Python的標(biāo)準(zhǔn)模塊介紹：sys、os、random和time

Python內(nèi)置了許多標(biāo)準(zhǔn)模塊，例如sys、os、random和time模塊等，下面為大家介紹幾個常用的標(biāo)準(zhǔn)模塊。

1.sys模塊

sys模塊中提供了一系列與Python解釋器交互的函數(shù)和變量，用于操控Python的運(yùn)行時環(huán)境。sys模塊中常用變量與函數(shù)如表1所示。

表1 sys模塊的常用變量與函數(shù)

變量/函數(shù)	說明
sys.argv	獲取命令行參數(shù)列表，該列表中的第一個元素是程序自身所在路徑
sys.version	獲取Python解釋器的版本信息
sys.path	獲取模塊的搜索路徑，該變量的初值為環(huán)境變量PYTHONPATH的值
sys.platform	返回操作系統(tǒng)平臺的名稱
sys.exit()	退出當(dāng)前程序?？蔀樵摵瘮?shù)傳遞參數(shù)，以設(shè)置返回值或退出信息，正常退出返回值為0

下面通過一些示例來演示sys模塊中部分變量和函數(shù)的用法。

（1）argv變量

通過import語句導(dǎo)入sys模塊，然后訪問argv變量獲取命令行參數(shù)列表，具體代碼如下：

import sys
print(sys.argv)

運(yùn)行代碼，結(jié)果如下所示。

程序退出

2.os模塊

os模塊中提供了訪問操作系統(tǒng)服務(wù)的功能，該模塊中常用函數(shù)如表8-2所示。

表2 os模塊的常用函數(shù)

函數(shù)	說明
os.getcwd()	獲取當(dāng)前工作路徑，即當(dāng)前Python腳本所在的路徑
os.chdir()	改變當(dāng)前腳本的工作路徑
os.remove()	刪除指定文件
os._exit()	終止Python程序
os.path.abspath(path)	返回path規(guī)范化的絕對路徑
os.path.split(path)	將path分隔為形如（目錄，文件名）的二元組并返回

下面通過一些示例來演示os模塊中部分函數(shù)的用法。

（1）getcwd()函數(shù)

通過os模塊中的getcwd()函數(shù)獲取當(dāng)前的工作路徑，示例代碼如下。

import os
print(os.getcwd()) # 獲取當(dāng)前的工作路徑

運(yùn)行代碼，結(jié)果如下所示。

D:\Python項(xiàng)目\模塊使用

（2）exit()函數(shù)

os模塊中也有終止程序的函數(shù)——_exit()，該函數(shù)與sys模塊中的exit()函數(shù)略有不同。執(zhí)行os模塊中的exit()函數(shù)后，程序會立即結(jié)束，之后的代碼也不會再執(zhí)行；而執(zhí)行sys模塊中的exit()函數(shù)會引發(fā)一個SystemExit異常，若沒有捕獲該異常退出程序，后面的代碼不再執(zhí)行；若捕獲到該異常，則后續(xù)的代碼仍然會執(zhí)行。關(guān)于os和sys模塊的exit()函數(shù)的用法比較如下。

使用os模塊中的_exit()函數(shù)終止程序，示例代碼如下：

import os
print("執(zhí)行_exit()之前")
try:
    os._exit(0)
    print("執(zhí)行_exit()之后")
except:
    print("程序結(jié)束")

運(yùn)行代碼，結(jié)果如下所示。

執(zhí)行_exit()之前

由以上結(jié)果可知，程序在執(zhí)行完“os._exit(0)”代碼后立即結(jié)束，不再執(zhí)行后續(xù)的代碼。

使用sys模塊中的exit()函數(shù)終止程序，示例代碼如下：

import sys
print("執(zhí)行_exit()之前")
try:
    sys.exit(0)
    print("執(zhí)行_exit()之后")
except:
    print("程序結(jié)束")

