欢迎来到《10天学会Python》第8天！今天我们将学习Python中非常重要的概念——模块。模块可以理解为“代码工具箱”，它包含了预先编写好的函数、类、变量等，让你可以直接使用而无需重复编写相同功能。
核心概念
模块是封装好的Python代码文件，通常以 .py为后缀。使用模块有三个主要好处：
- 代码重用：避免重复编写相同功能，节省开发时间，提高效率
- 组织清晰：将大型项目拆分成多个模块，每个模块负责特定功能，结构更清晰
- 功能扩展：利用Python丰富的标准库和第三方库，快速实现复杂功能
Python自带丰富的标准库模块，涵盖数学计算、时间处理、文件操作、网络请求等各个方面。你可以直接导入使用，无需额外安装。
生活化比喻
想象模块就像装修房子的工具间：
- 标准库模块 = Python自带的基础工具箱（锤子、螺丝刀等基本工具）
- 第三方模块 = 需要单独安装的专业工具包（电钻、砂轮机等高级工具）
- 自定义模块 = 自己DIY的小工具，适合特定需求
- 导入模块 = 从工具间拿出需要的工具使用
模块导入的三种方式
Python提供了三种主要的模块导入方式，各有适用场景：
1. 基本导入：import
导入整个模块，使用时需要加模块名前缀。适合需要用到模块中多个功能的情况。
python
import toolbox # 导入整个工具箱
toolbox.hammer() # 使用时要写toolbox.hammer()
2. 选择导入：from...import
只导入需要的功能，可以直接使用。适合明确知道要用哪个功能。
python
from toolbox import hammer # 只导入锤子
hammer() # 直接使用，不需要前缀
3. 别名导入：import...as
给模块起一个简称，方便书写。适合模块名较长的情况。
python
import toolbox as tb # 给工具箱起简称tb
tb.hammer() # 用简称调用
代码示例（5个生活场景）
下面通过5个贴近生活的示例，展示不同模块的使用方法：
示例1：使用math模块计算圆的面积
math模块提供数学计算功能，如圆周率π、平方根、取整等。
python
import math # 导入数学模块
# 计算圆的面积（公式：πr²）
radius = 5
area = math.pi * math.pow(radius, 2)
print(f"半径为{radius}的圆，面积是：{area:.2f}")
# 计算平方根
number = 16
sqrt_result = math.sqrt(number)
print(f"{number}的平方根是：{sqrt_result}")
# 向上取整
price = 19.99
ceil_price = math.ceil(price)
print(f"{price}元向上取整：{ceil_price}元")
示例2：使用random模块抽奖
random模块用于生成随机数，适合抽奖、验证码等场景。
python
from random import randint, choice # 导入需要的函数
# 生成1-100的随机数
lucky_number = randint(1, 100)
print(f"你的幸运数字是：{lucky_number}")
# 从列表中随机选择幸运者
participants = ["小明", "小红", "小刚", "小丽", "小华"]
winner = choice(participants)
print(f"本次抽奖的幸运儿是：{winner}！")
# 生成6位数字验证码
verification_code = ""
for _ in range(6):
verification_code += str(randint(0, 9))
print(f"验证码：{verification_code}")
示例3：使用datetime模块记录时间
datetime模块处理日期和时间，适合计时、日程等场景。
python
import datetime as dt # 使用别名dt
# 获取当前时间
now = dt.datetime.now()
print(f"当前时间：{now}")
# 获取当前日期
today = dt.date.today()
print(f"今天是：{today}")
# 计算时间差：从2024年元旦到现在
start_time = dt.datetime(2024, 1, 1, 0, 0, 0)
end_time = dt.datetime.now()
time_difference = end_time - start_time
print(f"从2024年元旦到现在，已经过去了：{time_difference.days}天")
# 格式化输出
formatted_time = now.strftime("%Y年%m月%d日 %H:%M:%S")
print(f"格式化时间：{formatted_time}")
示例4：组合多个模块制作天气预报
实际开发中常需要组合多个模块。本例演示如何用math、random、datetime创建实用程序。
python
import math # 数学计算
from random import choice # 随机选择
import datetime as dt # 时间处理
def daily_weather():
"""生成模拟的每日天气"""
cities = ["北京", "上海", "广州", "深圳", "成都"]
weather_types = ["晴", "多云", "小雨", "阴", "阵雨"]
city = choice(cities) # 随机选择城市
weather = choice(weather_types) # 随机选择天气
# 根据天气类型生成温度
if weather == "晴":
temperature = round(math.uniform(20, 30), 1)
elif weather == "多云":
temperature = round(math.uniform(18, 25), 1)
elif weather == "小雨":
temperature = round(math.uniform(15, 22), 1)
else:
temperature = round(math.uniform(10, 20), 1)
