Как это работает:

Обратите внимание, что мы используем всё то же обозначение точкой для доступа к элементам модуля. Python повсеместно использует одно и то же обозначение точкой, придавая ему таким образом характерный “Python-овый” вид и не вынуждая нас изучать всё новые и новые способы делать что-либо.

Вот версия, использующая синтаксис from..import (сохраните как mymodule_demo2.py):

from mymodule import sayhi, __version__

sayhi()
print('Версия', __version__)

Вывод: mymodule_demo2.py такой же, как и mymodule_demo.py.

Обратите внимание, что если в модуле, импортирующем данный модуль, уже было объявлено имя __version__, возникнет конфликт. Это весьма вероятно, так как объявлять версию любого модуля при помощи этого имени – общепринятая практика. Поэтому всегда рекомендуется отдавать предпочтение оператору import, хотя это и сделает вашу программу немного длиннее.

Вы могли бы также использовать:

from mymodule import *

Это импортирует все публичные имена, такие как sayhi, но не импортирует __version__, потому что оно начинается с двойного подчёркивания

Дзэн Python Одним из руководящих принципов в Python является “Явное лучше Неявного”. Выполните команду “import this”, чтобы узнать больше, а также просмотрите это обсуждение, в котором приводятся примеры по каждому из принципов.

Функция dir

Встроенная функция dir() возвращает список имён, определяемых объектом. Например, для модуля в этот список входят функции, классы и переменные, определённые в этом модуле.

Эта функция может принимать аргументы. Если в качестве аргумента указано имя модуля, она возвращает список имён, определённых в этом модуле. Если никакого аргумента не передавать, она вернёт список имён, определённых в текущем модуле.

Пример:

$ python3

>>> import sys # получим список атрибутов модуля 'sys'

>>> dir(sys)
['__displayhook__', '__doc__', '__excepthook__', '__name__', '__package__', '__s
tderr__', '__stdin__', '__stdout__', '_clear_type_cache', '_compact_freelists',
'_current_frames', '_getframe', 'api_version', 'argv', 'builtin_module_names', '
byteorder', 'call_tracing', 'callstats', 'copyright', 'displayhook', 'dllhandle'
, 'dont_write_bytecode', 'exc_info', 'excepthook', 'exec_prefix', 'executable',
'exit', 'flags', 'float_info', 'getcheckinterval', 'getdefaultencoding', 'getfil
esystemencoding', 'getprofile', 'getrecursionlimit', 'getrefcount', 'getsizeof',
'gettrace', 'getwindowsversion', 'hexversion', 'intern', 'maxsize', 'maxunicode
', 'meta_path', 'modules', 'path', 'path_hooks', 'path_importer_cache', 'platfor
m', 'prefix', 'ps1', 'ps2', 'setcheckinterval', 'setprofile', 'setrecursionlimit
', 'settrace', 'stderr', 'stdin', 'stdout', 'subversion', 'version', 'version_in
fo', 'warnoptions', 'winver']

>>> dir() # получим список атрибутов текущего модуля
['__builtins__', '__doc__', '__name__', '__package__', 'sys']

>>> a = 5 # создадим новую переменную 'a'

>>> dir()
['__builtins__', '__doc__', '__name__', '__package__', 'a', 'sys']

>>> del a # удалим имя 'a'

>>> dir()
['__builtins__', '__doc__', '__name__', '__package__', 'sys']

>>>

Как это работает:

Сперва мы видим результат применения dir к импортированному модулю sys. Видим огромный список атрибутов, содержащихся в нём.

Затем мы вызываем функцию dir, не передавая ей параметров. По умолчанию, она возвращает список атрибутов текущего модуля. Обратите внимание, что список импортированных модулей также входит туда.

Чтобы пронаблюдать за действием dir, мы определяем новую переменную a и присваиваем ей значение, а затем снова вызываем dir. Видим, что в полученном списке появилось дополнительное значение. Удалим переменную/атрибут из текущего модуля при помощи оператора del, и изменения вновь отобразятся на выводе функции dir.

