15 KiB
Отчет по теме 8
Коломейцев Дмитрий, А-02-23
Модули и структурирование программы
1. Установка рабочего каталога. Создание рабочего протокола.
В оболочке IDLE установил актуальный рабочий каталог, а затем в нём создал рабочий протокол.
2. Создание и использование модулей в среде Python.
Модулем в среде Python называется любая часть программного кода на этом языке, записанная в отдельном файле. В языке Python модули также являются объектами класса module.
Для дальнейшей работы с многомодульными программами были подключены ещё два важных модуля: sys и importlib. Также была проверена корректность установки рабочего каталога.
>>> import sys, importlib
>>> os.getcwd()
'/home/s0ba4/mpei/python-labs/TEMA8'
2.1. Запуск модуля на выполнение через import.
С помощью текстового редактора оболочки IDLE в текущем рабочем каталоге был создан файл Mod1.py, содержимое которого представлено ниже.
Созданный модуль был запущен с помощью инструкции import:
>>> import Mod1
Mod1: Введите значение = 5
Mod1: Значение perm1 = 5
>>> type(Mod1) # Определение класса модуля
<class 'module'>
>>> dir(Mod1) # Получение списка атрибутов модуля
['__builtins__', '__cached__', '__doc__', '__file__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'perm1']
>>> Mod1.perm1 # Обращение к переменной perm из модуля Mod1
'5'
Повторный запуск модуля с помощью import не происходит, однако при использовании функции reload из импортированного ранее модуля importlib всё работает как надо:
>>> import Mod1 # Ничего не происходит
>>> importlib.reload(Mod1)
Mod1:Введите значение = 5
Mod1:Значение perm1= 5
<module 'Mod1' from '/home/s0ba4/mpei/python-labs/TEMA8/Mod1.py'>
>>> Mod1.perm1
'3'
2.2. Обнаружение импортированных модулей.
Импортированные модули заносятся в словарь - значение атрибута sys.modules, поэтому их можно увидеть с помощью инструкции keys().
>>> print(sorted(sys.modules.keys()))
['Mod1', '__future__', '__main__', '_abc', '_ast', '_bisect', '_bz2', '_codecs', '_collections', '_collections_abc', ...., 'xml.parsers.expat.errors', 'xml.parsers.expat.model', 'zipimport', 'zlib']
Для обеспечения возможности повторного импорта модуля, его нужно удалить из словаря с помощью метода pop():
>>> sys.modules.pop("Mod1")
<module 'Mod1' from '/home/s0ba4/mpei/python-labs/TEMA8/Mod1.py'>
>>> print(sorted(sys.modules.keys()))
['__future__', '__main__', '_abc', '_ast', '_bisect', '_bz2', '_codecs', '_collections', '_collections_abc', ...., 'xml.parsers.expat.errors', 'xml.parsers.expat.model', 'zipimport', 'zlib']
>>> import Mod1
Mod1: Введите значение = 123
Mod1: Значение perm1 = 123
>>> sys.modules.pop("Mod1")
<module 'Mod1' from '/home/s0ba4/mpei/python-labs/TEMA8/Mod1.py'>
2.3. Запуск модуля на выполнение с помощью exec().
Запуск модуля на выполнение может проводиться и с помощью инструкции exec(), однако объект-модуль при этом не создается, а всё созданные при выполнении модуля объекты становятся объектами главной программы.
exec(open("Mod1.py").read())
Mod1:Введите значение = 52
Mod1:Значение perm1= 52
perm1
'52'
exec(open("Mod1.py").read())
Mod1:Введите значение = 1337
Mod1:Значение perm1= 1337
perm1
'1337'
exec(open("Mod1.py").read())
Mod1:Введите значение = 3295297524.423452345234.523452345dffd
Mod1:Значение perm1= 3295297524.423452345234.523452345dffd
perm1
'3295297524.423452345234.523452345dffd'
2.4. Использование инструкции from ... import ....