運(yùn)行代碼，結(jié)果如下所示。

執(zhí)行_exit()之前
程序結(jié)束

由以上結(jié)果可知，程序執(zhí)行完“sys.exit(0)”代碼后沒有立即結(jié)束。由于try子句中捕獲了SystemExit異常，因此try子句后續(xù)的代碼不再執(zhí)行，而是繼續(xù)執(zhí)行異常處理except子句。

（3）chdir ()函數(shù)

os模塊中還提供了修改當(dāng)前工作路徑的chdir()函數(shù)，示例代碼如下：

import os
path = r"D:\Python項(xiàng)目\井字棋V1.0"
# 查看當(dāng)前工作目錄
current_path = os.getcwd()
print(f"修改前工作目錄為{current_path}")
# 修改當(dāng)前工作目錄
os.chdir(path)
# 查看修改后的工作目錄
current_path = os.getcwd()
print(f"修改后工作目錄為{current_path}")

上述代碼首先使用getcwd()函數(shù)獲取當(dāng)前的工作路徑，然后通過chdir()函數(shù)修改了當(dāng)前的工作路徑。

運(yùn)行代碼，結(jié)果如下所示。

修改前工作目錄為D:\Python項(xiàng)目\模塊使用
修改后工作目錄為D:\Python項(xiàng)目\井字棋V1.0

3.random模塊

random模塊用于生成隨機(jī)數(shù)，它提供了很多函數(shù)。接下來，針對常見的隨機(jī)數(shù)函數(shù)進(jìn)行講解，具體如下。

（1）random.random()

返回0與1之間的隨機(jī)浮點(diǎn)數(shù)N，范圍為0 <= N < 1.0。

接下來，通過一個案例來演示random()的使用，具體代碼如下所示：

import random
# 生成第1個隨機(jī)數(shù)
print("random():", random.random())
# 生成第2個隨機(jī)數(shù)
print("random():", random.random())

運(yùn)行代碼，結(jié)果如圖1所示。

圖2運(yùn)行結(jié)果

（3）random.randint(a,b)

返回一個隨機(jī)的整數(shù)N，N的取值范圍為a <= N <= b。需要注意的是，a和b的取值必須為整數(shù)，并且a的值一定要小于b的值，示例代碼如下：

import random
# 生成的隨機(jī)數(shù)為N，N的取值范圍為12 <= N <= 20
print(random.randint(12, 20))
# 生成的隨機(jī)數(shù)為N，N的結(jié)果永遠(yuǎn)是20
print(random.randint(20, 20))
# print(random.randint(20, 10))  # 該語句是錯誤的，下限（a）必須小于上限（b）。

運(yùn)行代碼，結(jié)果如圖3所示。

圖3 運(yùn)行結(jié)果

（4）random.randrange([start], stop[, step])

返回指定遞增基數(shù)集合中的一個隨機(jī)數(shù)，基數(shù)默認(rèn)值為1。其中，start參數(shù)用于指定范圍內(nèi)的開始值，其包含在范圍內(nèi)；end參數(shù)用于指定范圍內(nèi)的結(jié)束值，其不包含在范圍內(nèi)；step表示遞增基數(shù)。

上述這些參數(shù)必須為整數(shù)。例如，random.randrange (10, 100, 2)相當(dāng)于從[10, 12, 14, 16, … 96, 98]序列中獲取一個隨機(jī)數(shù)。

（5）random.choice(sequence)

從sequence中返回一個隨機(jī)的元素。其中，sequence參數(shù)可以是列表、元組或字符串。示例代碼如下：

random.choice("學(xué)習(xí)Python")
random.choice(["JGood","is", "a","handsome", "boy"])
random.choice(("Tuple","List", "Dict"))

需要注意的是，若sequence為空，則會引發(fā)IndexError異常。

（6）random.shuffle (x[,random])

用于將列表中的元素打亂順序，俗稱為洗牌。示例代碼如下：

demo_list = ["Python", "is", "powerful", "simple", "and so on..."] 
random.shuffle(demo_list) 
print(demo_list) 
# ---- 結(jié)果（不同機(jī)器上的結(jié)果可能不一樣。） 
# ['powerful', 'simple', 'is', 'Python', 'and so on...']