Замечание по поводу del: этот оператор используется для удаления переменной/имени, и после его выполнения, в данном случае – del a, к переменной a больше невозможно обратиться – её как будто никогда и не было.

Обратите внимание, что функция dir() работает для любого объекта. Например, выполните “dir('print')”, чтобы увидеть атрибуты функции print, или “dir(str)”, чтобы увидеть атрибуты класса str.

Пакеты

К настоящему времени вы, вероятно, начали наблюдать некоторую иерархию в организации ваших программ. Переменные обычно находятся в функциях. Функции и глобальные переменные обычно находятся в модулях. А что, если возникнет необходимость как-то организовать модули? Вот здесь-то и выходят на сцену пакеты.

Пакеты – это просто каталоги с модулями и специальным файлом __init__.py, который показывает Python, что этот каталог особый, так как содержит модули Python.

Представим, что мы хотим создать пакет под названием “world” с субпакетами “asia”, “africa” и т.д., которые, в свою очередь, будут содержать модули “india”, “madagascar” и т.д.

Для этого следовало бы создать следующую структуру каталогов:

| - <некоторый каталог из sys.path>/
| |---- world/
| |---- __init__.py
| |---- asia/
| | |---- __init__.py
| | |---- india/
| | |---- __init__.py
| | |---- foo.py
| |---- africa/
| |---- __init__.py
| |---- madagascar/
| |---- __init__.py
| |---- bar.py

Пакеты – это удобный способ иерархически организовать модули. Такое часто встречается в стандартной библиотеке.

Резюме

Точно так же, как функции являются многократно используемыми фрагментами программ, модули являются многократно используемыми программами. Пакеты – это способ иерархической организации модулей. Стандартная библиотека Python является примером такого набора пакетов и модулей.

Мы увидели, как пользоваться этими модулями и создавать свои.

Далее мы познакомимся с некоторыми интересными концепциями, называемыми “структуры данных”.

Примечания

[1] Инициализация – ряд действий, производимых при начальной загрузке (прим. перев.)
[2] IDE – от англ. “Integrated Development Environment” – “интегрированная среда разработки” (прим. перев.)
[3] “we are arguments” – англ. “мы аргументы” (прим. перев.)
[4] Программу на интерпретируемом языке программирования также называют сценарием или скриптом (прим. перев.)
[5] name - англ. “имя” (прим. перев.)

➿ ГЛАВА VI
СТРУКТУРЫ ДАННЫХ

Структуры данных

Структуры данных – это, по сути, и есть структуры, которые могут хранить некоторые данные вместе. Другими словами, они используются для хранения связанных данных.

В Python существуют четыре встроенных структуры данных: список, кортеж, словарь и множество. Посмотрим, как ими пользоваться, и как они могут облегчить нам жизнь.

Список

Список[1] – это структура данных, которая содержит упорядоченный набор элементов, т.е. хранит последовательность элементов. Это легко представить, если вспомнить список покупок, в котором перечисляется, что нужно купить, с тем лишь исключением, что в списке покупок каждый элемент обычно размещается на отдельной строке, тогда как в Python они разделяются запятыми.

Список элементов должен быть заключён в квадратные скобки, чтобы Python понял, что это список. Как только список создан, можно добавлять, удалять или искать элементы в нём. Поскольку элементы можно добавлять и удалять, мы говорим, что список – это изменяемый тип данных, т.е. его можно модифицировать.

Краткое введение в объекты и классы

Хотя я и старался до сих пор оттянуть обсуждение объектов и классов, на данном этапе всё же необходимо некоторое пояснение, чтобы вы лучше поняли идею списков. Мы изучим эту тему детально в её собственной главе.

