10. Σύντομη ξενάγηση στην Standard Βιβλιοθήκη

10.1. Διεπαφή Λειτουργικού Συστήματος

Το module os παρέχει δεκάδες λειτουργίες για αλληλεπίδραση με το λειτουργικό σύστημα:

>>> import os
>>> os.getcwd()      # Return the current working directory
'C:\\Python313'
>>> os.chdir('/server/accesslogs')   # Change current working directory
>>> os.system('mkdir today')   # Run the command mkdir in the system shell
0

Βεβαιωθείτε ότι χρησιμοποιείτε το στυλ import os αντί για το from os import *. Αυτό θα κρατήσει το os.open() υπό τη σκίαση της ενσωματωμένης συνάρτησης open() που λειτουργεί πολύ διαφορετικά.

Οι ενσωματωμένες συναρτήσεις dir() και help() είναι χρήσιμες ως διαδραστικά βοηθήματα για εργασία με μεγάλα modules όπως os:

>>> import os
>>> dir(os)
<επιστρέφει μια λίστα από όλες τις συναρτήσεις module>
>>> help(os)
<επιστρέφει μια εκτενή σελίδα εγχειριδίου που δημιουργήθηκε από τα docstrings του module>

Για καθημερινές διαχειριστικές εργασίες σε αρχεία και καταλόγους, το module shutil παρέχει μια διεπαφή υψηλότερου επιπέδου που είναι πιο εύκολη στην χρήση:

>>> import shutil
>>> shutil.copyfile('data.db', 'archive.db')
'archive.db'
>>> shutil.move('/build/executables', 'installdir')
'installdir'

10.2. Wildcard Αρχεία

Το module glob παρέχει μια λειτουργία για τη δημιουργία λιστών αρχείων από αναζητήσεις με χαρακτήρες μπαλαντέρ καταλόγου:

>>> import glob
>>> glob.glob('*.py')
['primes.py', 'random.py', 'quote.py']

10.3. Ορίσματα γραμμής εντολών

Τα κοινά scripts βοηθητικών προγραμμάτων συχνά χρειάζονται να επεξεργάζονται ορίσματα γραμμής εντολών. Αυτά τα ορίσματα αποθηκεύονται στο χαρακτηριστικό argv του module sys ως λίστα. Για παράδειγμα, ας πάρουμε το ακόλουθο αρχείο demo.py:

# File demo.py
import sys
print(sys.argv)

Εδώ είναι το αποτέλεσμα από την εκτέλεση του python demo.py one two three στη γραμμή εντολών:

['demo.py', 'one', 'two', 'three']

Το module argparse παρέχει έναν πιο εξελιγμένο μηχανισμό για την επεξεργασία ορισμάτων γραμμής εντολών. Το ακόλουθο script εξάγει ένα ή περισσότερα ονόματα αρχείων και έναν προαιρετικό αριθμό γραμμών που θα εμφανιστούν:

import argparse

parser = argparse.ArgumentParser(
    prog='top',
    description='Show top lines from each file')
parser.add_argument('filenames', nargs='+')
parser.add_argument('-l', '--lines', type=int, default=10)
args = parser.parse_args()
print(args)

Όταν εκτελείται στη γραμμή εντολών το python top.py --lines=5 alpha.txt beta.txt, το script ορίζει το args.lines σε 5 και το args.filenames σε ['alpha.txt', 'beta.txt'].

10.4. Ανακατεύθυνση εξόδου σφάλματος και τερματισμός προγράμματος

Το module sys έχει επίσης χαρακτηριστικά για stdin, stdout, και stderr. Το τελευταίο είναι χρήσιμο για την εκπομπή προειδοποιήσεων και μηνυμάτων σφαλμάτων ώστε να είναι ορατά ακόμα και όταν το stdout έχει ανακατευθυνθεί:

>>> sys.stderr.write('Warning, log file not found starting a new one\n')
Warning, log file not found starting a new one

Ο πιο άμεσος τρόπος για να τερματίσετε ένα script είναι να χρησιμοποιήσετε το sys.exit().

10.5. Ταίριασμα μοτίβων συμβολοσειρών

Το module re παρέχει εργαλεία κανονική έκφρασης για προηγμένη επεξεργασία συμβολοσειρών. Για πολύπλοκη αντιστοίχιση και χειρισμό, οι τυπικές εκφράσεις προσφέρουν συνοπτικές, βελτιστοποιημένες λύσεις:

>>> import re
>>> re.findall(r'\bf[a-z]*', 'which foot or hand fell fastest')
['foot', 'fell', 'fastest']
>>> re.sub(r'(\b[a-z]+) \1', r'\1', 'cat in the the hat')
'cat in the hat'

Όταν χρειάζονται μόνο απλές δυνατότητες, προτιμώνται οι μέθοδοι συμβολοσειρών, επειδή είναι ευκολότερες στην ανάγνωση και τον εντοπισμό σφαλμάτων:

>>> 'tea for too'.replace('too', 'two')
'tea for two'

