但并不意味着它们对应的模块对象是空的，因为模块是对象，只要是对象就会有属性。例如，dir1包有如下属性：

>>> dir(dir1)
['__doc__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__path__', '__spec__', 'dir2']

之所以称为空包，是因为它们现在仅提供了包的组织功能，而且它们是目录，而不像py文件一样，是实实在在的可以编写模块代码的地方。换句话说，包现在是目录文件，而不是真正的模块文件。

为了让包"真正的"成为模块，需要在每个包所代表的目录下加入一个__init__.py文件，它表示让这个目录格式的模块(也就是包)像py文件一样可以写模块代码，只不过这些模块代码是写入__init__.py中的。当然，模块文件中允许没有任何内容，所以__init__.py文件也可以是空文件，它仅表示让包成为真正的模块文件。

每次导入包的时候，如果有__init__.py文件，将会自动执行这个文件中的代码，就像模块文件一样，事实上它就是让目录代表的包变成模块的，甚至可以说它就是包所对应的模块文件(见下面示例)，所以也可以认为__init__.py是包的初始化文件。在python3.3之前，这个文件必须存在，否则就会报错，因为它不认为目录是有效的模块。

现在，在dir1和dir2下分别创建空文件__init__.py：

type nul>d:\pypath\dir1\__init__.py
type nul>d:\pypath\dir1\dir2\__init__.py

现在目录的层次格式如下：

λ tree /f d:\pypath
D:\PYPATH
└─dir1
    │  __init__.py
    └─dir2
            mod.py
            __init__.py

再去执行导入操作，并输出包dir1和dir2。

>>> import dir1.dir2.mod
mod.py

>>> dir1
<module 'dir1' from 'd:\\pypath\\dir1\\__init__.py'>

>>> dir1.dir2
<module 'dir1.dir2' from 'd:\\pypath\\dir1\\dir2\\__init__.py'>

>>> dir1.dir2.mod
<module 'dir1.dir2.mod' from 'd:\\pypath\\dir1\\dir2\\mod.py'>

从输出结果中不难看出，包dir1和dir1.dir2是模块，且它们的模块文件是各自目录下的__init__.py。

实际上，包分为两种：名称空间模块、普通模块。名称空间包是没有__init__.py文件的，普通包是有__init__.py文件的。无论是哪种，它都是模块。

__init__.py写什么内容

既然包是模块，而__init__.py文件是包的模块文件，这个文件中应该写入什么代码？答案是可以写入任何代码，我们只需把它当作一个模块对待就可以。不过，包既然是用来组织模块的，真正的功能性属性应该尽量写入到它所组织的模块文件中(也就是示例中的mod.py)。

但有一项__all__是应该在__init__.py文件中定义的，它是一个列表，用来控制from package import *使用*导入哪些模块文件。这里的*并非像想象中那样会导入包中的所有模块文件，而是只导出__all__列表中指定的模块文件。

例如，在dir1.dir2包下有mod1.py、mod2.py、mod3.py和mod4.py，如果在dir2/__init__.py文件中写入：

__all__ = ["mod1", "mod2", "mod3"]

则执行：

from dir1.dir2 import *

不会导入mod4，而是只导入mod1-mod3。

如果不设置__all__，则from dir1.dir2 import *不会导入该包下的任何模块，但会导入dir1和dir1.dir2。

__path__属性

严格地说，只有当某个模块设置了__path__属性时，才算是包，否则只算是模块。这是包的绝对严格定义。

__path__属性是一个路径列表(可迭代对象即可，但通常用列表)，和sys.path类似，该列表中定义了该包的初始化模块文件__init__.py的路径。

只要导入的是一个包(无论是名称空间包还是普通包)，首先就会设置该属性，默认导入目录时该属性会初始化当前目录，然后去该属性列出的路径下搜索__init__.py文件对包进行初始化。默认情况下由于__init__.py文件后执行，在此文件中可以继续定义或修改__path__属性，使得python会去找其它路径下的__init__.py对模块进行初始化。

以下是默认初始化后的__path__值：

>>> import dir1.dir2
>>> dir1.dir2.__path__
['d:\\pypath\\dir1\\dir2']

>>> import dir1.dir3
>>> dir1.dir3
<module 'dir1.dir3' (namespace)>
>>> dir1.dir3.__path__
_NamespacePath(['d:\\pypath\\dir1\\dir3'])

一般来说，几乎不会设置__path__属性。

导入示例

import和from导入时有多种语法可用，这两个语句的导入方式和导入普通模块的方式是一样的：import导入时需要使用前缀名称去引用，from导入时是赋值到当前程序的同名全局变量中。如果不了解，请看前一篇文章：python模块导入细节。