Список – это один из примеров использования объектов и классов. Когда мы назначаем некоторой переменной i значение, скажем, целое число 5, это можно представить себе как создание объекта (т.е. экземпляра) i класса (т.е. типа) int. Чтобы лучше понять это, прочитайте help(int).

Класс может также иметь методы, т.е. функции, определённые для использования только применительно к данному классу. Этот функционал будет доступен только когда имеется объект данного класса. Например, Python предоставляет метод append для класса list, который позволяет добавлять элемент к концу списка. Так mylist.append('and item') добавит эту строку к списку mylist. Обратите внимание на обозначение точкой для доступа к методам объектов.

Класс также может иметь поля, которые представляют собой не что иное, как переменные, определённые для использования только применительно к данному классу. Эти переменные/имена можно использовать только тогда, когда имеется объект этого класса. Доступ к полям также осуществляется при помощи точки. Например, mylist.field.

Пример: (сохраните как using_list.py)

# Это мой список покупок
shoplist = ['яблоки', 'манго', 'морковь', 'бананы']

print('Я должен сделать', len(shoplist), 'покупки.')

print('Покупки:', end=' ')
for item in shoplist:
print(item, end=' ')

print('\nТакже нужно купить риса.')
shoplist.append('рис')
print('Теперь мой список покупок таков:', shoplist)

print('Отсортирую-ка я свой список')
shoplist.sort()
print('Отсортированный список покупок выглядит так:', shoplist)

print('Первое, что мне нужно купить, это', shoplist[0])
olditem = shoplist[0]
del shoplist[0]
print('Я купил', olditem)
print('Теперь мой список покупок:', shoplist)

Вывод:

$ python3 using_list.py
Я должен сделать 4 покупки.

Покупки: яблоки манго морковь бананы
Также нужно купить риса.
Теперь мой список покупок таков: ['яблоки', 'манго', 'морковь', 'бананы', 'рис']
Отсортирую-ка я свой список
Отсортированный список покупок выглядит так: ['бананы', 'манго', 'морковь', 'рис', 'яблоки']
Первое, что мне нужно купить, это бананы
Я купил бананы
Теперь мой список покупок: ['манго', 'морковь', 'рис', 'яблоки']

Как это работает:

Переменная shoplist – это список покупок человека, идущего на рынок. В shoplist мы храним только строки с названиями того, что нужно купить, однако в список можно добавлять любые объекты, включая числа или даже другие списки.

Мы также использовали цикл for..in для итерации по элементам списка. Вы уже, наверное, поняли, что список является также и последовательностью. Особенности последовательностей будут рассмотрены ниже.

Обратите внимание на использование ключевого аргумента end в функции print, который показывает, что мы хотим закончить вывод пробелом вместо обычного перевода строки.

Далее мы добавляем элемент к списку при помощи append – метода объекта списка, который уже обсуждался ранее. Затем мы проверяем, действительно ли элемент был добавлен к списку, выводя содержимое списка на экран при помощи простой передачи этого списка функции print, которая аккуратно его печатает.

Затем мы сортируем список, используя метод sort объекта списка. Имейте в виду, что этот метод действует на сам список, а не возвращает изменённую его версию. В этом отличие от того, как происходит работа со строками. Именно это имеется в виду, когда мы говорим, что списки изменяемы, а строки – неизменяемы.

Далее после совершения покупки мы хотим удалить её из списка. Это достигается применением оператора del. Мы указываем, какой элемент списка мы хотим удалить, и оператор del удаляет его. Мы указываем, что хотим удалить первый элемент списка, и поэтому пишем “del shoplist[0]” (помните, что Python начинает отсчёт с 0).


Чтобы узнать более детально обо всех методах объекта списка, просмотрите help(list).

Кортеж

Кортежи служат для хранения нескольких объектов вместе. Их можно рассматривать как аналог списков, но без такой обширной функциональности, которую предоставляет класс списка. Одна из важнейших особенностей кортежей заключается в том, что они неизменяемы, так же, как и строки. Т.е. модифицировать кортежи невозможно.