10.6. Μαθηματικά

Το module math δίνει πρόσβαση στις υποκείμενες συναρτήσεις της βιβλιοθήκης C για μαθηματικά κινητής υποδιαστολής:

>>> import math
>>> math.cos(math.pi / 4)
0.70710678118654757
>>> math.log(1024, 2)
10.0

Το module random παρέχει εργαλεία για να κάνουμε τυχαίες επιλογές:

>>> import random
>>> random.choice(['apple', 'pear', 'banana'])
'apple'
>>> random.sample(range(100), 10)   # sampling without replacement
[30, 83, 16, 4, 8, 81, 41, 50, 18, 33]
>>> random.random()    # random float from the interval [0.0, 1.0)
0.17970987693706186
>>> random.randrange(6)    # random integer chosen from range(6)
4

Το module statistics υπολογίζει βασικές στατιστικές ιδιότητες (μέσος όρος, διάμεσος, διακύμανση, κ.λπ.) αριθμητικών δεδομένων:

>>> import statistics
>>> data = [2.75, 1.75, 1.25, 0.25, 0.5, 1.25, 3.5]
>>> statistics.mean(data)
1.6071428571428572
>>> statistics.median(data)
1.25
>>> statistics.variance(data)
1.3720238095238095

Το έργο SciPy <https://scipy.org> έχει πολλές άλλες ενότητες για αριθμητικούς υπολογισμούς.

10.7. Πρόσβαση στο Διαδίκτυο

Υπάρχει ένας αριθμός modules για πρόσβαση στο διαδίκτυο και επεξεργασία πρωτοκόλλων διαδικτύου. Δύο από τα πιο απλά είναι το urllib.request για να την ανάκτηση δεδομένων από διευθύνσεις URL και το smtplib για την αποστολή αλληλογραφίας:

>>> from urllib.request import urlopen
>>> with urlopen('http://worldtimeapi.org/api/timezone/etc/UTC.txt') as response:
...     for line in response:
...         line = line.decode()             # Convert bytes to a str
...         if line.startswith('datetime'):
...             print(line.rstrip())         # Remove trailing newline
...
datetime: 2022-01-01T01:36:47.689215+00:00

>>> import smtplib
>>> server = smtplib.SMTP('localhost')
>>> server.sendmail('soothsayer@example.org', 'jcaesar@example.org',
... """To: jcaesar@example.org
... From: soothsayer@example.org
...
... Beware the Ides of March.
... """)
>>> server.quit()

(Σημειώστε ότι το δεύτερο παράδειγμα χρειάζεται διακομιστή αλληλογραφίας που εκτελείται σε localhost.)

10.8. Ημερομηνίες και ώρες

Το module datetime παρέχει κλάσεις για χειρισμό ημερομηνιών και ωρών με απλούς και σύνθετους τρόπους. Ενώ υποστηρίζεται η αριθμητική ημερομηνία και ώρα, η υλοποίηση εστιάζεται στην αποτελεσματική εξαγωγή μελών για μορφοποίηση και χειρισμό εξόδου. Το module επίσης υποστηρίζει αντικείμενα που έχουν επίγνωση ζώνης ώρας.

>>> # dates are easily constructed and formatted
>>> from datetime import date
>>> now = date.today()
>>> now
datetime.date(2003, 12, 2)
>>> now.strftime("%m-%d-%y. %d %b %Y is a %A on the %d day of %B.")
'12-02-03. 02 Dec 2003 is a Tuesday on the 02 day of December.'

>>> # dates support calendar arithmetic
>>> birthday = date(1964, 7, 31)
>>> age = now - birthday
>>> age.days
14368

10.9. Συμπίεση Δεδομένων

Οι συνήθεις μορφές αρχειοθέτησης και συμπίεσης δεδομένων υποστηρίζονται άμεσα από modules όπως: zlib, gzip, bz2, lzma, zipfile και tarfile.

>>> import zlib
>>> s = b'witch which has which witches wrist watch'
>>> len(s)
41
>>> t = zlib.compress(s)
>>> len(t)
37
>>> zlib.decompress(t)
b'witch which has which witches wrist watch'
>>> zlib.crc32(s)
226805979

10.10. Μέτρηση επίδοσης

Ορισμένοι χρήστες Python αναπτύσσουν βαθύ ενδιαφέρον να γνωρίζουν τη σχετική απόδοση διαφορετικών προσεγγίσεων στο ίδιο πρόβλημα. Η Python παρέχει ένα εργαλείο μέτρησης που απαντά σε αυτές τις ερωτήσεις αμέσως.

Για παράδειγμα, μπορεί να είναι δελεαστικό να χρησιμοποιήσετε τη δυνατότητα tuple packing και unpacking αντί της παραδοσιακής προσέγγισης για την εναλλαγή ορισμάτων. Το module timeit δείχνει γρήγορα ένα ταπεινό πλεονέκτημα απόδοσης:

>>> from timeit import Timer
>>> Timer('t=a; a=b; b=t', 'a=1; b=2').timeit()
0.57535828626024577
>>> Timer('a,b = b,a', 'a=1; b=2').timeit()
0.54962537085770791

Σε αντίθεση με το λεπτό επίπεδο ευκρίνειας του timeit, τα modules profile και pstats παρέχουν εργαλεία για τον εντοπισμό κρίσιμων χρονικών τμημάτων σε μεγαλύτερα μπλοκ κώδικα.

