Python的標準模塊：sys、os、random和time

Python內置了許多標準模塊，例如sys、os、random和time模塊等，下面為大家介紹幾個常用的標準模塊。

1.sys模塊

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

表1 sys模塊的常用變量與函數

（1）argv變量

通過import語句導入sys模塊，然后訪問argv變量獲取命令行參數列表，具體代碼如下：

import sys
print(sys.argv)

運行代碼，結果如下所示。

程序退出

2.os模塊

os模塊中提供了訪問操作系統服務的功能，該模塊中常用函數如表8-2所示。

表2 os模塊的常用函數

（1）getcwd()函數

通過os模塊中的getcwd()函數獲取當前的工作路徑，示例代碼如下。

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

運行代碼，結果如下所示。

D:\Python項目\模塊使用

（2）exit()函數

os模塊中也有終止程序的函數——_exit()，該函數與sys模塊中的exit()函數略有不同。執(zhí)行os模塊中的exit()函數后，程序會立即結束，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。關于os和sys模塊的exit()函數的用法比較如下。

使用os模塊中的_exit()函數終止程序，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("程序結束")

運行代碼，結果如下所示。

執(zhí)行_exit()之前

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

使用sys模塊中的exit()函數終止程序，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("程序結束")

運行代碼，結果如下所示。

執(zhí)行_exit()之前
程序結束

由以上結果可知，程序執(zhí)行完“sys.exit(0)”代碼后沒有立即結束。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

os模塊中還提供了修改當前工作路徑的chdir()函數，示例代碼如下：

import os
path = r"D:\Python項目\井字棋V1.0"
# 查看當前工作目錄
current_path = os.getcwd()
print(f"修改前工作目錄為{current_path}")
# 修改當前工作目錄
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()函數獲取當前的工作路徑，然后通過chdir()函數修改了當前的工作路徑。

運行代碼，結果如下所示。

修改前工作目錄為D:\Python項目\模塊使用
修改后工作目錄為D:\Python項目\井字棋V1.0

3.random模塊

random模塊用于生成隨機數，它提供了很多函數。接下來，針對常見的隨機數函數進行講解，具體如下。

（1）random.random()

返回0與1之間的隨機浮點數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個隨機數
print("random():", random.random())
# 生成第2個隨機數
print("random():", random.random())

運行代碼，結果如圖1所示。

圖2運行結果

（3）random.randint(a,b)

返回一個隨機的整數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，并且a的值一定要小于b的值，示例代碼如下：

import random
# 生成的隨機數為N，N的取值范圍為12 <= N <= 20
print(random.randint(12, 20))
# 生成的隨機數為N，N的結果永遠是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）。

運行代碼，結果如圖3所示。

圖3 運行結果

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

返回指定遞增基數集合中的一個隨機數，基數默認值為1。其中，start參數用于指定范圍內的開始值，其包含在范圍內；end參數用于指定范圍內的結束值，其不包含在范圍內；step表示遞增基數。

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

（5）random.choice(sequence)

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

random.choice("學習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) 
# ---- 結果（不同機器上的結果可能不一樣。） 
# ['powerful', 'simple', 'is', 'Python', 'and so on...']

（7）random.sample(sequence,k)

從指定序列中隨機獲取k個元素作為一個片段返回，sample函數不會修改原有序列。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，常用函數的說明如表3所示。

表3 time模塊的常用函數

（1）time()函數

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

import time
before = time.time()
# 計算1000的10000次方
result = pow(1000, 10000)
after = time.time()
interval = after - before
print(f"運行時間為{interval}秒")

上述代碼首先導入了time模塊，使用time()函數獲取了當前的時間，然后使用pow()函數計算1000的10000次方，在計算該結果時會產生一定的計算時間，計算結束后再次使用time()函數獲取當前的時間，最后計算兩個時間的差值，以得到程序執(zhí)行的時間。

運行代碼，結果如下所示。

運行時間為0.0009999275207519531秒

（2）sleep()函數

如果在開發(fā)過程中需要對某個功能或某段代碼設置執(zhí)行時間間隔，那么可以通過sleep()函數實現。sleep()函數會讓程序進入休眠，并可自由設定休眠時間。

接下來，通過一個示例來演示sleep()函數的用法，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)):    # 設置循環(huán)次數
    people = random.choice(name_li1) # 隨機選擇一個元素
    name_li1.remove(people)       # 為避免出現重復元素，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，調用choice()函數隨機選擇一個元素，并將隨機獲取的元素每隔2秒添加到列表name_li2中，直至全部添加。

運行代碼，結果如下所示。

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()函數與mktime()函數

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()函數與mktime()函數是最好的選擇，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"
# 轉換成時間數組
time_struct = time.strptime(str_dt, "%Y-%m-%d %H:%M:%S")
# 轉換成時間戳
timestamp = time.mktime(time_struct)
print(timestamp)

運行代碼，結果如下所示。

1551087834.0

（4）strftime()函數

strftime()函數來格式化日期，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")))

運行代碼，結果如圖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)

運行代碼，結果如圖5所示。

圖5運行結果

除此之外，calendar模塊還提供了很多內置函數，具體如表4所示。

表4 calendar模塊的常見函數

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