六個Python開發(fā)者很少用到但功能強(qiáng)大的模塊
一、前言
每種流行的通用編程語言都有一個功能豐富、組織良好的標(biāo)準(zhǔn)庫，可以幫助開發(fā)者使用預(yù)先開發(fā)的函數(shù)或類來提高編碼效率。一些編程語言提供預(yù)導(dǎo)入的對象或函數(shù)來訪問標(biāo)準(zhǔn)庫，例如JavaScript。而有些語言則提供單獨的可導(dǎo)入模塊。Python的標(biāo)準(zhǔn)庫中有許多有用的預(yù)開發(fā)的可導(dǎo)入模塊，提供各種自解釋的類和函數(shù)。
每個Python開發(fā)者通常都了解一些流行的通用標(biāo)準(zhǔn)庫模塊，如re、datetime、math、random等。這些只是Python標(biāo)準(zhǔn)庫提供的眾多模塊中的一小部分。Python提供了許多內(nèi)置的標(biāo)準(zhǔn)模塊，可以提高編碼效率，并減少外部依賴。
在這篇文章中，將列舉一些鮮為人知但很有幫助的內(nèi)置Python標(biāo)準(zhǔn)庫模塊，可以使用它們來提高編碼效率!
二、使用ipaddress模塊處理IP地址數(shù)據(jù)
開發(fā)者經(jīng)常使用Python創(chuàng)建DevOps自動化腳本和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)程序，因此存儲和操作IP地址數(shù)據(jù)成為Python中的一般需求。內(nèi)置的ipaddress模塊為IPv4和IPv6提供了預(yù)開發(fā)的類，用于存儲和操作IP地址和網(wǎng)絡(luò)配置。
例如，你可以從字符串或整數(shù)創(chuàng)建一個IPv4地址對象，如下所示。
import ipaddress
addr_1 = ipaddress.ip_address('192.150.1.2')
addr_2 = ipaddress.ip_address(202)
print(addr_1) # 192.150.1.2
print(addr_2) # 0.0.0.202
print(type(addr_1)) #我們可以使用傳統(tǒng)的算術(shù)運算符與IP地址對象進(jìn)行比較和數(shù)據(jù)操作。例如，你可以增加/減少和比較IP地址對象，如以下代碼片段所示。
import ipaddress
addr = ipaddress.ip_address('192.150.1.2')
print(addr + 2) # 192.150.1.4
print(addr - 10) # 192.150.0.248
print(addr - 2 == ipaddress.ip_address('192.150.1.0') ) # True
print(addr <= ipaddress.ip_address('192.150.1.0') ) # False該模塊還允許你使用CIDR表示法來處理計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，并提供網(wǎng)絡(luò)配置。例如，以下代碼片段將打印192.150.100.0/24網(wǎng)絡(luò)配置中的所有可用主機(jī)IP。
import ipaddress
net = ipaddress.ip_network('192.150.100.0/24')
print(type(net)) #
for h in net.hosts():
print(h)三、使用cmd模塊創(chuàng)建交互式shell
有兩種類型的命令行界面（CLI）程序：基于進(jìn)程的程序和交互式shell。基于進(jìn)程的CLI程序通常提供各種命令和選項來執(zhí)行進(jìn)程，這些進(jìn)程在執(zhí)行后會終止CLI程序。與此同時，交互式CLI程序通過運行一個永無止境的命令執(zhí)行循環(huán)來接受命令。官方的Python REPL是一個很好的交互式shell示例。
內(nèi)置的cmd模塊提供了一個預(yù)先開發(fā)的類，用于在Python中創(chuàng)建交互式shell。你可以用自己的Python類擴(kuò)展cmd.Cmd類，并按如下方式執(zhí)行命令。
import cmd
class Calc(cmd.Cmd):
prompt = 'calc > '
intro = 'Welcome to Calc. Use add, sub, and help commands'
def do_add(self, args):
'Adds two integers and returns the result'
a, b = map(int, args.split())
print(a + b)
def do_sub(self, args):
'Subtracts two integers and returns the result'
a, b = map(int, args.split())
print(a - b)
if __name__ == '__main__':
