Создание модулей пользователя

По мере возрастания сложности программ появляется необходимость разбить их на несколько файлов для облегчения поддержки. Также может возникнуть необходимость в многократном использовании написанных функций в нескольких программах, не копируя их определения в каждую из программ. Во всех этих случаях оправдана разработка модулей.
Модули выполняют как минимум три важных функции:

· повторное использование кода: такой код может быть загружен много раз во многих местах;

· управление адресным пространством: модуль – это высокоуровневая организация программ, это пакет имен, который избавляет вас от конфликтов. Поэтому модуль – это средство для группировки системных компонентов;

· глобализация сервисов и данных: для реализации объекта, который используется во многих местах, достаточно написать один модуль, который будет импортирован.

Модуль на языке Python – это файл с расширением .py, содержащий описания функций, классов, переменные и другие объекты, как правило, общей области применения.
Программы на языке Python тоже представляют собой файлы с расширением .py, но в отличие от модулей, которые используются для подключения к другим программам, предназначены для непосредственного выполнения.
Для создания пользовательского модуля необходимо сформировать файл с расширением .py, содержащий необходимые объекты. В качестве примера создадим модуль с именем my_module в виде файла my_module.py, куда запишем описание функции fibo().
Для подключения созданного модуля к программе, как и любого другого (см. раздел 1" лаб. раб. №2), используется оператор import:

>>> import my_module

Оператор import позволяет также подключать сразу несколько модулей, перечисляя из через запятую.
При вызове функции fibo() ее необходимо указать как метод модуля my_module:

>>> my_module.fibo(12)
[1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144]

Непосредственный вызов функции

>>> fibo(12)

вызовет исключение:

NameError: name 'fibo' is not defined

Это происходит потому, что пространство имен модуля не входит в пространство имен программы. Для того, чтобы вызвать функцию fibo() непосредственно, т.е. так, как если бы она была описана в самой программе, необходимо использовать оператор from

>>> from my_module.fibo(12) import fibo
>>> fibo(14)
[1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377]

В операторе from можно задавать одновременно сразу несколько объектов модуля, перечисляя их через запятую.

 

Компиляция и выполнение фрагментов кода

Python позволяет во время работы программы динамически осуществлять компиляцию и выполнение отдельных фрагментом кода. Для этого используются следующие встроенные функции (см. подраздел 8.1) лаб. раб. №1):

· compile() (см. подраздел 4.1);

· exec() (см. подраздел 4.2);

· eval() (см. подраздел 4.3).

 

Функция compile()

Встроенная функция compile(source, filename, mode, flags=0,dont_inherit=False, optimize=-1) – компилирует исходный код, указанный аргументом source, в код или объект AST (см. подраздел 8.1 лаб. раб. №1). Объекты кода могут быть выполнены с помощью функций exec() (см. подраздел 4.2) или eval() (см. подраздел 4.3).
Исходный код source может быть строкой (см. раздел 2 лаб. раб. №2), типом bytes (см. подраздел 3.1 лаб. раб. №4) или AST объектом (для получения информации о том, как работать с AST объектами необходимо обратиться к документации модуля ast).
Аргумент filename должен указывать имя файла, откуда будет прочитан искодный код (если код находится в интерактивной среде разработки – указывается значение '<string>').
Аргумент mode указывает вид кода, который должен быть компилирован. Это может быть 'exec', если код состоит из последовательности операторов (используется в большинстве случаев), 'eval' – если код состоит из единственного выражения (если указать оператор, то возникнет исключение "invalid syntax"), или 'single', если код состоит из единственного оператора, используемого в интерактивном режиме (если операторов больше – они не будут выполняться).
Необязательные аргументы flags и dont_inherit определяют, какие операторы future_statement (см. PEP 236 http://legacy.python.org/dev/peps/pep-0236/) влияют на компилящию исходного кода.
Необязательный аргумент optimize указывает уровень оптимизации компилятора. Значение, принимаемое по умолчанию (-1), выбирает уровень оптимизации интерпретатора, заданный опцией -O. Явно задавать можно следующие уровни:

· 0 – нет оптимизации, значение __debug__ равно True;

· 1 – функции assert() удалены, значение __debug__ равно False;

· 2 – строки документации удалены также.

