Issue #7092: Fix the DeprecationWarnings emitted by the standard library
[python.git] / Doc / tutorial / modules.rst
blob6f51357a66b496cdbee015bed5e0df1b6d193519
1 .. _tut-modules:
3 *******
4 Modules
5 *******
7 If you quit from the Python interpreter and enter it again, the definitions you
8 have made (functions and variables) are lost. Therefore, if you want to write a
9 somewhat longer program, you are better off using a text editor to prepare the
10 input for the interpreter and running it with that file as input instead.  This
11 is known as creating a *script*.  As your program gets longer, you may want to
12 split it into several files for easier maintenance.  You may also want to use a
13 handy function that you've written in several programs without copying its
14 definition into each program.
16 To support this, Python has a way to put definitions in a file and use them in a
17 script or in an interactive instance of the interpreter. Such a file is called a
18 *module*; definitions from a module can be *imported* into other modules or into
19 the *main* module (the collection of variables that you have access to in a
20 script executed at the top level and in calculator mode).
22 A module is a file containing Python definitions and statements.  The file name
23 is the module name with the suffix :file:`.py` appended.  Within a module, the
24 module's name (as a string) is available as the value of the global variable
25 ``__name__``.  For instance, use your favorite text editor to create a file
26 called :file:`fibo.py` in the current directory with the following contents::
28    # Fibonacci numbers module
30    def fib(n):    # write Fibonacci series up to n
31        a, b = 0, 1
32        while b < n:
33            print b,
34            a, b = b, a+b
36    def fib2(n): # return Fibonacci series up to n
37        result = []
38        a, b = 0, 1
39        while b < n:
40            result.append(b)
41            a, b = b, a+b
42        return result
44 Now enter the Python interpreter and import this module with the following
45 command::
47    >>> import fibo
49 This does not enter the names of the functions defined in ``fibo``  directly in
50 the current symbol table; it only enters the module name ``fibo`` there. Using
51 the module name you can access the functions::
53    >>> fibo.fib(1000)
54    1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377 610 987
55    >>> fibo.fib2(100)
56    [1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89]
57    >>> fibo.__name__
58    'fibo'
60 If you intend to use a function often you can assign it to a local name::
62    >>> fib = fibo.fib
63    >>> fib(500)
64    1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377
67 .. _tut-moremodules:
69 More on Modules
70 ===============
72 A module can contain executable statements as well as function definitions.
73 These statements are intended to initialize the module. They are executed only
74 the *first* time the module is imported somewhere. [#]_
76 Each module has its own private symbol table, which is used as the global symbol
77 table by all functions defined in the module. Thus, the author of a module can
78 use global variables in the module without worrying about accidental clashes
79 with a user's global variables. On the other hand, if you know what you are
80 doing you can touch a module's global variables with the same notation used to
81 refer to its functions, ``modname.itemname``.
83 Modules can import other modules.  It is customary but not required to place all
84 :keyword:`import` statements at the beginning of a module (or script, for that
85 matter).  The imported module names are placed in the importing module's global
86 symbol table.
88 There is a variant of the :keyword:`import` statement that imports names from a
89 module directly into the importing module's symbol table.  For example::
91    >>> from fibo import fib, fib2
92    >>> fib(500)
93    1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377
95 This does not introduce the module name from which the imports are taken in the
96 local symbol table (so in the example, ``fibo`` is not defined).
98 There is even a variant to import all names that a module defines::
100    >>> from fibo import *
101    >>> fib(500)
102    1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377
104 This imports all names except those beginning with an underscore (``_``).
106 Note that in general the practice of importing ``*`` from a module or package is
107 frowned upon, since it often causes poorly readable code. However, it is okay to
108 use it to save typing in interactive sessions.
110 .. note::
112    For efficiency reasons, each module is only imported once per interpreter
113    session.  Therefore, if you change your modules, you must restart the
114    interpreter -- or, if it's just one module you want to test interactively,
115    use :func:`reload`, e.g. ``reload(modulename)``.
118 .. _tut-modulesasscripts:
120 Executing modules as scripts
121 ----------------------------
123 When you run a Python module with ::
125    python fibo.py <arguments>
127 the code in the module will be executed, just as if you imported it, but with
128 the ``__name__`` set to ``"__main__"``.  That means that by adding this code at
129 the end of your module::
131    if __name__ == "__main__":
132        import sys
133        fib(int(sys.argv[1]))
135 you can make the file usable as a script as well as an importable module,
136 because the code that parses the command line only runs if the module is
137 executed as the "main" file::
139    $ python fibo.py 50
140    1 1 2 3 5 8 13 21 34
142 If the module is imported, the code is not run::
144    >>> import fibo
145    >>>
147 This is often used either to provide a convenient user interface to a module, or
148 for testing purposes (running the module as a script executes a test suite).