Кортежи обозначаются указанием элементов, разделённых запятыми; по желанию их можно ещё заключить в круглые скобки.

Кортежи обычно используются в тех случаях, когда оператор или пользовательская функция должны наверняка знать, что набор значений, т.е. кортеж значений, не изменится.

Пример: (сохраните как using_tuple.py)

zoo = ('питон', 'слон', 'пингвин') # помните, что скобки не обязательны
print('Количество животных в зоопарке -', len(zoo))

new_zoo = 'обезьяна', 'верблюд', zoo
print('Количество клеток в зоопарке -', len(new_zoo))
print('Все животные в новом зоопарке:', new_zoo)
print('Животные, привезённые из старого зоопарка:', new_zoo[2])
print('Последнее животное, привезённое из старого зоопарка -', new_zoo[2][2])
print('Количество животных в новом зоопарке -', len(new_zoo)-1+len(new_zoo[2]))

Вывод:

$ python3 using_tuple.py
Количество животных в зоопарке - 3
Количество клеток в зоопарке - 3
Все животные в новом зоопарке: ('обезьяна', 'верблюд', ('питон', 'слон', 'пингвин'))
Животные, привезённые из старого зоопарка: ('питон', 'слон', 'пингвин')
Последнее животное, привезённое из старого зоопарка - пингвин
Количество животных в новом зоопарке - 5

Как это работает:

Переменная zoo обозначает кортеж элементов. Как мы видим, функция len позволяет получить длину кортежа. Это также указывает на то, что кортеж является последовательностью.

Теперь мы перемещаем этих животных в новый зоопарк, поскольку старый зоопарк закрывается. Поэтому кортеж new_zoo содержит тех животных, которые уже там, наряду с привезёнными из старого зоопарка. Возвращаясь к реальности, обратите внимание на то, что кортеж внутри кортежа не теряет своей индивидуальности.

Доступ к элементам кортежа осуществляется указанием позиции элемента, заключённой в квадратные скобки – точно так же, как мы это делали для списков. Это называется оператором индексирования. Доступ к третьему элементу в new_zoo мы получаем, указывая new_zoo[2], а доступ к третьему элементу внутри третьего элемента в кортеже new_zoo – указывая new_zoo[2][2]. Это достаточно просто, как только вы поймёте принцип.


Скобки: Хотя скобки и не являются обязательными, я предпочитаю всегда указывать их, чтобы было очевидно, что это кортеж, особенно в двусмысленных случаях. Например, print(1,2,3) и print( (1,2,3) ) делают разные вещи: первое выражение выводит три числа, тогда как второе – кортеж, содержащий эти три числа.

Кортеж, содержащий 0 или 1 элемент: Пустой кортеж создаётся при помощи пустой пары скобок – “myempty = ()”. Однако, с кортежем из одного элемента не всё так просто. Его нужно указывать при помощи запятой после первого (и единственного) элемента, чтобы Python мог отличить кортеж от скобок, окружающих объект в выражении. Таким образом, чтобы получить кортеж, содержащий элемент 2, вам потребуется указать “singleton = (2,)”.

Замечание для программистов на Perl: Список внутри списка не теряет своей индивидуальности, т.е. списки не развёртываются, как в Perl. Это же относится к кортежу внутри кортежа, или кортежу внутри списка, или списку внутри кортежа и т.д. В Python все они рассматриваются как объекты, хранящиеся внутри другого объекта – только и всего.

Словарь

Словарь – это некий аналог адресной книги, в которой можно найти адрес или контактную информацию о человеке, зная лишь его имя; т.е. некоторые ключи (имена) связаны со значениями (информацией). Заметьте, что ключ должен быть уникальным – вы ведь не сможете получить корректную информацию, если у вас записаны два человека с полностью одинаковыми именами.

