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Python 的 import 机制
2023-11-12 13:35:00
1.1什么是import机制?
通常来讲，在一段Python代码中去执行引用另一个模块中的代码，就需要使用Python的import机制。import语句是触发import机制最常用的手段，但并不是唯一手段。
importlib.import_module和__import__函数也可以用来引入其他模块的代码。
1.2import是如何执行的?
import语句会执行两步操作：
搜索需要引入的模块
将模块的名字做为变量绑定到局部变量中
搜索步骤实际上是通过__import__函数完成的，而其返回值则会作为变量被绑定到局部变量中。下面我们会详细聊到__import__函数是如果运作的。
二、import机制概览
下图是import机制的概览图。不难看出，当import机制被触发时，Python首先会去sys.modules中查找该模块是否已经被引入过，如果该模块已经被引入了，就直接调用它，否则再进行下一步。这里sys.modules可以看做是一个缓存容器。值得注意的是，如果sys.modules中对应的值是None那么就会抛出一个ModuleNotFoundError异常。下面是一个简单的实验：
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找到了对应的module，并且这个import是由import语句触发的，那么下一步将对把对应的变量绑定到局部变量中。
如果没有发现任何缓存，那么系统将进行一个全新的import过程。在这个过程中Python将遍历sys.meta_path来寻找是否有符合条件的元路径查找器(metapathfinder)。sys.meta_path是一个存放元路径查找器的列表。它有三个默认的查找器：
内置模块查找器
冻结模块(frozenmodule)查找器
基于路径的模块查找器。
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方法决定了该查找器是否能处理要引入的模块并返回一个ModeuleSpec对象，这个对象包含了用来加载这个模块的相关信息。如果没有合适的ModuleSpec对象返回，那么系统将查看sys.meta_path的下一个元路径查找器。如果遍历sys.meta_path都没有找到合适的元路径查找器，将抛出ModuleNotFoundError。引入一个不存在的模块就会发生这种情况，因为sys.meta_path中所有的查找器都无法处理这种情况：
In[1]:importnosuchmodule
---------------------------------------------------------------------------
ModuleNotFoundErrorTraceback(mostrecentcalllast)
in
---->1importnosuchmodule
ModuleNotFoundError:Nomodulenamed'nosuchmodule'
但是，如果这个手动添加一个可以处理这个模块的查找器，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，当我们告诉系统如何去find_spec的时候，是不会抛出ModuleNotFound异常的。但是要成功加载一个模块，还需要加载器loader。
加载器是ModuleSpec对象的一个属性，它决定了如何加载和执行一个模块。如果说ModuleSpec对象是“师父领进门”的话，那么加载器就是“修行在个人”了。在加载器中，你完全可以决定如何来加载以及执行一个模块。这里的决定，不仅仅是加载和执行模块本身，你甚至可以修改一个模块：
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
从上面的例子可以看到，一个加载器通常有两个重要的方法create_module和exec_module需要实现。如果实现了exec_module方法，那么create_module则是必须的。如果这个import机制是由import语句发起的，那么create_module方法返回的模块对象对应的变量将会被绑定到当前的局部变量中。如果一个模块因此成功被加载了，那么它将被缓存到sys.modules。如果这个模块再次被加载，那么sys.modules的缓存将会被直接引用。
以上内容为大家介绍了Python的import机制，希望对大家有所帮助，如果想要了解更多Python相关知识，请关注我们
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