6. Módulos

Si sales del intérprete de Python y vuelves a entrar, las definiciones que habías hecho (funciones y variables) se pierden. Por lo tanto, si quieres escribir un programa más o menos largo, es mejor que utilices un editor de texto para preparar la entrada para el intérprete y ejecutarlo con ese archivo como entrada. Esto se conoce como crear un script. A medida que tu programa crezca, quizás quieras separarlo en varios archivos para que el mantenimiento sea más sencillo. Quizás también quieras usar una función útil que has escrito en distintos programas sin copiar su definición en cada programa.

Para soportar esto, Python tiene una manera de poner definiciones en un archivo y usarlos en un script o en una instancia del intérprete. Este tipo de ficheros se llama módulo; las definiciones de un módulo pueden ser importadas a otros módulos o al módulo principal (la colección de variables a las que tienes acceso en un script ejecutado en el nivel superior y en el modo calculadora).

Un módulo es un fichero conteniendo definiciones y declaraciones de Python. El nombre de archivo es el nombre del módulo con el sufijo .py agregado. Dentro de un módulo, el nombre del mismo módulo (como cadena) está disponible en el valor de la variable global __name__. Por ejemplo, utiliza tu editor de texto favorito para crear un archivo llamado fibo.py en el directorio actual, con el siguiente contenido:

# Fibonacci numbers module

def fib(n):    # write Fibonacci series up to n
    a, b = 0, 1
    while a < n:
        print(a, end=' ')
        a, b = b, a+b
    print()

def fib2(n):   # return Fibonacci series up to n
    result = []
    a, b = 0, 1
    while a < n:
        result.append(a)
        a, b = b, a+b
    return result

Ahora entra en el intérprete de Python e importa este modulo con el siguiente comando:

>>> import fibo

Esto no añade los nombres de las funciones definidas en fibo directamente al actual namespace (ver Ámbitos y espacios de nombres en Python para más detalles); sólo añade el nombre del módulo fibo allí. Usando el nombre del módulo puedes acceder a las funciones:

>>> fibo.fib(1000)
0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377 610 987
>>> fibo.fib2(100)
[0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89]
>>> fibo.__name__
'fibo'

Si pretendes utilizar una función frecuentemente puedes asignarla a un nombre local:

>>> fib = fibo.fib
>>> fib(500)
0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377

6.1. Más sobre los módulos

Un módulo puede contener tanto declaraciones ejecutables como definiciones de funciones. Estas declaraciones están pensadas para inicializar el módulo. Se ejecutan únicamente la primera vez que el módulo se encuentra en una declaración import. [1] (También se ejecutan si el archivo se ejecuta como script.)

Cada módulo tiene su propio espacio de nombres privado, que es utilizado como espacio de nombres global por todas las funciones definidas en el módulo. De este modo, el autor de un módulo puede utilizar variables globales en el módulo sin preocuparse por choques accidentales con las variables globales de un usuario. Por otro lado, si sabes lo que estás haciendo puedes tocar las variables globales de un módulo con la misma notación que se utiliza para referirse a sus funciones, modname.itemname.

Los módulos pueden importar otros módulos. Es costumbre pero no obligatorio ubicar todas las declaraciones import al principio del módulo (o script, para el caso). Los nombres de los módulos importados, si se colocan en el nivel superior de un módulo (fuera de cualquier función o clase), se añaden al espacio de nombres global del módulo.

Hay una variante de la declaración import que importa los nombres de un módulo directamente al espacio de nombres del módulo que hace la importación. Por ejemplo:

>>> from fibo import fib, fib2
>>> fib(500)
0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377

Esto no introduce en el espacio de nombres local el nombre del módulo desde el cual se está importando (por lo tanto, en el ejemplo, fibo no esta definido).

Hay incluso una variante para importar todos los nombres que un módulo define:

>>> from fibo import *
>>> fib(500)
0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377

Esto importa todos los nombres excepto los que inician con un guión bajo (_). La mayoría de las veces los programadores de Python no usan esto ya que introduce en el intérprete un conjunto de nombres desconocido, posiblemente escondiendo algunas de las definiciones previas.

Nótese que en general la práctica de importar * de un módulo o paquete está muy mal vista, ya que frecuentemente genera código poco legible. Sin embargo, está bien usarlo para ahorrar tecleo en sesiones interactivas.

Si el nombre del módulo es seguido por as, el nombre siguiendo as queda ligado directamente al módulo importado.

>>> import fibo as fib
>>> fib.fib(500)
0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377

Esto es básicamente importar el módulo de la misma forma que se haría con import fibo, con la única diferencia en que se encuentra accesible como fib.

También se puede utilizar cuando se utiliza from con efectos similares:

>>> from fibo import fib as fibonacci
>>> fibonacci(500)
0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377

Nota

Por razones de eficiencia, cada módulo es importado solo una vez por sesión del intérprete. Por lo tanto, si cambias tus módulos, debes reiniciar el interprete – ó, si es un solo módulo que quieres probar de forma interactiva, usa importlib.reload(), por ejemplo: import importlib; importlib.reload(modulename).

