1.1什么是import機(jī)制?

通常來(lái)講，在一段Python代碼中去執(zhí)行引用另一個(gè)模塊中的代碼，就需要使用Python的import機(jī)制。import語(yǔ)句是觸發(fā)import機(jī)制最常用的手段，但并不是唯一手段。

importlib.import_module和__import__函數(shù)也可以用來(lái)引入其他模塊的代碼。

1.2import是如何執(zhí)行的?

import語(yǔ)句會(huì)執(zhí)行兩步操作：

搜索需要引入的模塊

將模塊的名字做為變量綁定到局部變量中

搜索步驟實(shí)際上是通過(guò)__import__函數(shù)完成的，而其返回值則會(huì)作為變量被綁定到局部變量中。下面我們會(huì)詳細(xì)聊到__import__函數(shù)是如果運(yùn)作的。

二、import機(jī)制概覽

下圖是import機(jī)制的概覽圖。不難看出，當(dāng)import機(jī)制被觸發(fā)時(shí)，Python首先會(huì)去sys.modules中查找該模塊是否已經(jīng)被引入過(guò)，如果該模塊已經(jīng)被引入了，就直接調(diào)用它，否則再進(jìn)行下一步。這里sys.modules可以看做是一個(gè)緩存容器。值得注意的是，如果sys.modules中對(duì)應(yīng)的值是None那么就會(huì)拋出一個(gè)ModuleNotFoundError異常。下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)：

In[1]:importsys

In[2]:sys.modules['os']=None

In[3]:importos

---------------------------------------------------------------------------

ModuleNotFoundErrorTraceback(mostrecentcalllast)

in

---->1importos

ModuleNotFoundError:importofoshalted;Noneinsys.modules

如果在sys.modules找到了對(duì)應(yīng)的module，并且這個(gè)import是由import語(yǔ)句觸發(fā)的，那么下一步將對(duì)把對(duì)應(yīng)的變量綁定到局部變量中。

如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何緩存，那么系統(tǒng)將進(jìn)行一個(gè)全新的import過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中Python將遍歷sys.meta_path來(lái)尋找是否有符合條件的元路徑查找器(metapathfinder)。sys.meta_path是一個(gè)存放元路徑查找器的列表。它有三個(gè)默認(rèn)的查找器：

內(nèi)置模塊查找器

凍結(jié)模塊(frozenmodule)查找器

基于路徑的模塊查找器。

In[1]:importsys

In[2]:sys.meta_path

Out[2]:

[_frozen_importlib.BuiltinImporter,

_frozen_importlib.FrozenImporter,

_frozen_importlib_external.PathFinder]

查找器的find_spec方法決定了該查找器是否能處理要引入的模塊并返回一個(gè)ModeuleSpec對(duì)象，這個(gè)對(duì)象包含了用來(lái)加載這個(gè)模塊的相關(guān)信息。如果沒(méi)有合適的ModuleSpec對(duì)象返回，那么系統(tǒng)將查看sys.meta_path的下一個(gè)元路徑查找器。如果遍歷sys.meta_path都沒(méi)有找到合適的元路徑查找器，將拋出ModuleNotFoundError。引入一個(gè)不存在的模塊就會(huì)發(fā)生這種情況，因?yàn)閟ys.meta_path中所有的查找器都無(wú)法處理這種情況：

In[1]:importnosuchmodule

---------------------------------------------------------------------------

ModuleNotFoundErrorTraceback(mostrecentcalllast)

in

---->1importnosuchmodule

ModuleNotFoundError:Nomodulenamed'nosuchmodule'

但是，如果這個(gè)手動(dòng)添加一個(gè)可以處理這個(gè)模塊的查找器，那么它也是可以被引入的：

In[1]:importsys

...:

...:fromimportlib.abcimportMetaPathFinder

...:fromimportlib.machineryimportModuleSpec

...:

...:classNoSuchModuleFinder(MetaPathFinder):

...:deffind_spec(self,fullname,path,target=None):

...:returnModuleSpec('nosuchmodule',None)

...:

...:#don'tdothisinyourscript

...:sys.meta_path=[NoSuchModuleFinder()]

...:

...:importnosuchmodule

---------------------------------------------------------------------------

ImportErrorTraceback(mostrecentcalllast)

in

11sys.meta_path=[NoSuchModuleFinder()]

12

--->13importnosuchmodule

ImportError:missingloader

可以看到，當(dāng)我們告訴系統(tǒng)如何去find_spec的時(shí)候，是不會(huì)拋出ModuleNotFound異常的。但是要成功加載一個(gè)模塊，還需要加載器loader。

加載器是ModuleSpec對(duì)象的一個(gè)屬性，它決定了如何加載和執(zhí)行一個(gè)模塊。如果說(shuō)ModuleSpec對(duì)象是“師父領(lǐng)進(jìn)門(mén)”的話，那么加載器就是“修行在個(gè)人”了。在加載器中，你完全可以決定如何來(lái)加載以及執(zhí)行一個(gè)模塊。這里的決定，不僅僅是加載和執(zhí)行模塊本身，你甚至可以修改一個(gè)模塊：

In[1]:importsys

...:fromtypesimportModuleType

...:fromimportlib.machineryimportModuleSpec

...:fromimportlib.abcimportMetaPathFinder,Loader

...:

...:classModule(ModuleType):

...:def__init__(self,name):

...:self.x=1

...:self.name=name

...:

...:classExampleLoader(Loader):

...:defcreate_module(self,spec):

...:returnModule(spec.name)

...:

...:defexec_module(self,module):

...:module.y=2

...:

...:classExampleFinder(MetaPathFinder):

...:deffind_spec(self,fullname,path,target=None):

...:returnModuleSpec('module',ExampleLoader())

...:

...:sys.meta_path=[ExampleFinder()]

In[2]:importmodule

In[3]:module

Out[3]:)>

In[4]:module.x

Out[4]:1

In[5]:module.y

Out[5]:2

從上面的例子可以看到，一個(gè)加載器通常有兩個(gè)重要的方法create_module和exec_module需要實(shí)現(xiàn)。如果實(shí)現(xiàn)了exec_module方法，那么create_module則是必須的。如果這個(gè)import機(jī)制是由import語(yǔ)句發(fā)起的，那么create_module方法返回的模塊對(duì)象對(duì)應(yīng)的變量將會(huì)被綁定到當(dāng)前的局部變量中。如果一個(gè)模塊因此成功被加載了，那么它將被緩存到sys.modules。如果這個(gè)模塊再次被加載，那么sys.modules的緩存將會(huì)被直接引用。

以上內(nèi)容為大家介紹了Python的import機(jī)制，希望對(duì)大家有所幫助，如果想要了解更多Python相關(guān)知識(shí)，請(qǐng)關(guān)注IT培訓(xùn)機(jī)構(gòu):千鋒教育。