Модули и import

Всё, что вы писали до сих пор, помещалось в один файл — это удобно, пока программа маленькая. Но представьте программу для интернет-магазина: код для денег, код для дат доставки, код для статистики по продажам. Если тащить всё в один файл, он превратится в свалку из тысяч строк. А часть этой работы — округление денег, подсчёт среднего — уже давно написана и проверена другими программистами. Модули решают обе проблемы разом: позволяют разложить свой код по отдельным файлам и подключать чужой готовый код, не переписывая его заново.

Что такое модуль

Представьте ящик с инструментами. Молоток, отвёртка, рулетка — каждый лежит в своей ячейке, и вы берёте только то, что нужно для текущей задачи, а не вываливаете весь ящик на стол. Программисты по всему миру уже написали огромное количество готовых "инструментов" на Python: функции для математики, для работы с датами, для генерации случайных чисел. Все они разложены по отдельным файлам, и вы можете взять из такого файла только то, что нужно вам прямо сейчас.

Официальный термин для такого файла-инструмента — модуль. Модуль — это обычный файл с расширением .py, в котором лежат функции, переменные или другой код. Когда вы подключаете модуль к своей программе, все функции и переменные из него становятся вам доступны. Python поставляется с большим набором готовых модулей — их называют стандартной библиотекой, о ней поговорим чуть дальше. Кроме них, вы сами можете написать модуль и подключить его в другом своём файле.

import: подключаем модуль целиком

Чтобы взять инструмент из чужого ящика, нужно сначала этот ящик открыть. В Python для этого есть отдельная команда: вы называете модуль, который хотите использовать, и Python делает всё его содержимое доступным в вашей программе — но не напрямую по именам, а через имя самого модуля, как через подписанную полку.

Эта команда называется import (в переводе — "ввезти", "подключить"). После import указывается имя модуля, а обратиться к чему-то внутри него можно через точку: имя_модуля.имя_функции. Такая запись через точку называется точечной нотацией, и вы уже встречали её раньше, когда вызывали методы строк вроде text.upper() — принцип тот же самый.

import math

print(math.sqrt(25))
print(math.pi)

Разберём построчно:

• import math — подключаем модуль math из стандартной библиотеки. Он хранит математические функции и константы: корень, степень, число пи и другие. Строка ничего не выводит, она только делает модуль доступным дальше по коду.
• print(math.sqrt(25)) — обращаемся к функции sqrt (квадратный корень) внутри модуля math через точку и вызываем её со значением 25. Выведется 5.0.
• print(math.pi) — pi здесь не функция, а переменная-константа внутри модуля math: число π. Скобок нет, потому что мы не вызываем функцию, а просто читаем значение. Выведется 3.141592653589793.

from ... import: берём только нужное

Иногда из целого ящика вам нужна одна-единственная отвёртка, и таскать за собой весь ящик неудобно — хочется положить её прямо в карман, чтобы обращаться к ней по имени напрямую.

Для этого существует форма from ... import ...: вы называете модуль после from, а после import перечисляете через запятую конкретные имена, которые хотите достать. После такого импорта эти имена становятся доступны напрямую, без имени модуля и без точки.

from math import sqrt, pi

print(sqrt(25))
print(pi)

Разберём построчно:

• from math import sqrt, pi — из модуля math достаём только функцию sqrt и константу pi, перечислив их через запятую. Остальное содержимое модуля math при этом не подключается вовсе.
• print(sqrt(25)) — теперь sqrt используется без math. впереди, потому что мы забрали именно эту функцию себе "в карман". Выведется 5.0, как и раньше.
• print(pi) — то же самое с константой: обращаемся к ней напрямую по имени. Выведется 3.141592653589793.

as: даём модулю удобное имя

Названия некоторых модулей длинные, а использовать их в коде приходится часто — писать длинное имя перед точкой каждый раз утомительно. Это как подписать длинное официальное название фирмы-производителя коротким словом, которое удобно именно вам.

