Python標準庫—走馬觀花

Python有一套很有用的標準庫(standard library)。標準庫會隨著Python解釋器，一起安裝在你的電腦中的。它是Python的一個組成部分。這些標準庫是Python為你準備好的利器，可以讓編程事半功倍。

我將根據我個人的使用經驗中，挑選出標準庫三個方面的包(package)介紹：

Python增強

系統互動

網絡

第一類：Python增強

Python自身的已有的一些功能可以隨著標準庫的使用而得到增強。

1) 文字處理

Python的string類提供了對字符串進行處理的方法。更進一步，通過標準庫中的re包，Python可以用正則表達式(regular expression)來處理字符串。

正則表達式是一個字符串模板。Python可以從字符中搜查符合該模板的部分，或者對這一部分替換成其它內容。比如你可以搜索一個文本中所有的數字。正則表達式的關鍵在于根據自己的需要構成模板。

此外，Python標準庫還為字符串的輸出提供更加豐富的格式， 比如： string包，textwrap包。

2) 數據對象

不同的數據對象，適用于不同場合的對數據的組織和管理。Python的標準庫定義了表和詞典之外的數據對象，比如說數組(array)，隊列(Queue)。一個熟悉數據結構(data structure)的Python用戶可以在這些包中找到自己需要的數據結構。

此外，我們也會經常使用copy包，以復制對象。

3) 日期和時間

日期和時間的管理并不復雜，但容易犯錯。Python的標準庫中對日期和時間的管理頗為完善（利用time包管理時間，利用datetime包管理日期和時間），你不僅可以進行日期時間的查詢和變換（比如：2012年7月18日對應的是星期幾），還可以對日期時間進行運算(比如2000.1.1 13:00的378小時之后是什么日期，什么時間)。通過這些標準庫，還可以根據需要控制日期時間輸出的文本格式(比如：輸出’2012-7-18‘還是'18 Jul 2012')

4) 數學運算

標準庫中，Python定義了一些新的數字類型(decimal包, fractions包), 以彌補之前的數字類型(integer, float)可能的不足。標準庫還包含了random包，用于處理隨機數相關的功能（產生隨機數，隨機取樣等）。math包補充了一些重要的數學常數和數學函數，比如pi，三角函數等等。

(盡管numpy并不是標準庫中的包，但它的數組運算的良好支持，讓它在基于Python的科研和計算方面得到相當廣泛的應用，可以適當關注。)

5) 存儲

之前我們的快速教程中，只提及了文本的輸入和輸出。實際上，Python可以輸入或輸出任意的對象。這些對象可以通過標準庫中的pickle包轉換成為二進制格式(binary)，然后存儲于文件之中，也可以反向從二進制文件中讀取對象。

此外，標準庫中還支持基本的數據庫功能(sqlite3包)。XML和csv格式的文件也有相應的處理包。

第二類：系統互動

系統互動，主要指Python和操作系統(operate system)、文件系統(file system)的互動。Python可以實現一個操作系統的許多功能。它能夠像bash腳本那樣管理操作系統，這也是Python有時被成為腳本語言的原因。

1) Python運行控制

sys包被用于管理Python自身的運行環境。Python是一個解釋器(interpreter), 也是一個運行在操作系統上的程序。我們可以用sys包來控制這一程序運行的許多參數，比如說Python運行所能占據的內存和CPU， Python所要掃描的路徑等。另一個重要功能是和Python自己的命令行互動，從命令行讀取命令和參數。

2) 操作系統

如果說Python構成了一個小的世界，那么操作系統就是包圍這個小世界的大世界。Python與操作系統的互動可以讓Python在自己的小世界里管理整個大世界。

os包是Python與操作系統的接口。我們可以用os包來實現操作系統的許多功能，比如管理系統進程，改變當前路徑(相當于’cd‘)，改變文件權限等，建立。但要注意，os包是建立在操作系統的平臺上的，許多功能在Windows系統上是無法實現的。另外，在使用os包中，要注意其中的有些功能已經被其他的包取代。

我們通過文件系統來管理磁盤上儲存的文件。查找、刪除，復制文件，以及列出文件列表等都是常見的文件操作。這些功能經?？梢栽诓僮飨到y中看到（比如ls, mv, cp等Linux命令），但現在可以通過Python標準庫中的glob包、shutil包、os.path包、以及os包的一些函數等，在Python內部實現。

subprocess包被用于執行外部命令，其功能相當于我們在操作系統的命令行中輸入命令以執行，比如常見的系統命令'ls'或者'cd'，還可以是任意可以在命令行中執行的程序。

4) 線程與進程

Python支持多線程(threading包)運行和多進程(multiprocessing包)運行。通過多線程和多進程，可以提高系統資源的利用率，提高計算機的處理速度。Python在這些包中，附帶有相關的通信和內存管理工具。此外，Python還支持類似于UNIX的signal系統，以實現進程之間的粗糙的信號通信。

第三類：網絡

現在，網絡功能的強弱很大程度上決定了一個語言的成功與否。從Ruby, JavaScript, php身上都可以感受到這一點。Python的標準庫對互聯網開發的支持并不充分，這也是Django等基于Python的項目的出發點: 增強Python在網絡方面的應用功能。這些項目取得了很大的成功，也是許多人愿意來學習Python的一大原因。但應注意到，這些基于Python的項目也是建立在Python標準庫的基礎上的。

1) 基于socket層的網絡應用

socket是網絡可編程部分的底層。通過socket包，我們可以直接管理socket，比如說將socket賦予給某個端口(port)，連接遠程端口，以及通過連接傳輸數據。我們也可以利用SocketServer包更方便地建立服務器。

通過與多線程和多進程配合，建立多線程或者多進程的服務器，可以有效提高服務器的工作能力。此外，通過asyncore包實現異步處理，也是改善服務器性能的一個方案。

2) 互聯網應用

在實際應用中，網絡的很多底層細節（比如socket）都是被高層的協議隱藏起來的。建立在socket之上的http協議實際上更容易也更經常被使用。http通過request/responce的模式建立連接并進行通信，其信息內容也更容易理解。Python標準庫中有http的服務器端和客戶端的應用支持(BaseHTTPServer包; urllib包, urllib2包), 并且可以通過urlparse包對URL（URL實際上說明了網絡資源所在的位置）進行理解和操作。

以上的介紹比較粗糙，只希望能為大家提供一個了解標準庫的入口。歡迎大家一起分享標準庫的使用經驗。