Функция compile() вызывает исключение SyntaxError, если компилируемый код неверен, и исключение TypeError, если исходный код содержит байты null.
Отметим, когда компилируется строка, заданная на нескольких рядках, в режимах 'single' или 'eval', ввод может быть завершен даже одним символом перевода на новую строку (\n).
Изменения в версии 3.2: разрешается использование символов перевода на новую строку в стиле Windows и Mac. Также ввод в режиме 'exec' больше не должен заканчиваться по символу перевода на новую строку. Добавлен параметр оптимизации.
Приведем пример компиляции небольшого фрагмента кода:

>>> my_code= compile ('''
x=5
y=x**3+1
print(y) ''', '<string>', 'exec')

Переменная my_code указывает на скомпилированный фрагмент кода. Определим ее тип:

>>> type (my_code)
<class 'code'>

Таким образом скомпилированный код имеет тип (класс) code.

 

Функция exec()

Встроенная функция exec(object[, globals[, locals]]) поддерживает динамическое выполнение кода языка Python (см. подраздел 8.1 лаб. раб. №1). Аргумент object должен быть строкой или объектом типа code. Если это строка, то производится ее грамматический разбор, как это делается с операторами языка. После чего происходит ее выполнение (до завершения или до появления ошибки). Если это объект типа code, то он просто выполняется. Надо быть готовым к тому, что операторы return и yield могут не выполняться вне определения функции даже внутри контекста кода, передаваемого функции exec(). Возвращается значение None.
Во всех случаях, когда необязательная часть аргументов опущена, код выполняется в текущем пространстве имен. Если указан только аргумент globals, должен быть словарь, который будет использоваться как для глобальных, так и для локальных переменных. Если указаны аргуметры globals и locals, они будут использованы соответственно для глобальных и локальных переменных. Если указан аргумент locals, он может быть типа отображения. Необходимо помнить, что на уровне модуля globals и locals являются одним и тем же словарем. Если функция exec() получает два отдельных объекта – globals и locals, код будет выполняться как будто они были объявлены в определении класса.
Если словарь globals не содержит значение для ключа __builtins__, ссылка на словарь встроенного модуля builtins будет вставлена под этим ключем. Это можно контролировать, поскольку builtins доступен выполняемому коду путем всключения собственного словаря __builtins__ в пространство имен globals перед передачей кода функции exec().
Отметим, во-первых, что встроенные функции globals() и locals() (см. подраздел 2.4) возвращают соответственно глобальный и локальный словари, которые могут использоваться как второй и третий аргументы функции exec().
Во-вторых, значения по умолчанию аргумента locals() берутся так, как приведено в фукнции locals(): модификации значений по умолчанию словаря locals() не допускаются. Необходимо явно передать словарь locals(), если нужно увидеть влияние кода на locals() после того, как функция exec() вернет значение.
Приведем два примера использования фукнции exec(): один с аргументом в виде строки:

>>> x=1.25
>>> exec ('y=x*x+x+1')
>>> y
3.8125

другой – с аргументом в виде скомпилированного кода. Для этого воспользуемся переменной my_code, полученной в подразделе 4.1:

>>> exec (my_code)
126

 

Функция eval()

Аргументами встроенной функции eval (expression, globals = None, locals = None) (см. подраздел 8.1 лаб. работы №1) являются: строка expression, задающая выражение, и необязательные словари globals и locals, указывающие пространства имен соответственно глобальных и локальных переменных (см. подраздел 2.4). При выполнении функции осуществляется грамматический разбор выражения и вычисление его значения:

>>> x=5
>>> eval ('x+1',{ 'x':1})
2

Если аргумент locals опущен, значения берутся из словаря globals. Если опущены оба необязательных аргумента, выражение вычисляется в том окружении, в котором функция eval() была вызвана:

>>> x=5
>>> eval ('x+1')
6.