151 .. _tut-searchpath:
153 The Module Search Path
154 ----------------------
156 .. index:: triple: module; search; path
158 When a module named :mod:`spam` is imported, the interpreter searches for a file
159 named :file:`spam.py` in the current directory, and then in the list of
160 directories specified by the environment variable :envvar:`PYTHONPATH`.  This
161 has the same syntax as the shell variable :envvar:`PATH`, that is, a list of
162 directory names.  When :envvar:`PYTHONPATH` is not set, or when the file is not
163 found there, the search continues in an installation-dependent default path; on
164 Unix, this is usually :file:`.:/usr/local/lib/python`.
166 Actually, modules are searched in the list of directories given by the variable
167 ``sys.path`` which is initialized from the directory containing the input script
168 (or the current directory), :envvar:`PYTHONPATH` and the installation- dependent
169 default.  This allows Python programs that know what they're doing to modify or
170 replace the module search path.  Note that because the directory containing the
171 script being run is on the search path, it is important that the script not have
172 the same name as a standard module, or Python will attempt to load the script as
173 a module when that module is imported. This will generally be an error.  See
174 section :ref:`tut-standardmodules` for more information.
177 "Compiled" Python files
178 -----------------------
180 As an important speed-up of the start-up time for short programs that use a lot
181 of standard modules, if a file called :file:`spam.pyc` exists in the directory
182 where :file:`spam.py` is found, this is assumed to contain an
183 already-"byte-compiled" version of the module :mod:`spam`. The modification time
184 of the version of :file:`spam.py` used to create :file:`spam.pyc` is recorded in
185 :file:`spam.pyc`, and the :file:`.pyc` file is ignored if these don't match.
187 Normally, you don't need to do anything to create the :file:`spam.pyc` file.
188 Whenever :file:`spam.py` is successfully compiled, an attempt is made to write
189 the compiled version to :file:`spam.pyc`.  It is not an error if this attempt
190 fails; if for any reason the file is not written completely, the resulting
191 :file:`spam.pyc` file will be recognized as invalid and thus ignored later.  The
192 contents of the :file:`spam.pyc` file are platform independent, so a Python
193 module directory can be shared by machines of different architectures.
195 Some tips for experts:
197 * When the Python interpreter is invoked with the :option:`-O` flag, optimized
198   code is generated and stored in :file:`.pyo` files.  The optimizer currently
199   doesn't help much; it only removes :keyword:`assert` statements.  When
200   :option:`-O` is used, *all* :term:`bytecode` is optimized; ``.pyc`` files are
201   ignored and ``.py`` files are compiled to optimized bytecode.
203 * Passing two :option:`-O` flags to the Python interpreter (:option:`-OO`) will
204   cause the bytecode compiler to perform optimizations that could in some rare
205   cases result in malfunctioning programs.  Currently only ``__doc__`` strings are
206   removed from the bytecode, resulting in more compact :file:`.pyo` files.  Since
207   some programs may rely on having these available, you should only use this
208   option if you know what you're doing.
210 * A program doesn't run any faster when it is read from a :file:`.pyc` or
211   :file:`.pyo` file than when it is read from a :file:`.py` file; the only thing
212   that's faster about :file:`.pyc` or :file:`.pyo` files is the speed with which
213   they are loaded.
215 * When a script is run by giving its name on the command line, the bytecode for
216   the script is never written to a :file:`.pyc` or :file:`.pyo` file.  Thus, the
217   startup time of a script may be reduced by moving most of its code to a module
218   and having a small bootstrap script that imports that module.  It is also
219   possible to name a :file:`.pyc` or :file:`.pyo` file directly on the command
220   line.
222 * It is possible to have a file called :file:`spam.pyc` (or :file:`spam.pyo`
223   when :option:`-O` is used) without a file :file:`spam.py` for the same module.
224   This can be used to distribute a library of Python code in a form that is
225   moderately hard to reverse engineer.
227   .. index:: module: compileall
229 * The module :mod:`compileall` can create :file:`.pyc` files (or :file:`.pyo`
230   files when :option:`-O` is used) for all modules in a directory.
