Python3 标准库概览¶
Python 标准库非常庞大，所提供的组件涉及范围十分广泛，使用标准库我们可以轻松地完成各种任务。标准库是 Python 安装包的一部分，无需额外安装即可使用。
标准库的重要性¶
- 内置功能：无需安装第三方库即可完成常见任务
- 跨平台兼容：在 Windows、Linux、macOS 等系统上表现一致
- 性能优化：经过长期优化，性能稳定可靠
- 官方维护：由 Python 核心团队维护，质量有保障
核心模块介绍¶
1. os 模块¶
os 模块提供了许多与操作系统交互的函数。
主要功能： - 文件和目录操作 - 进程管理 - 环境变量访问 - 路径操作
示例代码：
import os
# 获取当前工作目录
current_dir = os.getcwd()
print(f"当前目录: {current_dir}")
# 列出目录内容
files = os.listdir('.')
print(f"目录内容: {files}")
# 创建目录
os.makedirs('new_folder', exist_ok=True)
# 获取环境变量
home_dir = os.environ.get('HOME', '未设置')
print(f"家目录: {home_dir}")
# 路径拼接
file_path = os.path.join('folder', 'subfolder', 'file.txt')
print(f"完整路径: {file_path}")
2. sys 模块¶
sys 模块提供了与 Python 解释器和系统相关的功能。
主要功能： - 命令行参数处理 - 标准输入输出操作 - Python 解释器信息 - 退出程序
示例代码：
import sys
# 获取命令行参数
print(f"脚本名称: {sys.argv[0]}")
print(f"参数列表: {sys.argv[1:]}")
# Python 版本信息
print(f"Python 版本: {sys.version}")
print(f"版本信息: {sys.version_info}")
# 模块搜索路径
print(f"模块路径: {sys.path}")
# 标准输入输出
sys.stdout.write("Hello from sys.stdout\n")
sys.stderr.write("Error message\n")
# 退出程序
if len(sys.argv) < 2:
sys.exit("缺少必要参数")
3. time 模块¶
time 模块提供了处理时间的函数。
主要功能： - 获取当前时间 - 时间格式化 - 延时操作 - 时间戳转换
示例代码：
import time
# 获取当前时间戳
timestamp = time.time()
print(f"当前时间戳: {timestamp}")
# 时间格式化
local_time = time.localtime(timestamp)
formatted_time = time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", local_time)
print(f"格式化时间: {formatted_time}")
# 延时
print("开始延时...")
time.sleep(2) # 延时2秒
print("延时结束")
# 性能计时
start_time = time.perf_counter()
# 执行一些操作
for i in range(1000000):
pass
end_time = time.perf_counter()
print(f"执行时间: {end_time - start_time:.6f} 秒")
4. datetime 模块¶
datetime 模块提供了更高级的日期和时间处理函数。
主要功能： - 日期时间对象 - 时间差计算 - 时区处理 - 日期格式化
示例代码：
from datetime import datetime, timedelta, timezone
# 当前时间
now = datetime.now()
print(f"当前时间: {now}")
# 特定时间
date_obj = datetime(2023, 12, 25, 10, 30, 0)
print(f"特定时间: {date_obj}")
# 时间差计算
tomorrow = now + timedelta(days=1)
print(f"明天: {tomorrow}")
# 时间格式化
formatted = now.strftime("%Y年%m月%d日 %H时%M分%S秒")
print(f"中文格式: {formatted}")
# 时区处理
utc_time = datetime.now(timezone.utc)
print(f"UTC时间: {utc_time}")
# 时间解析
date_str = "2023-12-25 10:30:00"
parsed_date = datetime.strptime(date_str, "%Y-%m-%d %H:%M:%S")
print(f"解析时间: {parsed_date}")
5. random 模块¶
random 模块提供了生成随机数的函数。
主要功能： - 随机数生成 - 序列操作 - 概率分布 - 随机种子
示例代码：
import random
# 基本随机数
print(f"随机整数: {random.randint(1, 100)}")
print(f"随机浮点数: {random.random()}")
print(f"范围内随机数: {random.uniform(1.5, 5.5)}")
# 序列操作
items = ['apple', 'banana', 'cherry', 'date']
print(f"随机选择: {random.choice(items)}")
print(f"随机样本: {random.sample(items, 2)}")
# 洗牌
random.shuffle(items)
print(f"洗牌后: {items}")
# 设置随机种子（可重现结果）
random.seed(42)
print(f"种子随机数: {random.randint(1, 100)}")
# 概率分布
normal_dist = [random.gauss(0, 1) for _ in range(5)]
print(f"正态分布: {normal_dist}")
6. math 模块¶
math 模块提供了数学函数。
主要功能： - 基本数学运算 - 三角函数 - 对数指数 - 数学常数
示例代码：
import math
# 基本运算
print(f"平方根: {math.sqrt(16)}")
print(f"幂运算: {math.pow(2, 8)}")
print(f"绝对值: {math.fabs(-5.5)}")
# 三角函数
angle = math.radians(45) # 角度转弧度
print(f"正弦值: {math.sin(angle):.3f}")
print(f"余弦值: {math.cos(angle):.3f}")
# 对数指数
print(f"自然对数: {math.log(10)}")
print(f"常用对数: {math.log10(100)}")
print(f"指数: {math.exp(1)}")
# 数学常数
print(f"圆周率: {math.pi}")
print(f"自然常数: {math.e}")
# 其他函数
print(f"向上取整: {math.ceil(4.2)}")
print(f"向下取整: {math.floor(4.8)}")
print(f"阶乘: {math.factorial(5)}")
7. re 模块¶
re 模块提供了正则表达式处理函数。
主要功能： - 模式匹配 - 文本搜索替换 - 字符串分割 - 分组提取
示例代码：
import re
# 基本匹配
text = "我的电话是 123-456-7890，邮箱是 user@example.com"
# 查找电话号码
phone_pattern = r'\d{3}-\d{3}-\d{4}'
phones = re.findall(phone_pattern, text)
print(f"电话号码: {phones}")
# 查找邮箱
email_pattern = r'[\w\.-]+@[\w\.-]+\.\w+'
emails = re.findall(email_pattern, text)
print(f"邮箱地址: {emails}")
