Python 的 import 机制

发布时间:2022-04-07 09:41:29 人气:88 作者:多测师

  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。

  1.2 import 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]: import sys

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

  In [3]: import os

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

  ModuleNotFoundError Traceback (most recent call last)

  in

  ----> 1 import os

  ModuleNotFoundError: import of os halted; None in sys.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(meta path finder)。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(frozen module)查找器

  基于路径的模块查找器。

  In [1]: import sys

  In [2]: sys.meta_path

  Out[2]:

  [_frozen_importlib.BuiltinImporter,

  _frozen_importlib.FrozenImporter,

  _frozen_importlib_external.PathFinder]

Python 的 import 机制

  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]: import nosuchmodule

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

  ModuleNotFoundError Traceback (most recent call last)

  in

  ----> 1 import nosuchmodule

  ModuleNotFoundError: No module named '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]: import sys

  ...:

  ...: from importlib.abc import MetaPathFinder

  ...: from importlib.machinery import ModuleSpec

  ...:

  ...: class NoSuchModuleFinder(MetaPathFinder):

  ...: def find_spec(self, fullname, path, target=None):

  ...: return ModuleSpec('nosuchmodule', None)

  ...:

  ...: # don't do this in your script

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

  ...:

  ...: import nosuchmodule

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

  ImportError Traceback (most recent call last)

  in

  11 sys.meta_path = [NoSuchModuleFinder()]

  12

  ---> 13 import nosuchmodule

  ImportError: missing loader

  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]: import sys

  ...: from types import ModuleType

  ...: from importlib.machinery import ModuleSpec

  ...: from importlib.abc import MetaPathFinder, Loader

  ...:

  ...: class Module(ModuleType):

  ...: def __init__(self, name):

  ...: self.x = 1

  ...: self.name = name

  ...:

  ...: class ExampleLoader(Loader):

  ...: def create_module(self, spec):

  ...: return Module(spec.name)

  ...:

  ...: def exec_module(self, module):

  ...: module.y = 2

  ...:

  ...: class ExampleFinder(MetaPathFinder):

  ...: def find_spec(self, fullname, path, target=None):

  ...: return ModuleSpec('module', ExampleLoader())

  ...:

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

  In [2]: import module

  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,请关注多测师。https://www.e70w.com/xwzx/


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