# Отчет по теме 8. Модули и структурирование программы   

***Цель работы: Изучение способов разработки программ, состоящих из нескольких частей – модулей, и обеспечения взаимодействия этих частей при выполнении программы.***  

Терехов Фёдор Валерьевич, А-01-23  


## 1. 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.*  

### 1.1. Запуск модуля на выполнение путем его импорта.  

Файл Mod1.py:  
```python
perm1=input('Mod1:Введите значение = ')
print('Mod1:Значение perm1=',perm1)
```

Класс и атрибуты объекта Mod1:  
```shell
<class 'module'>
['__builtins__', '__cached__', '__doc__', '__file__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'perm1']
```

```python
print('perm1=',Mod1.perm1)
```

Ответ программы:  
```shell
Mod1:Значение perm1= 3
perm1= 3
```

### 1.2. Атрибут sys.modules.  

>Импортированные модули заносятся в словарь – значение атрибута sys.modules.  Их можно увидеть по инструкции.  

```python
print("До удаления модуля Mod1:",sorted(sys.modules.keys()))
sys.modules.pop('Mod1')
print("После удаления модуля Mod1:",sorted(sys.modules.keys()))
import Mod1
print("После восстановления модуля Mod1:",sorted(sys.modules.keys()))
sys.modules.pop('Mod1')
print("После повторного удаления модуля Mod1:",sorted(sys.modules.keys()))
```

Ответ программы:  
```shell
До удаления модуля Mod1: ['Mod1', 'Mod2', '__main__', '_abc', '_bootlocale', '_codecs', '_collections_abc', '_frozen_importlib', '_frozen_importlib_external', '_imp', '_io', '_locale', '_signal', '_sitebuiltins', '_stat', '_thread', '_warnings', '_weakref', 'abc', 'builtins', 'codecs', 'encodings', 'encodings.aliases', 'encodings.cp437', 'encodings.latin_1', 'encodings.utf_8', 'genericpath', 'io', 'marshal', 'math', 'os', 'os.path', 'posix', 'posixpath', 'site', 'stat', 'sys', 'time', 'zipimport']
После удаления модуля Mod1: ['Mod2', '__main__', '_abc', '_bootlocale', '_codecs', '_collections_abc', '_frozen_importlib', '_frozen_importlib_external', '_imp', '_io', '_locale', '_signal', '_sitebuiltins', '_stat', '_thread', '_warnings', '_weakref', 'abc', 'builtins', 'codecs', 'encodings', 'encodings.aliases', 'encodings.cp437', 'encodings.latin_1', 'encodings.utf_8', 'genericpath', 'io', 'marshal', 'math', 'os', 'os.path', 'posix', 'posixpath', 'site', 'stat', 'sys', 'time', 'zipimport']
Mod1:Введите значение = 3
Mod1:Значение perm1= 3
После восстановления модуля Mod1: ['Mod1', 'Mod2', '__main__', '_abc', '_bootlocale', '_codecs', '_collections_abc', '_frozen_importlib', '_frozen_importlib_external', '_imp', '_io', '_locale', '_signal', '_sitebuiltins', '_stat', '_thread', '_warnings', '_weakref', 'abc', 'builtins', 'codecs', 'encodings', 'encodings.aliases', 'encodings.cp437', 'encodings.latin_1', 'encodings.utf_8', 'genericpath', 'io', 'marshal', 'math', 'os', 'os.path', 'posix', 'posixpath', 'site', 'stat', 'sys', 'time', 'zipimport']
После повторного удаления модуля Mod1: ['Mod2', '__main__', '_abc', '_bootlocale', '_codecs', '_collections_abc', '_frozen_importlib', '_frozen_importlib_external', '_imp', '_io', '_locale', '_signal', '_sitebuiltins', '_stat', '_thread', '_warnings', '_weakref', 'abc', 'builtins', 'codecs', 'encodings', 'encodings.aliases', 'encodings.cp437', 'encodings.latin_1', 'encodings.utf_8', 'genericpath', 'io', 'marshal', 'math', 'os', 'os.path', 'posix', 'posixpath', 'site', 'stat', 'sys', 'time', 'zipimport']
```