233 .. _tut-standardmodules:
235 Standard Modules
236 ================
238 .. index:: module: sys
240 Python comes with a library of standard modules, described in a separate
241 document, the Python Library Reference ("Library Reference" hereafter).  Some
242 modules are built into the interpreter; these provide access to operations that
243 are not part of the core of the language but are nevertheless built in, either
244 for efficiency or to provide access to operating system primitives such as
245 system calls.  The set of such modules is a configuration option which also
246 depends on the underlying platform For example, the :mod:`winreg` module is only
247 provided on Windows systems. One particular module deserves some attention:
248 :mod:`sys`, which is built into every Python interpreter.  The variables
249 ``sys.ps1`` and ``sys.ps2`` define the strings used as primary and secondary
250 prompts::
252    >>> import sys
253    >>> sys.ps1
254    '>>> '
255    >>> sys.ps2
256    '... '
257    >>> sys.ps1 = 'C> '
258    C> print 'Yuck!'
259    Yuck!
260    C>
263 These two variables are only defined if the interpreter is in interactive mode.
265 The variable ``sys.path`` is a list of strings that determines the interpreter's
266 search path for modules. It is initialized to a default path taken from the
267 environment variable :envvar:`PYTHONPATH`, or from a built-in default if
268 :envvar:`PYTHONPATH` is not set.  You can modify it using standard list
269 operations::
271    >>> import sys
272    >>> sys.path.append('/ufs/guido/lib/python')
275 .. _tut-dir:
277 The :func:`dir` Function
278 ========================
280 The built-in function :func:`dir` is used to find out which names a module
281 defines.  It returns a sorted list of strings::
283    >>> import fibo, sys
284    >>> dir(fibo)
285    ['__name__', 'fib', 'fib2']
286    >>> dir(sys)
287    ['__displayhook__', '__doc__', '__excepthook__', '__name__', '__stderr__',
288     '__stdin__', '__stdout__', '_getframe', 'api_version', 'argv',
289     'builtin_module_names', 'byteorder', 'callstats', 'copyright',
290     'displayhook', 'exc_clear', 'exc_info', 'exc_type', 'excepthook',
291     'exec_prefix', 'executable', 'exit', 'getdefaultencoding', 'getdlopenflags',
292     'getrecursionlimit', 'getrefcount', 'hexversion', 'maxint', 'maxunicode',
293     'meta_path', 'modules', 'path', 'path_hooks', 'path_importer_cache',
294     'platform', 'prefix', 'ps1', 'ps2', 'setcheckinterval', 'setdlopenflags',
295     'setprofile', 'setrecursionlimit', 'settrace', 'stderr', 'stdin', 'stdout',
296     'version', 'version_info', 'warnoptions']
298 Without arguments, :func:`dir` lists the names you have defined currently::
300    >>> a = [1, 2, 3, 4, 5]
301    >>> import fibo
302    >>> fib = fibo.fib
303    >>> dir()
304    ['__builtins__', '__doc__', '__file__', '__name__', 'a', 'fib', 'fibo', 'sys']
306 Note that it lists all types of names: variables, modules, functions, etc.
308 .. index:: module: __builtin__
310 :func:`dir` does not list the names of built-in functions and variables.  If you
311 want a list of those, they are defined in the standard module
312 :mod:`__builtin__`::
314    >>> import __builtin__
315    >>> dir(__builtin__)
316    ['ArithmeticError', 'AssertionError', 'AttributeError', 'DeprecationWarning',
317     'EOFError', 'Ellipsis', 'EnvironmentError', 'Exception', 'False',
318     'FloatingPointError', 'FutureWarning', 'IOError', 'ImportError',
319     'IndentationError', 'IndexError', 'KeyError', 'KeyboardInterrupt',
320     'LookupError', 'MemoryError', 'NameError', 'None', 'NotImplemented',
321     'NotImplementedError', 'OSError', 'OverflowError',
322     'PendingDeprecationWarning', 'ReferenceError', 'RuntimeError',
323     'RuntimeWarning', 'StandardError', 'StopIteration', 'SyntaxError',
324     'SyntaxWarning', 'SystemError', 'SystemExit', 'TabError', 'True',
325     'TypeError', 'UnboundLocalError', 'UnicodeDecodeError',
326     'UnicodeEncodeError', 'UnicodeError', 'UnicodeTranslateError',
327     'UserWarning', 'ValueError', 'Warning', 'WindowsError',
328     'ZeroDivisionError', '_', '__debug__', '__doc__', '__import__',
329     '__name__', 'abs', 'apply', 'basestring', 'bool', 'buffer',
330     'callable', 'chr', 'classmethod', 'cmp', 'coerce', 'compile',
331     'complex', 'copyright', 'credits', 'delattr', 'dict', 'dir', 'divmod',
332     'enumerate', 'eval', 'execfile', 'exit', 'file', 'filter', 'float',
333     'frozenset', 'getattr', 'globals', 'hasattr', 'hash', 'help', 'hex',
334     'id', 'input', 'int', 'intern', 'isinstance', 'issubclass', 'iter',
