Python 的 import 是怎么工作的？
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2022-04-14 05:20
你好，我是 somenzz，可以叫我征哥。
Python 的 import 是非常直观的，但即使这样，有时候你会发现，明明包就在那里，我们仍会遇到 ModuleNotFoundError，明明相对路径非常正确，就是报错
ImportError: attempted relative import with no known parent package
导入同一个目录的模块和不同的目录的模块是完全不同的，本文通过分析使用 import 经常遇到的一些问题，来帮助你轻松搞定 import ，据此，你可以轻松创建属于自己的包。
主要内容：
0、什么是模块（module），什么是包（package）
1、import 时发生了什么
2、什么时候用相对导入，什么时候用绝对导入
3、一个自定义包的例子
0、什么是模块（module），什么是包（package）
模块（module）
模块与包的关系，可以类比文件和目录，模块就是文件。
Python 文档中这样描述，一个 Python 文件就是一个模块，Python 的文件名（不带后缀.py）就是模块名。
一个 module 可以包含变量、函数和类，它们是该 module 定义的命名空间的一部分，因此变量的命名问题不是问题，因为两个不同的模块可以有同名的变量、函数和类。
包（package）
模块与包的关系，可以类比文件和目录，包就是目录。
package 里面可以有 module，也可以有子包（sub-package）。一个模块定义一个命名空间，以便变量、函数和类可以在两个不同的模块中具有相同的名称，同样的，一个包对其组成的包和模块做同样的事情，可以通过点号访问主包中的模块和包。
一个基本的 package 可以包含 sub-package、modules、__init__.py(Python 3.3 之后非必需)、setup.py。一个可能的 package 结构如下所示：
而 setup.py 存在于你的 package 所在的主目录中，包含配置信息，如所需的依赖项、脚本和子包。你还可以指定有关 package 的元数据，例如 package 的名称、作者、描述等。
setup.py 是 pip 用来安装你的包的文件。
1、import 时发生了什么
先举一个简单的例子，比如说同一个目录有两个文件，file1.py 和 file2.py，内容很简单，就打印各自的文件名，不同的是 file2.py 里面 import 了 file1:
#file1.py
print("This is file1.py")
#file2.py
print("This is file2.py")
import file1
运行 file2.py 可以得到下面的结果：
❯ python file2.py
This is file2.py
This is file1.py
可以看出：
import 很直观，用谁就 import 谁。 import 语句就是一个普通的语句，可以放在任何位置。 一个文件被 import 的时候，就会被执行，其内部的类或对象将添加到其命名空间。
我们还要知道 import 的搜索顺序，只需要记住一点，那就是 import 会去 sys.path 里面搜索。
比如我在 file2.py 的末尾添加一行代码：import sys; print(sys.path) 就可以打印 import 的搜索路径：
可以看出 sys.path 的顺序
会先搜索执行脚本所在的路径 标准库 第三方库 site-packages
关于 sys.path 需要你注意的是
1、在解释器环境下，sys.path[0] 就是解释器启动时所在的路径 ''
2、sys.path 并不会依赖当前程序的工作路径 - os.getcwd()，仅仅依赖第一个脚本所在的路径：
3、如果一个模块导入另一个模块，而后者又导入另一个模块，则第一个模块的 sys.path 是解释器搜索第二个导入语句的位置。
一旦模块或包被找到，就会执行该模块或包。如果包里面有初始化文件 __init__.py，导入的时候，会先执行 __init__.py。
然后要导入的项目就添加到了其命名空间内，我们可以通过 xx.yy 的方式来使用。
2、什么时候用相对导入，什么时候用绝对导入
先看看什么是绝对导入，所谓绝对导入就是这样的形式：
import aa
import aa.bb
from aa import bb
这样的方式很直观， import 会去 sys.path 查找就行了，如果遇到了 ModuleNotFoundError，思考一下为什么 sys.path 没有我们要导入的包，或者手动把这个包的路径插入到 sys.path 中去。
再看看什么是相对导入，所谓相对导入就是这样的形式：
from . import aa
from .aa import bb
from .. import yy
也就是说相对路径中有个 . 号，用来表明要导入的模块或当前的包的相对位置。
举个例子，我们 pythonimportexample 目录下新建一个目录 subpackage1，在 subpackage1 内新建两个文件 file3.py、file4.py，
内容如下：
file3.py :
print("This is file3.py")
file4.py
from . import file3
print("This is file4.py")
只要我们直接运行 file4.py，那是一定会报错的：
Python 提示我们：
ImportError: attempted relative import with no known parent package
也就是说相对导入不知道父包是谁，换句话说，这是一个子包，必须让父包来调用它，直接运行这个文件是不行的，即使你在 file4.py 的目录 subpackage1 同级的目录执行该文件也是不行的，见上图。
但是在 file4.py 的目录 subpackage1 同级的目录作为一个 module 来执行是可以的，如下图：
换句话说，我们把 subpackage1 作为一个包来让别人用，相对导入是可以的，比如说我们在目录 subpackage1 同级的目录新建一个 file5.py 的文件，内容如下：
file5.py:
from subpackage1 import file4
然后，执行 python file5.py 可以看出，相对导入已经正常工作：
结论
如果是当做脚本文件直接运行的，使用绝对导入 如果是当做模块供其他文件导入，使用相对导入
3、一个自定义包的例子
先上一个图来看下目录及引用结构，方块的是目录，椭圆的是文件，曲线是引用：
其中 import_example 目录下有 setup.py 和 run.py
run.py 导入了 file4、file5、file6。
file4 导入了 file3，file5 导入了 file3
file6 导入了 file2，file2 导入了 file1
现在我们来执行一下 run.py 看下效果：
可以看出所有相对导入都已正常工作，虽然 file3 被导入了两次，但只执行了一次，说明 Python 内部已经考虑了同一个包的多重导入问题。
自定义包就是让其他文件导入使用的，因此 pythonimportexample目录下都使用相对导入，源代码见：
https://gitee.com/somenzz/code-example/tree/master/import_example
这里还有一些自定义包的例子：
dbinterface[1]
transferfile[2]
最后的话
本文分享了什么是模块（module），什么是包（package），import 的搜索路径，也分享了相对导入和绝对导入的区别，最后举了一个非常实用的 import 例子，方便你构建自己的包。
参考资料
dbinterface: https://github.com/somenzz/dbinterface
[2]transferfile: https://github.com/somenzz/transferfile