Обратите также внимание на то, что в словарях в качестве ключей могут использоваться только неизменяемые объекты (как строки), а в качестве значений можно использовать как неизменяемые, так и изменяемые объекты. Точнее говоря, в качестве ключей должны использоваться только простые объекты.

Пары ключ-значение указываются в словаре следующим образом: “d = {key1 : value1, key2 : value2 }”. Обратите внимание, что ключ и значение разделяются двоеточием, а пары друг от друга отделяются запятыми, а затем всё это заключается в фигурные скобки.

Помните, что пары ключ-значение никоим образом не упорядочены в словаре. Если вам необходим некоторый порядок, вам придётся отдельно отсортировать словарь перед обращением к нему.

Словари являются экземплярами/объектами класса dict.

Пример: (сохраните как using_dict.py)

# 'ab' - сокращение от 'a'ddress'b'ook

ab = { 'Swaroop' : 'swaroop@swaroopch.com',
'Larry' : 'larry@wall.org',
'Matsumoto' : 'matz@ruby-lang.org',
'Spammer' : 'spammer@hotmail.com'
}

print("Адрес Swaroop'а:", ab['Swaroop'])

# Удаление пары ключ-значение
del ab['Spammer']

print('\nВ адресной книге {0} контакта\n'.format(len(ab)))

for name, address in ab.items():
print('Контакт {0} с адресом {1}'.format(name, address))

# Добавление пары ключ-значение
ab['Guido'] = 'guido@python.org'

if 'Guido' in ab:
print("\nАдрес Guido:", ab['Guido'])

Вывод:

$ python3 using_dict.py
Адрес Swaroop'а: swaroop@swaroopch.com

В адресной книге 3 контакта

Контакт Swaroop с адресом swaroop@swaroopch.com
Контакт Matsumoto с адресом matz@ruby-lang.org
Контакт Larry с адресом larry@wall.org

Адрес Guido: guido@python.org

Как это работает:

Мы создаём словарь ab[2] при помощи обозначений, описанных ранее. Затем мы обращаемся к парам ключ-значение, указывая ключ в операторе индексирования, которым мы пользовались для списков и кортежей. Как видите, синтаксис прост.

Удалять пары ключ-значение можно при помощи нашего старого доброго оператора del. Мы просто указываем имя словаря и оператор индексирования для удаляемого ключа, после чего передаём это оператору del. Для этой операции нет необходимости знать, какое значение соответствует данному ключу.

Далее мы обращаемся ко всем парам ключ-значение нашего словаря, используя метод items, который возвращает список кортежей, каждый из которых содержит пару элементов: ключ и значение. Мы получаем эту пару и присваиваем её значение переменным name и address соответственно в цикле for..in, а затем выводим эти значения на экран в блоке for.

Новые пары ключ-значение добавляются простым обращением к нужному ключу при помощи оператора индексирования и присваиванием ему некоторого значения, как мы сделали для Guido в примере выше.

Проверить, существует ли пара ключ-значение, можно при помощи оператора in.

Чтобы просмотреть список всех методов класса dict смотрите help(dict).

Ключевые Аргументы и Словари: К слову, если вы использовали ключевые аргументы в ваших функциях, вы уже использовали словари! Только подумайте: вы указали пару ключ-значение среди параметров функции при её определении, а когда обращаетесь к переменным внутри функции, то это, фактически, обращение по ключу к словарю (который в терминах разработчиков компиляторов называется таблицей имён).

Последовательности

Списки, кортежи и строки являются примерами последовательностей. Но что такое последовательности и что в них такого особенного?

Основные возможности – это проверка принадлежности (т.е. выражения “in” и “not in”) и оператор индексирования, позволяющий получить напрямую некоторый элемент последовательности.

Все три типа последовательностей, упоминавшиеся выше (списки, кортежи и строки), также предоставляют операцию получения вырезки, которая позволяет получить вырезку последовательности, т.е. её фрагмент.