Calc().cmdloop()上述交互式CLI程序?qū)崿F(xiàn)了add和sub命令，每個命令接受兩個參數(shù)。例如，你可以輸入add 10 5來執(zhí)行10和5的算術(shù)加法運算。這個命令行shell創(chuàng)建類非常靈活，而且可以自定義——它允許你自定義提示符和歡迎信息，如上面的代碼片段所示。
該模塊還能自動創(chuàng)建幫助命令，打印每條命令的相關(guān)信息，通過運行可用命令來嘗試使用上面的代碼。
使用cmd模塊創(chuàng)建的交互式shell示例
你可以通過創(chuàng)建一個帶有do_前綴的函數(shù)來添加新命令，并為幫助命令使用doc注釋。cmd模塊并不能以開發(fā)者友好的方式解析命令行選項，但毫無疑問，你可以將argparse模塊與cmd集成，以實現(xiàn)可用命令的選項。
四、使用decimal和fractions模塊進(jìn)行算術(shù)處理
通常，每種流行的編程語言都提供了內(nèi)置的浮點類型來表示浮點數(shù)。但是，這些內(nèi)置的浮點數(shù)在內(nèi)部使用C語言的硬件級double或float數(shù)據(jù)類型，該類型使用IEEE-754標(biāo)準(zhǔn)浮點表示法。這種標(biāo)準(zhǔn)會導(dǎo)致某些十進(jìn)制數(shù)四舍五入的問題。
print(0.1 + 0.2 == 0.3) # False
print(0.1 + 0.2) # 0.30000000000000004內(nèi)置的decimal模塊提供了另一種基于軟件的實現(xiàn)方式，可以處理小數(shù)，而不會出現(xiàn)四舍五入的問題，從而使小數(shù)計算更加精確。
from decimal import Decimal
print(Decimal('0.1') + Decimal('0.2')) # 0.3從上面的示例中可以看出，你可以對十進(jìn)制對象使用傳統(tǒng)的算術(shù)運算符。
內(nèi)置的fractions模塊可以幫助我們存儲和計算有理數(shù)。該模塊提供的Fraction類具有以下構(gòu)造函數(shù)，可以輕松創(chuàng)建有理數(shù)。
class fractions.Fraction(numerator=0, denominator=1)
class fractions.Fraction(other_fraction)
class fractions.Fraction(float)
class fractions.Fraction(decimal)
class fractions.Fraction(string)如以下代碼片段所示，F(xiàn)raction類也可以使用與Decimal類類似的算術(shù)運算符。
from fractions import Fraction
print(Fraction('1/2') + Fraction('1/6')) # 2/3
print(Fraction(1, 8) * 2) # 1/4
print(Fraction(0.1) / Fraction(0.2)) # 1/2fractions模塊利用math標(biāo)準(zhǔn)模塊中的一些函數(shù)，基于Python實現(xiàn)。
分?jǐn)?shù)加法的源代碼
五、使用Enum模塊創(chuàng)建枚舉
大多數(shù)編程語言都提供內(nèi)置的枚舉類型，用于創(chuàng)建一組可以輕松賦值給其他標(biāo)識符的常量。例如，你可以使用枚舉對象表示工作日或預(yù)定義的顏色集。過去，Python沒有提供創(chuàng)建枚舉的內(nèi)置方式，因此開發(fā)者不得不使用常量、字典和自定義枚舉類等替代方法。
Python在3.4版本中引入了標(biāo)準(zhǔn)的enum模塊，提供了一個功能完備的解決方案來創(chuàng)建枚舉值。
enum模塊支持基于類和函數(shù)的方式初始化枚舉集。
from enum import Enum
class AppMode(Enum):
DEBUG = 1
PRODUCTION = 2
TEST = 3
mode = AppMode.DEBUG
print(mode == AppMode.DEBUG) # True
Priority = Enum('Priority', ['LOW', 'MEDIUM', 'CRITICAL'])
print([e.name for e in Priority]) # ['LOW', 'MEDIUM', 'CRITICAL']你甚至可以使用這個模塊的Flag類創(chuàng)建支持位運算的標(biāo)志。這個功能在開發(fā)Python庫時非常有幫助，可以創(chuàng)建支持位運算的選項。
請看下面的例子，它使用位運算在單個標(biāo)識符上存儲了多個標(biāo)志值。
from enum import Flag, auto
class LauncherConfig(Flag):
CENTERED_WINDOW = auto()
SHOW_FRAME = auto()
DARK_THEME = auto()
config = LauncherConfig.SHOW_FRAME | LauncherConfig.DARK_THEME