（7）random.sample(sequence,k)

從指定序列中隨機(jī)獲取k個元素作為一個片段返回，sample函數(shù)不會修改原有序列。示例代碼如下：

list_num = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10] 
slice = random.sample(list_num, 5) # 從list_num中隨機(jī)獲取5個元素，作為一個片斷返回 
print(slice) 
print(list_num) # 原有序列并沒有改變。

4.time模塊

time模塊中提供了一系列處理時間的函數(shù)，常用函數(shù)的說明如表3所示。

表3 time模塊的常用函數(shù)

函數(shù)	說明
time.time()	獲取當(dāng)前時間，結(jié)果為實(shí)數(shù)，單位為秒
time.sleep(secs)	進(jìn)入休眠態(tài)，時長由參數(shù)secs指定，單位為秒
time.strptime(string[,format])	將一個時間格式（如：2019-02-25）的字符串解析為時間元組
time.localtime([secs])	以struct_time類型輸出本地時間
time.asctime([tuple])	獲取時間字符串，或?qū)r間元組轉(zhuǎn)換為字符串
time.mktime(tuple)	將時間元組轉(zhuǎn)換為秒數(shù)
strftime(format[, tuple])	返回字符串表示的當(dāng)?shù)貢r間，格式由format決定

下面通過一些示例來演示time模塊中部分函數(shù)的用法。

（1）time()函數(shù)

通過time()函數(shù)獲取當(dāng)前的時間，利用此特性計(jì)算程序的執(zhí)行時間，示例代碼如下。

import time
before = time.time()
# 計(jì)算1000的10000次方
result = pow(1000, 10000)
after = time.time()
interval = after - before
print(f"運(yùn)行時間為{interval}秒")

上述代碼首先導(dǎo)入了time模塊，使用time()函數(shù)獲取了當(dāng)前的時間，然后使用pow()函數(shù)計(jì)算1000的10000次方，在計(jì)算該結(jié)果時會產(chǎn)生一定的計(jì)算時間，計(jì)算結(jié)束后再次使用time()函數(shù)獲取當(dāng)前的時間，最后計(jì)算兩個時間的差值，以得到程序執(zhí)行的時間。

運(yùn)行代碼，結(jié)果如下所示。

運(yùn)行時間為0.0009999275207519531秒

（2）sleep()函數(shù)

如果在開發(fā)過程中需要對某個功能或某段代碼設(shè)置執(zhí)行時間間隔，那么可以通過sleep()函數(shù)實(shí)現(xiàn)。sleep()函數(shù)會讓程序進(jìn)入休眠，并可自由設(shè)定休眠時間。

接下來，通過一個示例來演示sleep()函數(shù)的用法，具體代碼如下。

import random, time
name_li1 = ["李飛", "張羽", "趙韋", "王忠", "杜超"]
name_li2 = []
for i in range(len(name_li1)):    # 設(shè)置循環(huán)次數(shù)
    people = random.choice(name_li1) # 隨機(jī)選擇一個元素
    name_li1.remove(people)       # 為避免出現(xiàn)重復(fù)元素，移除已選擇元素
    name_li2.append(people)       # 添加到name_li2列表中
    time.sleep(2)             # 每隔2s執(zhí)行一次
    print(f"此時的成員有{name_li2}")

上述代碼首先導(dǎo)入了random模塊與time模塊，然后定義了兩個列表name_li1與name_li2， 遍歷列表name_li1，調(diào)用choice()函數(shù)隨機(jī)選擇一個元素，并將隨機(jī)獲取的元素每隔2秒添加到列表name_li2中，直至全部添加。

運(yùn)行代碼，結(jié)果如下所示。

此時的成員有['張羽']
此時的成員有['張羽', '趙韋']
此時的成員有['張羽', '趙韋', '杜超']
此時的成員有['張羽', '趙韋', '杜超', '王忠']
此時的成員有['張羽', '趙韋', '杜超', '王忠', '李飛']