10.11. Έλεγχος ποιότητας

Μια καλή προσέγγιση για την ανάπτυξη λογισμικού υψηλής ποιότητας είναι να γράφονται tests για κάθε λειτουργία καθώς αναπτύσσεται και να εκτελούνται συχνά αυτά τα tests κατά τη διαδικασία ανάπτυξης.

Το module doctest παρέχει ένα εργαλείο για τη σάρωση ενός module και την επικύρωση tests που είναι ενσωματωμένες στις συμβολοσειρές εγγράφων ενός προγράμματος. Η κατασκευή του test είναι τόσο απλή όσο η αποκοπή και επικόλληση μιας τυπικής κλήσης μαζί με τα αποτελέσματα της στη συμβολοσειρά εγγράφων. Αυτό βελτιώνει την τεκμηρίωση παρέχοντας στον χρήστη ένα παράδειγμα και επιτρέπει στην ενότητα doctest να βεβαιωθεί ότι ο κώδικας παραμένει πιστός στην τεκμηρίωση:

def average(values):
    """Υπολογίζει έναν αριθμητικό μέσο για μια λίστα από αριθμούς.

    >>> print(average([20, 30, 70]))
    40.0
    """
    return sum(values) / len(values)

import doctest
doctest.testmod()   # automatically validate the embedded tests

Το module unittest δεν είναι τόσο εύκολο όσο το module doctest, αλλά επιτρέπει τη διατήρηση ενός πιο ολοκληρωμένου συνόλου tests σε ξεχωριστό αρχείο:

import unittest

class TestStatisticalFunctions(unittest.TestCase):

    def test_average(self):
        self.assertEqual(average([20, 30, 70]), 40.0)
        self.assertEqual(round(average([1, 5, 7]), 1), 4.3)
        with self.assertRaises(ZeroDivisionError):
            average([])
        with self.assertRaises(TypeError):
            average(20, 30, 70)

unittest.main()  # Calling from the command line invokes all tests

10.12. Batteries Included

Η Python έχει μια φιλοσοφία «συμπεριλαμβάνονται μπαταρίες». Αυτό φαίνεται καλύτερα μέσα από τις εξελιγμένες και ισχυρές δυνατότητες των μεγαλύτερων πακέτων της. Για παράδειγμα:

• Τα modules xmlrpc.client και xmlrpc.server καθιστούν την υλοποίηση κλήσεων απομακρυσμένων διαδικασιών σε μια σχεδόν ασήμαντη εργασία. Παρά τα ονόματα των modules, δεν απαιτείται άμεση γνώση ή χειρισμός της XML.

• Το πακέτο email είναι μια βιβλιοθήκη για τη διαχείριση μηνυμάτων ηλεκτρονικού ταχυδρομείου, συμπεριλαμβανομένων MIME και άλλων μηνυμάτων εγγράφων που βασίζονται σε RFC 2822. Σε αντίθεση με τα smtplib και poplib που στην πραγματικότητα στέλνουν και λαμβάνουν μηνύματα, το πακέτο email έχει ένα πλήρες σύνολο εργαλείων για τη δημιουργία ή την αποκωδικοποίηση πολύπλοκων δομών μηνυμάτων (συμπεριλαμβανομένων των συνημμένων) και για την εφαρμογή κωδικοποίηση και πρωτόκολλο κεφαλίδων στο διαδίκτυο.

• Το πακέτο json παρέχει ισχυρή υποστήριξη για την ανάλυση αυτής της δημοφιλούς μορφής ανταλλαγής δεδομένων. Το module csv υποστηρίζει την άμεση ανάγνωση και εγγραφή αρχείων σε μορφή τιμής διαχωρισμένου με κόμματα, που συνήθως υποστηρίζεται από βάσεις δεδομένων και υπολογιστικά φύλλα. Η XML επεξεργασία υποστηρίζεται από τα πακέτα xml.etree.ElementTree, xml.dom και xml.sax. Μαζί, αυτές οι μονάδες και τα πακέτα απλοποιούν σημαντικά την ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ εφαρμογών Python και άλλων εργαλείων.

• Το module sqlite3 αποτελεί έναν wrapper για τη βιβλιοθήκη της βάσης δεδομένων SQLite, παρέχοντας μια συνεχής βάση δεδομένων που μπορεί να ενημερωθεί και να προσπελαστεί χρησιμοποιώντας ελαφρώς μη τυπική σύνταξη SQL.

• Η διεθνοποίηση υποστηρίζεται από έναν αριθμό modules, συμπεριλαμβανομένων των gettext, locale, και το πακέτο codecs.