print(config) # LauncherConfig.DARK_THEME|SHOW_FRAME
print(LauncherConfig.DARK_THEME in config) # True六、使用inspect模塊進(jìn)行生產(chǎn)力式元編程
元編程指的是一種將程序結(jié)構(gòu)本身作為數(shù)據(jù)處理的編程概念。元編程概念通過減少特定開發(fā)需求所需的代碼行數(shù)來幫助提高編碼效率。例如，你可以通過檢查對象的方法來調(diào)用對象的所有可用方法，而不必手工靜態(tài)編寫每個類的方法。
Python提供了一些內(nèi)置函數(shù)用于基本的元編程。它還提供了功能豐富的inspect模塊用于高級元編程需求。
請看下面的代碼片段，它調(diào)用了一個簡單對象的所有方法。
import inspect
class A:
def a(self):
print('a')
def b(self):
print('b')
def c(self):
print('c')
a = A()
for _, m in inspect.getmembers(a, predicate=inspect.ismethod):
m() # a b c這個模塊提供了一種高效的方式來檢查可調(diào)用函數(shù)。請看下面的示例代碼片段，它將在控制臺上打印函數(shù)參數(shù)。
import inspect
def display(name: str, score: int = 50):
print('Hello %s, your score is %d.' % (name, score))
sig = inspect.signature(display)
for p in sig.parameters.values():
print(p)signature()函數(shù)使用有序字典數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)返回給定可調(diào)用函數(shù)的所有參數(shù)。它提取參數(shù)名稱、類型提示和默認(rèn)值，如下圖所示。
使用inspect模塊檢查函數(shù)參數(shù)
PythonFire開源項目利用inspect模塊將Python源代碼轉(zhuǎn)換為功能齊全的命令行程序，可以嘗試使用inspect模塊構(gòu)建一些超棒的程序。
七、使用textwrap和colorsys便利模塊
有時，編程語言提供預(yù)先開發(fā)的函數(shù)或類來實現(xiàn)流行的通用算法，以提高開發(fā)者的工作效率。Python提供了包含文本包裝算法的textwrap模塊和包含顏色系統(tǒng)轉(zhuǎn)換算法的colorsys模塊。
textwrap模塊提供了預(yù)先開發(fā)的函數(shù)，用于對文本數(shù)據(jù)進(jìn)行包裝、縮短、縮進(jìn)和刪除。請看下面這段代碼，它對一個長段落進(jìn)行了包裝。
import textwrap
s = 'Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Aliquam pulvinar tellus sit amet libero viverra feugiat. Curabitur id ultrices metus. Donec lacinia, turpis et fermentum porta, nisl turpis eleifend orci, vel bibendum sapien massa et nisi'
print(textwrap.fill(s, width=50))上述代碼片段根據(jù)給定的寬度應(yīng)用了換行字符，并打印出格式正確的段落，如下所示。
使用Python中的textwrap模塊包裝段落
該模塊還提供了一個函數(shù)，可根據(jù)給定的字符數(shù)和后綴縮短長段落，如以下代碼片段所示。
print(textwrap.shorten(s, 20, placeholder='...'))
# Lorem ipsum dolor...Python還通過colorsys模塊提供了幾個顏色轉(zhuǎn)換方便函數(shù)，用于在流行的顏色系統(tǒng)(如RGB、HSV等)之間轉(zhuǎn)換顏色值。
請看下面的示例代碼片段，它將HSV顏色值轉(zhuǎn)換為RGB。
import colorsys
print(colorsys.hsv_to_rgb(1, 0.5, 0.2)) # (0.2, 0.1, 0.1)該模塊沒有提供內(nèi)置函數(shù)將這些0-1縮放的值轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制表示法，但你可以通過將值乘以255來輕松完成轉(zhuǎn)換。
import colorsys
print('#%.2x%.2x%.2x' % tuple(round(x * 255) \
for x in colorsys.hsv_to_rgb(1, 0.5, 0.2))) # #331a1a