# 替换操作
new_text = re.sub(phone_pattern, '[电话号码]', text)
print(f"替换后: {new_text}")
# 分割字符串
words = re.split(r'\s+', "Hello World Python")
print(f"分割结果: {words}")
# 分组提取
pattern = r'(\d{3})-(\d{3})-(\d{4})'
match = re.search(pattern, text)
if match:
print(f"完整匹配: {match.group(0)}")
print(f"第一组: {match.group(1)}")
print(f"第二组: {match.group(2)}")
print(f"第三组: {match.group(3)}")
8. json 模块¶
json 模块提供了 JSON 编码和解码函数。
主要功能： - Python 对象转 JSON - JSON 转 Python 对象 - 文件读写 - 格式化输出
示例代码：
import json
# Python 对象转 JSON
python_data = {
"name": "张三",
"age": 25,
"hobbies": ["读书", "编程", "运动"],
"married": False,
"address": {
"city": "北京",
"street": "朝阳路"
}
}
json_str = json.dumps(python_data, ensure_ascii=False, indent=2)
print("JSON 字符串:")
print(json_str)
# JSON 转 Python 对象
parsed_data = json.loads(json_str)
print(f"解析后姓名: {parsed_data['name']}")
# 文件操作
with open('data.json', 'w', encoding='utf-8') as f:
json.dump(python_data, f, ensure_ascii=False, indent=2)
with open('data.json', 'r', encoding='utf-8') as f:
loaded_data = json.load(f)
print(f"从文件加载: {loaded_data['age']}")
9. urllib 模块¶
urllib 模块提供了访问网页和处理 URL 的功能。
主要功能： - HTTP 请求 - URL 解析 - 文件下载 - 数据处理
示例代码：
from urllib.request import urlopen, urlretrieve
from urllib.parse import urlparse, urlencode
import json
# 基本请求
try:
with urlopen('https://httpbin.org/json') as response:
data = response.read().decode('utf-8')
json_data = json.loads(data)
print("API 响应:")
print(json.dumps(json_data, indent=2, ensure_ascii=False))
except Exception as e:
print(f"请求错误: {e}")
# URL 解析
url = "https://www.example.com:8080/path/to/page?query=python#section"
parsed = urlparse(url)
print(f"协议: {parsed.scheme}")
print(f"域名: {parsed.netloc}")
print(f"路径: {parsed.path}")
print(f"查询参数: {parsed.query}")
# 参数编码
params = {
'q': 'Python 编程',
'page': 1,
'limit': 10
}
encoded_params = urlencode(params)
print(f"编码参数: {encoded_params}")
# 文件下载（示例）
# urlretrieve('https://example.com/file.zip', 'downloaded_file.zip')
其他重要模块¶
10. collections 模块¶
提供额外的数据结构类型。
from collections import Counter, defaultdict, deque, namedtuple
# 计数器
words = ['apple', 'banana', 'apple', 'orange', 'banana', 'apple']
word_count = Counter(words)
print(f"词频统计: {word_count}")
# 默认字典
fruit_prices = defaultdict(lambda: '未知')
fruit_prices['apple'] = 5.0
print(f"苹果价格: {fruit_prices['apple']}")
print(f"香蕉价格: {fruit_prices['banana']}")
# 双端队列
dq = deque([1, 2, 3])
dq.appendleft(0)
dq.append(4)
print(f"双端队列: {dq}")
# 命名元组
Point = namedtuple('Point', ['x', 'y'])
p = Point(10, 20)
print(f"点坐标: ({p.x}, {p.y})")
11. itertools 模块¶
提供迭代器工具。
import itertools
# 无限迭代器
counter = itertools.count(10, 2)
print("计数器:", [next(counter) for _ in range(5)])
# 排列组合
letters = ['A', 'B', 'C']
combinations = list(itertools.combinations(letters, 2))
print(f"组合: {combinations}")
permutations = list(itertools.permutations(letters, 2))
print(f"排列: {permutations}")
# 链式迭代
chain = itertools.chain([1, 2], [3, 4])
print(f"链式结果: {list(chain)}")
12. functools 模块¶
提供函数式编程工具。
from functools import partial, reduce, lru_cache
# 偏函数
def multiply(x, y):
return x * y
double = partial(multiply, 2)
print(f"偏函数结果: {double(5)}")
# 归约
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
product = reduce(lambda x, y: x * y, numbers)
print(f"归约乘积: {product}")
# 缓存装饰器
@lru_cache(maxsize=128)
def fibonacci(n):
if n < 2:
return n
return fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2)
print(f"斐波那契(10): {fibonacci(10)}")
标准库分类¶
文件系统操作¶
os：操作系统接口shutil：高级文件操作glob：文件模式匹配pathlib：面向对象的路径操作
数据处理¶
csv：CSV 文件读写pickle：Python 对象序列化sqlite3：SQLite 数据库接口xml：XML 处理
网络编程¶
socket：底层网络接口http.client：HTTP 客户端smtplib：SMTP 协议客户端ssl：SSL/TLS 支持
并发编程¶
threading：线程支持multiprocessing：进程支持asyncio：异步 I/Oqueue：队列同步
开发工具¶
unittest：单元测试框架doctest：文档测试pdb：Python 调试器logging：日志记录