В одном модуле может содержаться несколько программных единиц, поэтому иногда бывает целесообразней осуществлять не импорт модуля целиком, а только некоторой его части. Это можно сделать с помощью следующей конструкции:
from <Имя модуля> import <Имя объектов для импорта>
>>> from Mod1 import perm1
Mod1: Введите значение = 123
Mod1: Значение perm1 = 123
>>> dir()
['__annotations__', '__builtins__', '__doc__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', '__warningregistry__', 'importlib', 'os', 'perm1', 'sys']
>>> "Mod1" in dir() # Модуль Mod1 не появился в памяти
False
>>> perm1 # Переменная модуля стала переменной главной программы с введенным значением
'123'
Был создан еще один модуль Mod2.py:
С помощью изученного метода импортирования частей модуля, была импортирована функция beta модуля Mod2.py, а затем проверено её наличие и наличие самого модуля в памяти.
>>> from Mod2 import beta
>>> g = beta(2)
****BETA****
>>> g
535.4916555247646
>>> dir()
['__annotations__', '__builtins__', '__doc__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', '__warningregistry__', 'beta', 'g', 'importlib', 'os', 'perm1', 'sys']
>>> "Mod2" in dir()
False
>>> alpha() # Функци alpha не была импортирована, поэтому к ней нельзя обратиться
Traceback (most recent call last):
File "<pyshell#48>", line 1, in <module>
alpha()
NameError: name 'alpha' is not defined
Импортировать части модуля можно с заданными им псевдонимами, по которым можно в дальнейшем к ним обращаться:
>>> from Mod2 import alpha as al
>>> al()
****ALPHA****
Значение t = 1000
'1000'
>>> del al, beta
>>> from Mod2 import alpha as al, beta as bt
>>> del al, bt
>>> from Mod2 import *
>>> tt = alpha()
****ALPHA****
Значение t = 0.12
>>> uu = beta(float(tt))
****BETA****
>>> uu
1.4578913609506803
3. Создание многомодульных программ.
3.1. Пример простой многомодульной программы.
Создан еще один модуль Mod0.py, содержащий программу, вызывающую ранее созданные модули Mod1.py и Mod2.py.
Теперь программа состоит из нескольких модулей, которые работают вместе:
>>> sys.modules.pop("Mod1")
<module 'Mod1' from '/home/s0ba4/mpei/python-labs/TEMA8/Mod1.py'>
>>> sys.modules.pop("Mod2")
<module 'Mod2' from '/home/s0ba4/mpei/python-labs/TEMA8/Mod2.py'>
>>> import Mod0
perm1 = 5
****ALPHA****
Значение t = 52
tt = 52
****BETA****
qq = 8.862788791286627e+70
>>> Mod0.tt; Mod0.qq; Mod0.Mod1.perm1
'52'
8.862788791286627e+70
'5'
3.2. Создание многомодульной программы на примере функций из Темы 7.
Еще одним примером многомодульной программы может послужить реализованная в Теме 7 модель системы, состоящей из реального двигателя, тахогенератора и звена типа "Зона нечувствительности".
Все функции, описывающие работу устройств определены в модуль MM1.py:
Функции, обеспечивающие ввод параметров, формирование входного сигнала и реализацию модели расчета выходного сигнала, записаны в модуль MM2.py:
Наконец, главная программа, запускающая на выполнение остальные модули и выводящая полученный результат, записана в модуль MM0.py:
Пример работы такой многомодульной программы:
>>> import MM0
k1, T, k2, Xm, A, F, N = 6, 5, 3, 6, 4, 52, 25
y = [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, -1.9291370981109637, 0.13848804176909013, 13.773276599801669, -20.0742209249815, -37.123925111537424, 87.28337537839631, 71.75055146715692, -291.6798616834719, -74.07241570986423, 865.8067910312374, -174.03948221659053, -2355.7884307777927, 1593.9444577623474, 5875.070618240176, -7209.234247700489, -13141.442258853853, 26326.31674573709, 24651.970202679335]
3.3. Области действия объектов в модулях.
Объекты в модулях обладают определенными зонами действия, что будет рассматриваться в последующих примерах.