return city, weather, temperature
# 获取今天日期并格式化
today = dt.date.today()
formatted_date = today.strftime("%Y年%m月%d日")
# 生成天气并输出
city, weather, temperature = daily_weather()
print(f"{formatted_date} {city}天气预报：{weather}，气温{temperature}℃")
示例5：自定义模块概念
除了使用内置模块，你可以创建自己的模块。这有助于组织大型项目。
python
# 创建my_tools.py文件，内容：
# def calculate_bmi(weight, height):
# \"\"\"计算身体质量指数\"\"\"
# return weight / (height ** 2)
#
# def is_healthy_bmi(bmi):
# \"\"\"判断BMI是否在健康范围\"\"\"
# return 18.5 <= bmi <= 24
# 在另一个文件中导入：
# import my_tools
# bmi = my_tools.calculate_bmi(65, 1.75)
# print(f"你的BMI是：{bmi:.1f}")
练习题
第1组（基础）：生成随机密码
**目标 **：熟练使用random模块的choice函数生成随机字符串。
python
import random
def generate_password(length=8):
characters = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789"
password = ""
for _ in range(length):
password += random.choice(characters)
return password
print(f"生成的密码：{generate_password()}")
**进阶挑战 **：修改函数，让密码包含小写字母和特殊符号（如!@#$%）。
第2组（应用）：计算年龄
**目标 **：掌握datetime模块的日期计算和时间差操作。
python
import datetime
def calculate_age(birth_year, birth_month, birth_day):
birth_date = datetime.date(birth_year, birth_month, birth_day)
today = datetime.date.today()
# 计算年龄（年）
age_years = today.year - birth_date.year
# 检查生日是否已经过完今年
if (today.month, today.day) < (birth_date.month, birth_date.day):
age_years -= 1
# 计算总天数
days_lived = (today - birth_date).days
return age_years, days_lived
# 测试（输入你的生日）
years, days = calculate_age(2000, 1, 1)
print(f"你今年{years}岁，已经生活了{days}天")
**进阶挑战 **：计算距离下一次生日还有多少天。
第3组（综合）：学习时间管理程序
**目标 **：综合运用多个模块，设计一个实用程序。
python
import datetime
import random
import math
class StudyTimer:
def __init__(self):
self.start_time = None
def start_study(self):
self.start_time = datetime.datetime.now()
print(f"学习开始时间：{self.start_time.strftime('%H:%M:%S')}")
def end_study(self):
end_time = datetime.datetime.now()
duration = (end_time - self.start_time).seconds / 60
print(f"学习结束！本次学习时长：{math.ceil(duration)}分钟")
# 根据时长生成评价
if duration < 30:
print("今天学习时间有点短，要加油哦！")
elif duration < 60:
print("不错的学习时长，继续保持！")
else:
print("太棒了！今天学习了很长时间！")
def suggest_break(self):
activities = ["起来走动5分钟", "喝一杯水", "看看窗外放松眼睛", "做几个深呼吸", "听一首喜欢的歌"]
return random.choice(activities)
# 测试
timer = StudyTimer()
timer.start_study()
print(f"休息建议：{timer.suggest_break()}")
# 假设经过一段时间后...
timer.end_study()
**进阶挑战 **：添加记录每天学习时间的功能，并计算本周总学习时间。
总结
今天学习了模块的核心概念和使用方法：
**核心概念 **：
- 模块是封装好的代码工具箱，支持代码重用和项目组织
- 标准库模块是Python自带的丰富工具集
- 导入方式包括import、from...import、as别名
**常用模块 **：
- math：数学计算（圆周率、平方根、取整）
- random：随机数生成（抽奖、验证码）
- datetime：时间处理（日期计算、格式化）
**最佳实践 **：
- 根据需求选择合适的导入方式
- 使用别名简化长模块名
- 组合多个模块创建实用程序
掌握模块使用是编程进阶的重要一步，明天我们将学习文件操作，让程序能够读写数据！
学习建议：
- 尝试导入其他标准库模块，如os、json、csv等
- 创建自己的模块，练习模块化编程思维
- 查阅Python官方文档，了解模块的完整功能列表
- 在实际小项目中应用模块，如天气查询、日记本等