В подразделе 1.1.3 была рассмотрена функция val(x, y, op), выполняющая заданные арифметические операции (op) над двумя числами (x и y). Использование функции eval() в блоке функции val() (новый вариант функции – new_val()) не только делает описание функции намного компактнее:

>>> def new_val (x, y, op):
return eval (str (x)+op+ str (y)),

но и существенно расширяет функциональные возможности функции eval(), поскольку функция new_val() может выполнять не только те операции, которые были предусмотрены для функции val():

>>> new_val(3, 2, '/')
1.5,

но и любые двуместные операции для операндов x и y:

>>> new_val(3,2,'**')
9.

Причем даже такие, которых нет среди стандартных операций языка Python:

>>> new_val(3, 2, '**2+')
11.

В заключение отметим, что eval(repr(object)) возвращает object. Например:

>>> eval (repr ("cat"))
'cat'.

 

Индивидуальные задания

Разработать программу на языке Python, в которой:

· 1 Определена и выполнена функция func1() с аргументами в виде списка чисел (целых и с плавающей точкой), которая выполняет операцию, заданную колонкой "Операция" табл. №1):

§ 1 – определение суммы квадратов элементов списка;

§ 2 – определение максимального числа среди элементов списка;

§ 3 – определение квадратных корней элементов списка;

§ 4 – определение минимального числа среди элементов списка;

§ 5 – определение среднего значения элементов списка;

§ 6 – определение разности между суммой четных чисел и суммой нечетных чисел (если число не целое – привести к целому);

§ 7 – определение разности между суммой кубов и суммой квадратов элементов списка.

· 2.1 Создан словарь a_dict (числом элементов не меньше 8), ключи которого именуются произвольно, а значения заданы в виде, указанном колонкой "Вид значений" табл. №1):

§ 1 – латинские буквы;

§ 2 – цифры;

§ 3 – буквы кириллицы;

§ 4 – наименования встроенных функций;

§ 5 – наименования операторов.

При этом отдельные ключи (числом не меньше трех) должны иметь одинаковое значение.

· 2.2 Определена функция func2(), которая имеет два аргумента, первый – в виде словаря, второй – указывает значение ключа словаря. Функция func2() возвращает список ключей словаря, значения которых совпадают со значениями второго аргумента.

· 3.1 Создан список a_list, элементы которого имеют тип, указанный колонкой "Тип" табл. №1):

§ 1 – числа;

§ 2 – логические значения;

§ 3 – строки;

§ 4 – списки с элементами в виде чисел;

§ 5 – списки с элементами в виде строк.

· 3.2 Определена функция func3(), которая преобразует каждый элемент заданного списка a_list в целое число (механизм преобразования – на усмотрение студента).

· 3.3 Выполнена с использованием функции func3() и метода sort() сортировка элементов списка a_list:

§ для четных номеров индивидуального задания – по возрастанию;

§ для нечетных номеров индивидуального задания – по убыванию.

· 4.1 Задана строка str_code, содержащая небольшой фрагмент кода на языке Python и получен скомпилированный с помощью встроенной функции compile() код – comp_code.

· 4.2 С помощью встроенной функции exec() код comp_code исполнен.

Таблица 1 – Перечень индивидуальных заданий
Номер п/п	Операция	Вид значений	Тип
1	1	5	1,5
2	2	4	2,3
3	3	3	2,4
4	4	2	2,5
5	5	1	3,4
6	6	5	3,5
7	7	4	1,5
8	1	3	2,3
9	2	2	2,4
10	3	1	2,5
11	4	5	3,4
12	5	4	3,5
13	6	3	1,5
14	7	2	2,3
15	1	1	2,4
16	2	5	2,5
17	3	4	3,4
18	4	3	3,5