### 1.3. Запуск модуля на выполнение с помощью функции exec().  

>Запуск модуля на выполнение может быть произведен с использованием ранее изученной функции exec. При этом модуль не требуется импортировать. Функция exec действует так, как будто на месте обращения к ней в программу вставлен код из объекта-аргумента функции. 
**Внимание: объект-модуль при этом не создается! Созданные при выполнении модуля объекты становятся объектами главной программы!**  

```python
import Mod1
import os

exec(open(os.getcwd() + '/TEMA8/Mod1.py').read())
exec(open(os.getcwd() + '/TEMA8/Mod1.py').read())
exec(open(os.getcwd() + '/TEMA8/Mod1.py').read())
```

Ответ программы:  
```shell
Mod1:Введите значение = 1
Mod1:Значение perm1= 1
Mod1:Введите значение = 2
Mod1:Значение perm1= 2
Mod1:Введите значение = 3
Mod1:Значение perm1= 3
Mod1:Введите значение = 1
Mod1:Значение perm1= 1
```

### 1.4. Использование инструкции from … import ….  

>В одном модуле может содержаться несколько программных единиц (например, функций или пользовательских объектов). Тогда можно осуществлять импорт модуля не целиком, а только часть содержащихся в нем объектов.  

```python
from Mod1 import perm1
print('perm1=',perm1)
print(dir())
```

Ответ программы:  
```shell
Mod1:Введите значение = 1
Mod1:Значение perm1= 1
perm1= 1
['__annotations__', '__builtins__', '__cached__', '__doc__', '__file__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'perm1']
```

* *Объект Mod1 не появился в памяти. При использовании from Mod1 import perm1 импортируется только функция perm1, но не сам модуль.*  
* *Модуль выполнился полностью. При импорте любого объекта из модуля весь модуль выполняется один раз.*  
* *Объект perm1 ссылается на функцию perm1 из модуля Mod1. После выполнения from Mod1 import perm1 мы можем напрямую вызывать perm1() без указания имени модуля.*  

```python
from Mod2 import beta
g=beta(2)
print(g)
print(dir())
```

Ответ программы:  
```shell
****BETA****
535.4916555247646
['__annotations__', '__builtins__', '__cached__', '__doc__', '__file__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'beta', 'g', 'perm1']
```

*Объект Mod2 не появился в памяти. При использовании from Mod2 import beta импортируется только функция beta, но не сам модуль.*  

```python
alpha()
```

```shell
Traceback (most recent call last):
  File "/Users/fedorterekhov/Library/Mobile Documents/com~apple~CloudDocs/Учёба/3 курс/POAS_labs/python-labs/TEMA8/task1.4.py", line 9, in <module>
    alpha()
NameError: name 'alpha' is not defined
```

*Функция alpha не была импортированна из Mod2, код выдаёт ошибку.*  

```python
from Mod2 import alpha as al
print(dir())
```

```shell
['__annotations__', '__builtins__', '__cached__', '__doc__', '__file__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'al', 'beta', 'g', 'perm1']
```

*Из Mod2 была импортирована функция alpha как al, поэтому в памяти есть объект с названием al, но он выполняет действия функции alpha.*  

```python
del al,beta
print("После первого удаления:", dir())
from Mod2 import alpha as al, beta as bt
print("После добавления al и bt:", dir())
del al,bt
print("После второго удаления:", dir())
from Mod2 import *
tt=alpha()  #На запрос введите значение 0.12
uu=beta(float(tt))
print(uu)
```

Ответ программы:  
```shell
После первого удаления: ['__annotations__', '__builtins__', '__cached__', '__doc__', '__file__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'g', 'perm1']
После добавления al и bt: ['__annotations__', '__builtins__', '__cached__', '__doc__', '__file__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'al', 'bt', 'g', 'perm1']
После второго удаления: ['__annotations__', '__builtins__', '__cached__', '__doc__', '__file__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'g', 'perm1']
****ALPHA****
Значение t=0.12
****BETA****
1.4578913609506803
```