假设现在有如下目录结构，且d:\pypath位于sys.path列表中：

$ tree -f d:\pypath
d:\pypath
└── dir1
    ├── __init__.py
    └── dir2
        ├── __init__.py
        └── mod.py

只导入包：

import dir1             # 导入包dir1
import dir1.dir2        # 导入包dir1.dir2
from dir1 import dir2   # 导入包dir1.dir2

导入某个模块：

import dir1.dir2.mod
from dir1.dir2 import mod

如果dir2/__init__.py中设置了__all__，则下面的导入语句会导入已设置的模块：

from dir1.dir2 import *

注意，只支持上面这种from...import *语法，不支持import *。

导入模块中的属性，比如变量x：

from dir1.dir2.mod import x

相对路径导入

注：如果允许，不要使用相对路径导入，很容易出错，特别是对新手而言。使用绝对路径导入，并将包放在sys.path的某个路径下就可以。

假设现在有如下目录结构：

$ tree -f d:\pypath
d:\pypath
└── dir1
    ├── __init__.py
    ├── dir4
    │   ├── __init__.py
    │   ├── c2.py
    │   └── c1.py
    ├── dir3
    │   ├── __init__.py
    │   ├── b3.py
    │   ├── b2.py
    │   └── b1.py
    └── dir2
        ├── __init__.py
        ├── a4.py
        ├── a3.py
        ├── a2.py
        └── a1.py

在dir1.dir2.a1模块文件中想要导入dir1.dir3.b2模块，可以在a1.py中使用下面两种方式导入：

import dir1.dir3.b2
from dir1.dir2. import b2

上面的导入方式是使用绝对路径进行导入的，只要使用绝对路径，都是从sys.path开始搜索的。例如，上面是从sys.path下搜索dir1，再依次搜索dir1.dir3.b2。

python还支持包的相对路径的导入，只要使用.或..即可，就像操作系统上的相对路径一样。使用相对路径导入时不会搜索sys.path。

相对路径导入方式只有from...import支持，import语句不支持，且只有使用.或..的才算是相对路径，否则就是绝对路径，就会从sys.path下搜索。

例如，在a1.py中导入dir1.dir3.b2：

from ..dir3 import b2

注意，必须不能直接python a1.py执行这个文件，这样会报错：

    from ..dir3 import b2
ValueError: attempted relative import beyond top-level package

报错原因稍后解释。现在在交互式模式下导入，或者使用python -m dir1.dir2.a1的方式执行。

>>> import dir1.dir2.a1

以下几个示例都如此测试。

在a1.py中导入包dir3：

from .. import dir3

在a1.py中导入dir1.dir2.a2，也就是同目录下的a2.py：

from . import a2

导入模块的属性，如变量x：

from ..dir3.b2 import x
from .a2 import x

相对路径导入陷阱

前面说过一个相对路径导入时的错误：

    from ..dir3 import b2
ValueError: attempted relative import beyond top-level package

dir3明明在dir1下，在路径相对上，dir3确实是a1.py的../dir3，但执行python a1.py为什么会报错？

from ..dir3 import b2

这是因为文件系统路径并不真的代表包的相对路径，当在dir1/a1.py中使用..dir3，python并不知道包dir1的存在，因为没有将它导入，没有声明为模块变量，同样，也不知道dir2的存在，仅仅只是根据语句知道了dir3的存在。但因为使用了相对路径，不会搜索sys.path，所以它的相对路径边界只在本文件。所以，下面的导入也是错误的：

from . import a2

实际上，更标准的解释是，当py文件作为可执行程序文件执行时，它所在的模块名为__main__，即__name__为__main__，但它并非一个包，而是一个模块文件，对它来说没有任何相对路径可言。

解决方法是显式导入它们的父包，让python记录它的存在，只有这样才能使用..：

python -m dir1.dir2.a2

还有几个常见的相对路径导入错误:

from .a3 import x

错误：

ModuleNotFoundError: No module named '__main__.a3'; '__main__' is not a package

原因是一样的，py文件作为可执行程序文件执行时，它所在的模块名为__main__，它并非一个包。

最后，建议在条件允许的情况下，使用绝对路径导入，而不是相对路径。

使用别名导入

通过包的导入方式也支持别名。例如：

from dir1.dir2.a2 import x as xx
print(xx)

import dir1.dir2.a2 as a2
print(a2.x)

from dir1.dir2 import a2 as a22
print(a22.x)