（3）strptime()函數(shù)與mktime()函數(shù)

如果在開發(fā)程序的過程中需要自定義時間戳，那么time模塊的strptime()函數(shù)與mktime()函數(shù)是最好的選擇，使用它們可以快速生成時間戳，具體代碼如下。

import time
str_dt = "2019-02-25 17:43:54"
# 轉(zhuǎn)換成時間數(shù)組
time_struct = time.strptime(str_dt, "%Y-%m-%d %H:%M:%S")
# 轉(zhuǎn)換成時間戳
timestamp = time.mktime(time_struct)
print(timestamp)

運(yùn)行代碼，結(jié)果如下所示。

1551087834.0

（4）strftime()函數(shù)

strftime()函數(shù)來格式化日期，其定義格式如下：

time.strftime(format[, t])

接下來，通過一個案例來演示strftime()函數(shù)的使用，具體代碼如下所示：

import time
# 格式化成2016-03-20 11:45:39形式
print(time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", time.localtime()))
# 格式化成Sat Mar 28 22:24:24 2016形式
print(time.strftime("%a %b %d %H:%M:%S %Y", time.localtime()))
# 將格式字符串轉(zhuǎn)換為時間戳
time_word = "Sat Mar 28 22:24:24 2016"
print(time.mktime(time.strptime(time_word, "%a %b %d %H:%M:%S %Y")))

運(yùn)行代碼，結(jié)果如圖4所示。

5.calendar模塊

calendar模塊有很廣泛的方法用來處理年歷和月歷，如打印某月的月歷，具體代碼如下所示：

import calendar
calendar_january = calendar.month(2016, 1)
print("以下輸出2016年3月份的日歷:")
print(calendar_january)

運(yùn)行代碼，結(jié)果如圖5所示。

圖5運(yùn)行結(jié)果

除此之外，calendar模塊還提供了很多內(nèi)置函數(shù)，具體如表4所示。

表4 calendar模塊的常見函數(shù)

序號	函數(shù)和說明
1	calendar.calendar(year,w=2,l=1,c=6) 返回一個多行字符串格式的year年年歷，三個月一行，間隔距離為c。 每日寬度間隔為w字符。每行長度為21* w+18+2* c。l是每星期行數(shù)
2	calendar.firstweekday( ) 返回當(dāng)前每周起始日期的設(shè)置。默認(rèn)情況下，首次載入calendar模塊時返回0，即星期一
3	calendar.isleap(year) 是閏年返回True，否則為False
4	calendar.leapdays(y1,y2) 返回在y1，y2兩年之間的閏年總數(shù)
5	calendar.month(year,month,w=2,l=1) 返回一個多行字符串格式的year年month月日歷，兩行標(biāo)題，一周一行。每日寬度間隔為w字符。每行的長度為7* w+6。l是每星期的行數(shù)
6	calendar.monthcalendar(year,month) 返回一個整數(shù)的單層嵌套列表。每個子列表裝載代表一個星期的整數(shù)。year年month月外的日期都設(shè)為0；范圍內(nèi)的日子都由該月第幾日表示，從1開始
7	calendar.monthrange(year,month) 返回兩個整數(shù)。第1個是該月的星期幾的日期碼，第2個是該月的日期碼。日從0（星期一）～6（星期日），月份為1（1月）～12（12月）
8	calendar.prcal(year,w=2,l=1,c=6) 相當(dāng)于 print(calendar.calendar(year,w,l,c))
9	calendar.prmonth(year,month,w=2,l=1) 相當(dāng)于 print(calendar.calendar(year, w, l, c))
10	calendar.setfirstweekday(weekday) 設(shè)置每周的起始日期碼。0（星期一）～6（星期日）
11	calendar.timegm(tupletime) 和time.gmtime相反：接受一個時間元組形式，返回該時刻的時間輟（1970紀(jì)元后經(jīng)過的浮點(diǎn)秒數(shù)）
12	calendar.weekday(year,month,day) 返回給定日期的日期碼。0（星期一）～6（星期日）。月份為1（1月）～12（12月）

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