Пример 1:
Обращение изнутри одной функции к другой в рамках одного модуля:
def alpha():
print("****ALPHA****")
print("Вызов функции beta из функции alpha:", beta(0))
t = input("Значение t = ")
return t
>>> import Mod2
>>> Mod2.alpha()
****ALPHA****
****BETA****
Вызов функции beta из функции alpha: 1.0
Значение t = 123
'123'
Аналогичный пример для второй функции:
def beta(q):
print("****BETA****")
print("Вызов функции alpha из функции beta:", alpha())
import math
expi = q * math.pi
return math.exp(expi)
>>> import Mod2
>>> Mod2.beta(4)
****BETA****
****ALPHA****
Значение t = 5
Вызов функции alpha из функции beta: 5
286751.31313665316
Пример 2:
Отображение во внешнем модуле объектов внутреннего модуля:
# Модуль Mod0
import Mod1
print("perm1 =", Mod1.perm1)
from Mod2 import alpha as al
tt = al()
print("tt =", tt)
from Mod2 import beta
qq = beta(float(tt))
print("qq =", qq)
print("t =", t)
print("expi =", expi)
>>> import Mod0
Mod1: Введите значение = 1
Mod1: Значение perm1 = 1
perm1 = 1
****ALPHA****
Значение t = 2
tt = 2
****BETA****
qq = 535.4916555247646
Traceback (most recent call last):
File "<pyshell#106>", line 1, in <module>
import Mod0
File "/home/s0ba4/mpei/python-labs/TEMA8/Mod0.py", line 10, in <module>
print("t =", t, " expi =", expi)
NameError: name 't' is not defined. Did you mean: 'tt'?
При закомментировании обращения к переменной t, всё равно будет ошибка, так как переменная expi также определена в другом модуле и напрямую доступа к ней нет.
>>> import Mod0
Mod1: Введите значение = 1
Mod1: Значение perm1 = 1
perm1 = 1
****ALPHA****
Значение t = 2
tt = 2
****BETA****
qq = 535.4916555247646
Traceback (most recent call last):
File "<pyshell#111>", line 1, in <module>
import Mod0
File "/home/s0ba4/mpei/python-labs/TEMA8/Mod0.py", line 11, in <module>
print("expi =", expi)
NameError: name 'expi' is not defined
Пример 3:
Изменение значений объектов внутреннего модуля во внешнем модуле:
# Модуль Mod0
import Mod1
print("perm1 =", Mod1.perm1)
from Mod2 import alpha as al
tt = al()
print("tt =", tt)
from Mod2 import beta
qq = beta(float(tt))
print("qq =", qq)
Mod1.perm1 *= 3
print("perm1 * 3 =", Mod1.perm1)
Данный код будет работать, так как обращение к перменной perm1 происходит не напрямую, а с указанием родительского модуля - Mod1.
>>> import Mod0
Mod1: Введите значение = 1
Mod1: Значение perm1 = 1
perm1 = 1
****ALPHA****
Значение t = 2
tt = 2
****BETA****
qq = 535.4916555247646
perm1 * 3 = 111 #
Пример 4:
Изменение значений объектов модуля из командной строки:
>>> import Mod0
Mod1: Введите значение = 3
Mod1: Значение perm1 = 3
perm1 = 3
****ALPHA****
Значение t = 2
tt = 2
****BETA****
qq = 535.4916555247646
>>> perm1 *= 2
Traceback (most recent call last):
File "<pyshell#121>", line 1, in <module>
perm1 *= 2
NameError: name 'perm1' is not defined
>>> tt *= 2
Traceback (most recent call last):
File "<pyshell#122>", line 1, in <module>
tt *= 2
NameError: name 'tt' is not defined
>>> qq *= 2
Traceback (most recent call last):
File "<pyshell#123>", line 1, in <module>
qq *= 2
NameError: name 'qq' is not defined
Вывод:
Объекты, определённые внутри модуля, принадлежат его внутренней области видимости, поэтому к ним можно обращаться напрямую только внутри самого модуля. Во внешних программах доступ к таким переменным возможен только через указание имени модуля, то есть родителя.
4. Завершение работы со средой.
Сохранил файлы отчета в своем рабочем каталоге и закончил сеанс работы с IDLE.