## 2. Создание многомодульных программ.  

### 2.1. Пример простой многомодульной программы.  

Mod0:  
```python
#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)
```

```python
import Mod0
print("Mod0.qq:", Mod0.qq)
print("Mod0.tt:", Mod0.tt)
print("Mod0.Mod1.perm1:", Mod0.Mod1.perm1)
```

Ответ программы:  
```shell
Mod1:Введите значение = 1
Mod1:Значение perm1= 1
perm1= 1
****ALPHA****
Значение t=1
tt= 1
****BETA****
qq= 23.140692632779267
Mod0.qq: 23.140692632779267
Mod0.tt: 1
Mod0.Mod1.perm1: 1
```

### 2.2. Многомодульная программа.  

Модуль MM1:  
```python
def realdvig(xtt,kk1,TT,yti1,ytin1):
		#Модель реального двигателя
		yp=kk1*xtt  #усилитель
		yti1=yp+yti1  #Интегратор
		ytin1=(yti1+TT*ytin1)/(TT+1)
		return [yti1,ytin1]

def tahogen(xtt,kk2,yti2):
		#Модель тахогенератора
		yp=kk2*xtt   #усилитель
		yti2=yp+yti2 #интегратор
		return yti2

def nechus(xtt,gran):
#зона нечувствит
    if xtt<gran and xtt>(-gran):
        ytt=0
    elif xtt>=gran:
        ytt=xtt-gran
    elif xtt<=(-gran):
        ytt=xtt+gran
    return ytt
```

Модуль MM2:  
```python
znach=input('k1,T,k2,Xm,A,F,N=').split(',')
k1=float(znach[0])
T=float(znach[1])
k2=float(znach[2])
Xm=float(znach[3])
A=float(znach[4])
F=float(znach[5])
N=int(znach[6])

import math
vhod=[]
for i in range(N):
	vhod.append(A*math.sin((2*i*math.pi)/F))

import MM1 as mod
yi1=0;yin1=0;yi2=0
vyhod=[]
for xt in vhod:
	xt1=xt-yi2   #отрицательная обратная связь
	[yi1,yin1]=mod.realdvig(xt1,k1,T,yi1,yin1)
	yi2=mod.tahogen(yin1,k2,yi2)
	yt=mod.nechus(yin1,Xm)
	vyhod.append(yt)
```

Ответ программы:  
```shell
k1,T,k2,Xm,A,F,N=2.0,5.0,0.5,0.3,1.0,20.0,15
[0, 0, 0.06760452541690626, 0.4793408756948438, 0.931148162040943, 1.2274710293386355, 1.1233305479712674, 0.400902344081069, -0.42732659995249095, -2.4154244800859455, -4.520514725079971, -6.022685151402792, -6.061564289571653, -3.8945172200444302, 0.16254138526353118]
```

Модуль MM0:  
```python
import MM2
print('y=',MM2.vyhod)
```

Ответ программы:  
```shell
k1,T,k2,Xm,A,F,N=2.0,5.0,0.5,0.3,1.0,20.0,15   
y= [0, 0, 0.06760452541690626, 0.4793408756948438, 0.931148162040943, 1.2274710293386355, 1.1233305479712674, 0.400902344081069, -0.42732659995249095, -2.4154244800859455, -4.520514725079971, -6.022685151402792, -6.061564289571653, -3.8945172200444302, 0.16254138526353118]
```

### 2.3. Области действия объектов в модулях.  

>В ранее созданных модулях вводятся и используются следующие объекты:
Mod1: perm1
Mod2: функции alpha, beta; переменные t, expi
Mod0: переменные tt,qq
Проведите следующие эксперименты:
>- Попробуйте вставить в функции alpha обращение к функции beta и, наоборот, из beta – к alpha.
>- Попробуйте отобразить на экране в модуле Mod0 значения объектов t и expi.
>- Попробуйте в модуле Mod0 увеличить в 3 раза значение объекта perm1 и отобразить его после этого на экране.
>- Попробуйте в командной строке (в главном модуле) увеличить в 2 раза значения объектов perm1, tt, qq.  
Обобщите результаты экспериментов и сделайте выводы об областях действия объектов.  