335     'len', 'license', 'list', 'locals', 'long', 'map', 'max', 'memoryview',
336     'min', 'object', 'oct', 'open', 'ord', 'pow', 'property', 'quit', 'range',
337     'raw_input', 'reduce', 'reload', 'repr', 'reversed', 'round', 'set',
338     'setattr', 'slice', 'sorted', 'staticmethod', 'str', 'sum', 'super',
339     'tuple', 'type', 'unichr', 'unicode', 'vars', 'xrange', 'zip']
342 .. _tut-packages:
344 Packages
345 ========
347 Packages are a way of structuring Python's module namespace by using "dotted
348 module names".  For example, the module name :mod:`A.B` designates a submodule
349 named ``B`` in a package named ``A``.  Just like the use of modules saves the
350 authors of different modules from having to worry about each other's global
351 variable names, the use of dotted module names saves the authors of multi-module
352 packages like NumPy or the Python Imaging Library from having to worry about
353 each other's module names.
355 Suppose you want to design a collection of modules (a "package") for the uniform
356 handling of sound files and sound data.  There are many different sound file
357 formats (usually recognized by their extension, for example: :file:`.wav`,
358 :file:`.aiff`, :file:`.au`), so you may need to create and maintain a growing
359 collection of modules for the conversion between the various file formats.
360 There are also many different operations you might want to perform on sound data
361 (such as mixing, adding echo, applying an equalizer function, creating an
362 artificial stereo effect), so in addition you will be writing a never-ending
363 stream of modules to perform these operations.  Here's a possible structure for
364 your package (expressed in terms of a hierarchical filesystem)::
366    sound/                          Top-level package
367          __init__.py               Initialize the sound package
368          formats/                  Subpackage for file format conversions
369                  __init__.py
370                  wavread.py
371                  wavwrite.py
372                  aiffread.py
373                  aiffwrite.py
374                  auread.py
375                  auwrite.py
376                  ...
377          effects/                  Subpackage for sound effects
378                  __init__.py
379                  echo.py
380                  surround.py
381                  reverse.py
382                  ...
383          filters/                  Subpackage for filters
384                  __init__.py
385                  equalizer.py
386                  vocoder.py
387                  karaoke.py
388                  ...
390 When importing the package, Python searches through the directories on
391 ``sys.path`` looking for the package subdirectory.
393 The :file:`__init__.py` files are required to make Python treat the directories
394 as containing packages; this is done to prevent directories with a common name,
395 such as ``string``, from unintentionally hiding valid modules that occur later
396 on the module search path. In the simplest case, :file:`__init__.py` can just be
397 an empty file, but it can also execute initialization code for the package or
398 set the ``__all__`` variable, described later.
400 Users of the package can import individual modules from the package, for
401 example::
403    import sound.effects.echo
405 This loads the submodule :mod:`sound.effects.echo`.  It must be referenced with
406 its full name. ::
408    sound.effects.echo.echofilter(input, output, delay=0.7, atten=4)
410 An alternative way of importing the submodule is::
412    from sound.effects import echo
414 This also loads the submodule :mod:`echo`, and makes it available without its
415 package prefix, so it can be used as follows::
417    echo.echofilter(input, output, delay=0.7, atten=4)
419 Yet another variation is to import the desired function or variable directly::
421    from sound.effects.echo import echofilter
423 Again, this loads the submodule :mod:`echo`, but this makes its function
424 :func:`echofilter` directly available::
426    echofilter(input, output, delay=0.7, atten=4)
428 Note that when using ``from package import item``, the item can be either a
429 submodule (or subpackage) of the package, or some  other name defined in the
430 package, like a function, class or variable.  The ``import`` statement first
431 tests whether the item is defined in the package; if not, it assumes it is a
432 module and attempts to load it.  If it fails to find it, an :exc:`ImportError`
433 exception is raised.
