检查清单与练习题

Day 014: 模块与包

✅ 今日完成清单

模块基础

[ ] 理解模块的概念 —— 每个 .py 文件就是一个模块
[ ] 理解模块即对象 —— module 类型及其属性（__name__, __file__, __dict__）
[ ] 掌握 import 的四种写法：import, from...import, as 别名, import *
[ ] 理解 sys.path 的构成（脚本目录 → PYTHONPATH → 标准库 → site-packages）
[ ] 理解模块搜索顺序及查找机制

模块缓存

[ ] 理解 sys.modules 的作用 —— 避免重复加载
[ ] 掌握 importlib.reload() 的用法
[ ] 理解同模块多次导入只执行一次的原理

name == 'main' 原理

[ ] 理解 __name__ 的运行时赋值机制
[ ] 掌握 if __name__ == '__main__': 的 5 种常见模式
[ ] 理解直接运行（python3 xx.py）与导入（import xx）的行为差异
[ ] 理解为什么需要这种机制（Python 没有入口函数关键字）

包结构

[ ] 理解包的概念 —— 包含 __init__.py 的目录
[ ] 掌握 __init__.py 的五大作用
[ ] 理解包级 __all__ 的控制作用
[ ] 理解命名空间包（Python 3.3+）

相对导入与绝对导入

[ ] 掌握绝对导入的写法
[ ] 掌握相对导入的写法（., .., ...）
[ ] 理解相对导入不能在 __main__ 中使用的限制
[ ] 理解 PEP 8 推荐优先使用绝对导入

pycache 与字节码

[ ] 理解 __pycache__ 的作用和命名规则
[ ] 理解 .pyc 文件的版本和时间戳验证机制
[ ] 了解 -B 选项和 PYTHONDONTWRITEBYTECODE

实战

[ ] 理解 strutils 和 mathutils 工具包的设计
[ ] 理解相对导入在包内部的使用
[ ] 理解包级重导出（__init__.py 中的 import）

避坑

[ ] 理解循环导入问题及两种解决方案
[ ] 理解相对导入在 main 中失效的原因
[ ] 理解 import * 的命名覆盖风险
[ ] 理解 .gitignore 中应包含 __pycache__/

📝 练习题

练习 1：编写一个可重用的倒计时模块

编写一个模块 countdown.py，提供以下功能：

countdown(n)：从 n 倒数到 1，每秒打印一个数字（提示：使用 time.sleep(1)）
countdown_str(n)：返回倒计时字符串列表 ['3', '2', '1', 'Go!']
模块包含 __all__，只公开这两个函数
模块中包含自测试代码（if __name__ == '__main__':），演示 5 秒倒计时

python

# 期望用法
from countdown import countdown, countdown_str

print(countdown_str(3))   # → ['3', '2', '1', 'Go!']
# countdown(5)            # → 5... 4... 3... 2... 1... Go!（每秒打印）

进阶要求：在另一个文件中 import countdown，验证自测试代码不被执行。

练习 2：创建一个科学计算包

创建一个 scicalc/ 包，包含以下结构：

scicalc/
├── __init__.py
├── arithmetic.py     ← 基础运算（add, subtract, multiply, divide）
├── geometry.py       ← 几何计算（circle_area, rectangle_area, triangle_area）
└── statistics.py     ← 统计计算（mean, median, variance）

要求： - __init__.py 中重导出所有公开函数 - statistics.py 使用相对导入引入 arithmetic.py 中的 divide 函数（用于计算均值） - 每个子模块包含 __all__ 控制 - 编写一个 main.py 使用该包

练习 3：排查循环导入

给定以下两个模块：

python

# employee.py
from department import get_department_name

class Employee:
    def __init__(self, name, dept_id):
        self.name = name
        self.dept_id = dept_id
    
    def info(self):
        return f"{self.name} 属于 {get_department_name(self.dept_id)}"

# department.py
from employee import Employee

class Department:
    def __init__(self, id, name):
        self.id = id
        self.name = name
        self.employees = []
    
    def add_employee(self, name):
        emp = Employee(name, self.id)
        self.employees.append(emp)
        return emp

def get_department_name(dept_id):
    names = {1: "工程部", 2: "市场部", 3: "财务部"}
    return names.get(dept_id, "未知")

要求： 1. 运行代码，观察发生的错误类型 2. 使用 延迟导入 修复循环导入问题 3. 使用 提取公共模块 的方式重构（提示：将 get_department_name 移到新文件）

练习 4：实现一个插件发现系统

编写一个模块 plugin_loader.py，能够： 1. 扫描 plugins/ 目录下的所有 .py 文件 2. 动态导入每个模块 3. 检查每个模块是否有一个 run() 函数 4. 收集所有有效的 run() 函数并执行

python

# plugins/hello.py
def run():
    print("Hello Plugin!")

# plugins/calculator.py
def run():
    print("Calculator Plugin: 2 + 3 = 5")

# plugin_loader.py 的期望行为
# python3 plugin_loader.py
# → 发现 2 个插件
# → 运行 hello.run() → "Hello Plugin!"
# → 运行 calculator.run() → "Calculator Plugin: 2 + 3 = 5"

提示：使用 importlib、os.listdir()、动态 import() 或 __import__()。

练习 5：调试 pycache 异常

描述以下场景中可能发生的问题，并给出解决方案：

场景 A：团队项目中，Alice 用 Python 3.11 运行了模块，生成了 __pycache__/。Bob 用 Python 3.12 运行时遇到了一个奇怪的错误。错误原因是什么？如何修复？

场景 B：部署到服务器时，运维人员删除了所有 .py 文件但保留了 __pycache__/。这会导致什么问题？

场景 C：一个模块被两种不同的路径导入（例如通过 sys.path 中的两个等效路径），导致模块被加载两次，状态不一致。这是为什么？如何解决？

📊 自我评估

知识点	理解程度 (1-5)	备注
import 四种写法	⚪⚪⚪⚪⚪
sys.path 搜索路径	⚪⚪⚪⚪⚪
sys.modules 缓存	⚪⚪⚪⚪⚪
name == 'main'	⚪⚪⚪⚪⚪
包与 init.py	⚪⚪⚪⚪⚪
绝对导入	⚪⚪⚪⚪⚪
相对导入	⚪⚪⚪⚪⚪
all 控制	⚪⚪⚪⚪⚪
pycache 字节码	⚪⚪⚪⚪⚪
循环导入排查	⚪⚪⚪⚪⚪
实战：工具包构建	⚪⚪⚪⚪⚪

😊 完成练习题后，标记检查清单的对应项，并在自我评估中打分。