- *Попробуйте вставить в функции alpha обращение к функции beta и, наоборот, из beta – к alpha.*  

Mod2.py:  
```python
import math
def alpha():
    print('****ALPHA****')
    t=input('Значение t=')
    result_beta = beta(float(t))
    return t

def beta(q):
    print('****BETA****')
    expi=q*math.pi
    alpha_result = alpha()
    return math.exp(expi)
```

Программа запуска:  
```python
from Mod2 import alpha, beta
alpha()
beta(2)
```

Ответ программы:  
```shell
****ALPHA****
Значение t=1
****BETA****
****ALPHA****
Значение t=1
****BETA****
****ALPHA****
Значение t=1
****BETA****
****ALPHA****
Значение t=1
****BETA****
****ALPHA****
Значение t=1
****BETA****
****ALPHA****
Значение t=1
****BETA****
****ALPHA****
Значение t=1
****BETA****
****ALPHA****
Значение t=1
****BETA****
****ALPHA****
Значение t=1
****BETA****
****ALPHA****
Значение t=^Z
zsh: suspended  /usr/bin/python3
```

В конце завершил действие программы комбинацией *"contol+z"*.  

***Вывод: программа попадает в бесконечную рекурсию (зацикливание).***  

- *Попробуйте отобразить на экране в модуле Mod0 значения объектов t и expi.*  

Mod0.py:  
```python
#Модуль Mod0
import Mod1
print('perm1=',Mod1.perm1)
from Mod2 import alpha as al
tt=al()
import Mod2
print(Mod2.t)   #отображение t
print(Mod2.expi)    #отображение expi
print('tt=',tt)
from Mod2 import beta
qq=beta(float(tt))
print('qq=',qq)
```

Ответ программы:  
```shell
Mod1:Введите значение = 1
Mod1:Значение perm1= 1
perm1= 1
****ALPHA****
Значение t=1
Traceback (most recent call last):
  File "/Users/fedorterekhov/Library/Mobile Documents/com~apple~CloudDocs/Учёба/3 курс/POAS_labs/python-labs/TEMA8/Mod0.py", line 7, in <module>
    print(Mod2.t)   #отображение t
AttributeError: module 'Mod2' has no attribute 't'
```

***Вывод: программа завершается с ошибкой AttributeError, потому что пытается обратиться к локальным переменным функций как к атрибутам модуля.***  

- *Попробуйте в модуле Mod0 увеличить в 3 раза значение объекта perm1 и отобразить его после этого на экране.*  

Mod0.py:  
```python
#Модуль Mod0
import Mod1
print('perm1=',Mod1.perm1)
Memory=Mod1.perm1
Mod1.perm1=Mod1.perm1*3
print('Увеличенное perm1=',Mod1.perm1)
Mod1.perm1=Memory
Mod1.perm1=int(Mod1.perm1)*3
print('Увеличенное perm1 как инт=',Mod1.perm1)
from Mod2 import alpha as al
tt=al()
import Mod2
print('tt=',tt)
from Mod2 import beta
qq=beta(float(tt))
print('qq=',qq)
```

Ответ программы:  
```shell
Mod1:Введите значение = 1
Mod1:Значение perm1= 1
perm1= 1
Увеличенное perm1= 111
Увеличенное perm1 как инт= 3
****ALPHA****
Значение t=1
tt= 1
****BETA****
qq= 23.140692632779267
```

***Вывод: значение perm1 сохраняется как строка, а не как число. Чтобы увеличить его в 3 раза, необходимо преобразовать perm1 в число.***  

- *Попробуйте в командной строке (в главном модуле) увеличить в 2 раза значения объектов perm1, tt, qq.*  

```python
import Mod0

from Mod1 import perm1
from Mod0 import tt, qq
perm1 *= 2 
tt *= 2
qq *= 2
print(perm1, tt, qq)
```

Ответ программы:  
```shell
Mod1:Введите значение = 1
Mod1:Значение perm1= 1
perm1= 1
****ALPHA****
Значение t=1
tt= 1
****BETA****
qq= 23.140692632779267
11 11 46.281385265558534
```

***Вывод: perm1 и tt - строки, при их умножении на два строки удваиваются. qq - численная переменная, при умножении на два удваивается именно значение числа.***