435 Contrarily, when using syntax like ``import item.subitem.subsubitem``, each item
436 except for the last must be a package; the last item can be a module or a
437 package but can't be a class or function or variable defined in the previous
438 item.
441 .. _tut-pkg-import-star:
443 Importing \* From a Package
444 ---------------------------
446 .. index:: single: __all__
448 Now what happens when the user writes ``from sound.effects import *``?  Ideally,
449 one would hope that this somehow goes out to the filesystem, finds which
450 submodules are present in the package, and imports them all.  This could take a
451 long time and importing sub-modules might have unwanted side-effects that should
452 only happen when the sub-module is explicitly imported.
454 The only solution is for the package author to provide an explicit index of the
455 package.  The :keyword:`import` statement uses the following convention: if a package's
456 :file:`__init__.py` code defines a list named ``__all__``, it is taken to be the
457 list of module names that should be imported when ``from package import *`` is
458 encountered.  It is up to the package author to keep this list up-to-date when a
459 new version of the package is released.  Package authors may also decide not to
460 support it, if they don't see a use for importing \* from their package.  For
461 example, the file :file:`sounds/effects/__init__.py` could contain the following
462 code::
464    __all__ = ["echo", "surround", "reverse"]
466 This would mean that ``from sound.effects import *`` would import the three
467 named submodules of the :mod:`sound` package.
469 If ``__all__`` is not defined, the statement ``from sound.effects import *``
470 does *not* import all submodules from the package :mod:`sound.effects` into the
471 current namespace; it only ensures that the package :mod:`sound.effects` has
472 been imported (possibly running any initialization code in :file:`__init__.py`)
473 and then imports whatever names are defined in the package.  This includes any
474 names defined (and submodules explicitly loaded) by :file:`__init__.py`.  It
475 also includes any submodules of the package that were explicitly loaded by
476 previous :keyword:`import` statements.  Consider this code::
478    import sound.effects.echo
479    import sound.effects.surround
480    from sound.effects import *
482 In this example, the :mod:`echo` and :mod:`surround` modules are imported in the
483 current namespace because they are defined in the :mod:`sound.effects` package
484 when the ``from...import`` statement is executed.  (This also works when
485 ``__all__`` is defined.)
487 Although certain modules are designed to export only names that follow certain
488 patterns when you use ``import *``, it is still considered bad practise in
489 production code.
491 Remember, there is nothing wrong with using ``from Package import
492 specific_submodule``!  In fact, this is the recommended notation unless the
493 importing module needs to use submodules with the same name from different
494 packages.
497 Intra-package References
498 ------------------------
500 The submodules often need to refer to each other.  For example, the
501 :mod:`surround` module might use the :mod:`echo` module.  In fact, such
502 references are so common that the :keyword:`import` statement first looks in the
503 containing package before looking in the standard module search path. Thus, the
504 :mod:`surround` module can simply use ``import echo`` or ``from echo import
505 echofilter``.  If the imported module is not found in the current package (the
506 package of which the current module is a submodule), the :keyword:`import`
507 statement looks for a top-level module with the given name.
509 When packages are structured into subpackages (as with the :mod:`sound` package
510 in the example), you can use absolute imports to refer to submodules of siblings
511 packages.  For example, if the module :mod:`sound.filters.vocoder` needs to use
512 the :mod:`echo` module in the :mod:`sound.effects` package, it can use ``from
513 sound.effects import echo``.
515 Starting with Python 2.5, in addition to the implicit relative imports described
516 above, you can write explicit relative imports with the ``from module import
517 name`` form of import statement. These explicit relative imports use leading
518 dots to indicate the current and parent packages involved in the relative
519 import. From the :mod:`surround` module for example, you might use::
521    from . import echo
522    from .. import formats
523    from ..filters import equalizer
525 Note that both explicit and implicit relative imports are based on the name of
526 the current module. Since the name of the main module is always ``"__main__"``,
527 modules intended for use as the main module of a Python application should
528 always use absolute imports.
531 Packages in Multiple Directories
532 --------------------------------
534 Packages support one more special attribute, :attr:`__path__`.  This is
535 initialized to be a list containing the name of the directory holding the
536 package's :file:`__init__.py` before the code in that file is executed.  This
537 variable can be modified; doing so affects future searches for modules and
538 subpackages contained in the package.
540 While this feature is not often needed, it can be used to extend the set of
541 modules found in a package.
544 .. rubric:: Footnotes
546 .. [#] In fact function definitions are also 'statements' that are 'executed'; the
547    execution of a module-level function enters the function name in the module's
548    global symbol table.