Пример: (сохраните как seq.py)

shoplist = ['яблоки', 'манго', 'морковь', 'бананы']
name = 'swaroop'

# Операция индексирования
print('Элемент 0 -', shoplist[0])
print('Элемент 1 -', shoplist[1])
print('Элемент 2 -', shoplist[2])
print('Элемент 3 -', shoplist[3])
print('Элемент -1 -', shoplist[-1])
print('Элемент -2 -', shoplist[-2])
print('Символ 0 -', name[0])

# Вырезка из списка
print('Элементы с 1 по 3:', shoplist[1:3])
print('Элементы с 2 до конца:', shoplist[2:])
print('Элементы с 1 по -1:', shoplist[1:-1])
print('Элементы от начала до конца:', shoplist[:])

# Вырезка из строки
print('Символы с 1 по 3:', name[1:3])
print('Символы с 2 до конца:', name[2:])
print('Символы с 1 до -1:', name[1:-1])
print('Символы от начала до конца:', name[:])

Вывод:

$ python3 seq.py
Элемент 0 - яблоки
Элемент 1 - манго
Элемент 2 - морковь
Элемент 3 - бананы
Элемент -1 - бананы
Элемент -2 - морковь
Символ 0 - s
Элементы с 1 по 3: ['манго', 'морковь']
Элементы с 2 до конца: ['морковь', 'бананы']
Элементы с 1 по -1: ['манго', 'морковь']
Элементы от начала до конца: ['яблоки', 'манго', 'морковь', 'бананы']
Символы с 1 по 3: wa
Символы с 2 до конца: aroop
Символы с 1 до -1: waroo
Символы от начала до конца: swaroop

Как это работает:

Прежде всего, мы видим, как использовать индексы для получения отдельных элементов последовательности. Это ещё называют приписыванием индекса. Когда мы указываем число в квадратных скобках после последовательности, как показано выше, Python извлекает элемент, соответствующий указанной позиции в последовательности. Помните, что Python начинает отсчёт с 0. Поэтому shoplist[0] извлекает первый элемент, а shoplist[3] – четвёртый элемент последовательности shoplist.

Индекс также может быть отрицательным числом. В этом случае позиция отсчитывается от конца последовательности. Поэтому shoplist[-1] указывает на последний элемент последовательности shoplist, а shoplist[-2] – на предпоследний.

Операция вырезки производится при помощи указания имени последовательности, за которым может следовать пара чисел, разделённых двоеточием и заключённых в квадратные скобки. Заметьте, как это похоже на операцию индексирования, которой мы пользовались до сих пор. Помните, что числа в скобках необязательны, тогда как двоеточие – обязательно.

Первое число (перед двоеточием) в операции вырезки указывает позицию, с которой вырезка должна начинаться, а второе число (после двоеточия) указывает, где вырезка должна закончиться. Если первое число не указано, Python начнёт вырезку с начала последовательности. Если пропущено второе число, Python закончит вырезку у конца последовательности. Обратите внимание, что полученная вырезка будет начинаться с указанной начальной позиции, а заканчиваться прямо перед указанной конечной позицией, т.е. начальная позиция будет включена в вырезку, а конечная – нет.

Таким образом, shoplist[1:3] возвращает вырезку из последовательности, начинающуюся с позиции 1, включает позицию 2, но останавливается на позиции 3, и поэтому возвращает вырезку из двух элементов. Аналогично, shoplist[:] возвращает копию всей последовательности.

Вырезка может осуществляться и с отрицательными значениями. Отрицательные числа обозначают позицию с конца последовательности. Например, shoplist[:-1] вернёт вырезку из последовательности, исключающую последний элемент, но содержащую все остальные.

Кроме того, можно также указать третий аргумент для вырезки, который будет обозначать шаг вырезки (по умолчанию шаг вырезки равен 1):