Для этого в Python есть ключевое слово as ("как"): оно ставится после имени модуля и задаёт для него короткий псевдоним — новое имя, под которым модуль будет доступен дальше по коду. Так же можно переименовать и отдельную функцию при импорте через from ... import ... as ....

import statistics as stats

numbers = [4, 8, 15, 16, 23]
print(stats.mean(numbers))

Разберём построчно:

• import statistics as stats — подключаем модуль statistics (статистика), но даём ему короткий псевдоним stats. Дальше по коду обращаться к модулю нужно именно через stats, а не через полное имя statistics.
• numbers = [4, 8, 15, 16, 23] — обычный список чисел, с которым мы уже умеем работать.
• print(stats.mean(numbers)) — вызываем функцию mean (среднее арифметическое) из модуля statistics, но обращаемся к нему через псевдоним stats. Выведется 13.2 — среднее значение пяти чисел.

Псевдоним — это обычное переименование: после строки с as stats имени statistics для программы как будто больше не существует, есть только stats.

Стандартная библиотека Python

Когда вы устанавливаете Python, вместе с ним сразу попадает большой набор готовых модулей — их не нужно отдельно скачивать, они всегда под рукой. Это как купить ящик с инструментами, в котором уже лежит стартовый набор для базовых задач.

Такой набор официально называется стандартной библиотекой (standard library). В ней сотни модулей на любой случай: от математики до работы с файлами. Полезно заранее знать, какие инструменты вообще есть в этом ящике.

Кроме стандартной библиотеки существуют модули, которые пишут другие программисты и выкладывают в открытый доступ отдельно от Python — их называют сторонними библиотеками, их нужно ставить дополнительно. Как это делать, вы узнаете в отдельном уроке. А сегодняшний урок — про то, как вообще устроено подключение любого модуля.

Создаём свой модуль

Модулем может быть не только чужой готовый файл — точно так же модулем становится любой ваш собственный файл с расширением .py, если вы подключите его из другого файла. Никакой специальной команды не нужно: как только вы пишете функции в отдельном файле, он уже готов к тому, чтобы его импортировали.

Представим, что в одной папке лежат два файла: helpers.py с полезными функциями и main.py, где эти функции используются.

# файл helpers.py
def square(n):
    return n * n

def is_even(n):
    return n % 2 == 0

# файл main.py
import helpers

print(helpers.square(5))
print(helpers.is_even(5))

Разберём построчно:

• helpers.py — обычный файл с двумя функциями, ничем не отличается от любого файла, который вы писали раньше. Название файла без расширения .py и станет именем модуля.
• import helpers в файле main.py — подключаем файл helpers.py так же, как подключали бы math. Python ищет файл helpers.py в той же папке, что и main.py.
• print(helpers.square(5)) — вызываем функцию square из модуля helpers через точку, ровно так же, как math.sqrt(...). Выведется 25.
• print(helpers.is_even(5)) — вызываем вторую функцию. Выведется False, потому что 5 нечётное.

Именно поэтому крупные программы почти никогда не пишут в одном файле: функции для денег кладут в один модуль, функции для текста — в другой. Программу становится гораздо легче читать и поддерживать, когда каждый файл отвечает за что-то одно.

if __name__ == "__main__": запуск или импорт?

Когда вы импортируете модуль, Python не просто "заглядывает" в файл за нужной функцией — он выполняет этот файл целиком, сверху вниз, один раз. Обычно это не проблема: функции просто объявляются и ничего не печатают. Но что если в файле helpers.py для проверки была строка print(square(5))? Тогда при каждом импорте этого модуля у вас неожиданно печаталось бы число 25 — хотя вы всего лишь хотели воспользоваться функцией.

Чтобы этого избежать, Python даёт каждому файлу встроенную переменную __name__. Если файл запущен напрямую (python main.py), в этой переменной автоматически оказывается строка "__main__". А если тот же файл подключён через import из другого файла, в __name__ будет храниться имя самого модуля. Проверяя условием if __name__ == "__main__":, вы отделяете код для прямого запуска от того, что должно работать и при импорте.

# файл helpers.py
def square(n):
    return n * n

if __name__ == "__main__":
    print(square(5))

Разберём построчно:

• def square(n): return n * n — функция объявляется как обычно, она выполнится в любом случае: и при прямом запуске, и при импорте.
• if __name__ == "__main__": — проверяем, запущен ли этот файл напрямую. Если да — переменная __name__ равна строке "__main__", и условие истинно.
• print(square(5)) внутри if — эта строка выполнится, только если файл helpers.py запустили напрямую командой python helpers.py. Если же кто-то напишет import helpers в другом файле, эта строка выполнена не будет, и никакого лишнего вывода не появится — станет доступна только сама функция square.

Частые ошибки