6.1.1. Ejecutar módulos como scripts

Cuando ejecutes un módulo de Python con

python fibo.py <arguments>

el código en el módulo será ejecutado, tal como si lo hubieses importado, pero con __name__ con el valor de "__main__". Eso significa que agregando este código al final de tu módulo:

if __name__ == "__main__":
    import sys
    fib(int(sys.argv[1]))

puedes hacer que el archivo sea utilizable tanto como script, como módulo importable, porque el código que analiza la línea de órdenes sólo se ejecuta si el módulo es ejecutado como archivo principal:

$ python fibo.py 50
0 1 1 2 3 5 8 13 21 34

Si el módulo se importa, ese código no se ejecuta:

>>> import fibo
>>>

Esto es frecuentemente usado para proveer al módulo una interfaz de usuario conveniente, o para fines de prueba (ejecutar el módulo como un script que ejecuta un conjunto de pruebas).

6.1.2. El camino de búsqueda de los módulos

When a module named spam is imported, the interpreter first searches for a built-in module with that name. These module names are listed in sys.builtin_module_names. If not found, it then searches for a file named spam.py in a list of directories given by the variable sys.path. sys.path is initialized from these locations:

• El directorio que contiene el script de entrada (o el directorio actual cuando no se especifica archivo).

• PYTHONPATH (una lista de nombres de directorios, con la misma sintaxis que la variable de la terminal PATH).

• El valor predeterminado dependiente de la instalación (por convención incluye un directorio site-packages, manejado por el módulo site).

Más detalles en La inicialización de la ruta de búsqueda de módulo de sys.path.

Nota

En los sistemas de archivo que soportan enlaces simbólicos, el directorio que contiene el script de entrada es calculado luego de seguir el enlace simbólico. En otras palabras, el directorio que contiene el enlace simbólico no es agregado al camino de búsqueda del módulo.

Luego de la inicialización, los programas Python pueden modificar sys.path. El directorio que contiene el script que se está ejecutando se ubica al principio de la búsqueda, adelante de la biblioteca estándar. Esto significa que se cargarán scripts en ese directorio en lugar de módulos de la biblioteca estándar con el mismo nombre. Esto es un error a menos que se esté reemplazando intencionalmente. Mirá la sección Módulos estándar para más información.

6.1.3. Archivos «compilados» de Python

Para acelerar la carga de módulos, Python cachea las versiones compiladas de cada módulo en el directorio __pycache__ bajo el nombre module.version.pyc, dónde la versión codifica el formato del archivo compilado; generalmente contiene el número de versión de Python. Por ejemplo, en CPython release 3.3 la versión compilada de spam.py sería cacheada como __pycache__/spam.cpython-33.pyc. Este convención de nombre permite compilar módulos desde diferentes releases y versiones de Python para coexistir.

Python chequea la fecha de modificación de la fuente contra la versión compilada para ver si esta es obsoleta y necesita ser recompilada. Esto es un proceso completamente automático. También, los módulos compilados son independientes de la plataforma, así que la misma biblioteca puede ser compartida a través de sistemas con diferentes arquitecturas.

Python no chequea el caché en dos circunstancias. Primero, siempre recompila y no graba el resultado del módulo que es cargado directamente desde la línea de comando. Segundo, no chequea el caché si no hay módulo fuente. Para soportar una distribución sin fuente (solo compilada), el módulo compilado debe estar en el directorio origen, y no debe haber un módulo fuente.

Algunos consejos para expertos:

• Puedes usar los modificadores -O o -OO en el comando de Python para reducir el tamaño del módulo compilado. El modificador -O remueve las declaraciones assert, el modificador -OO remueve declaraciones assert y cadenas __doc__. Dado que algunos programas pueden confiar en tenerlos disponibles, solo deberías usar esta opción si conoces lo que estás haciendo. Los módulos «optimizados» tienen una etiqueta opt- y generalmente son mas pequeños. Releases futuras pueden cambiar los efectos de la optimización.

• Un programa no se ejecuta mas rápido cuando es leído de un archivo .pyc que cuando es leído de un archivo .py; la única cosa que es mas rápida en los archivos .pyc es la velocidad con la cual son cargados.

• El módulo compileall puede crear archivos .pyc para todos los módulos en un directorio.

• Hay mas detalle de este proceso, incluyendo un diagrama de flujo de decisiones, en PEP 3147.

6.2. Módulos estándar

Python viene con una biblioteca de módulos estándar, descrita en un documento separado, la Referencia de la Biblioteca de Python (de aquí en más, «Referencia de la Biblioteca»). Algunos módulos se integran en el intérprete; estos proveen acceso a operaciones que no son parte del núcleo del lenguaje pero que sin embargo están integrados, tanto por eficiencia como para proveer acceso a primitivas del sistema operativo, como llamadas al sistema. El conjunto de tales módulos es una opción de configuración que también depende de la plataforma subyacente. Por ejemplo, el módulo winreg sólo se provee en sistemas Windows. Un módulo en particular merece algo de atención: sys, el que está integrado en todos los intérpretes de Python. Las variables sys.ps1 y sys.ps2 definen las cadenas usadas como cursores primarios y secundarios:

>>> import sys
>>> sys.ps1
'>>> '
>>> sys.ps2
'... '
>>> sys.ps1 = 'C> '
C> print('Yuck!')
Yuck!
C>

Estas dos variables están solamente definidas si el intérprete está en modo interactivo.

La variable sys.path es una lista de cadenas que determinan el camino de búsqueda del intérprete para los módulos. Se inicializa por omisión a un camino tomado de la variable de entorno PYTHONPATH, o a un valor predefinido en el intérprete si PYTHONPATH no está configurada. Lo puedes modificar usando las operaciones estándar de listas:

>>> import sys
>>> sys.path.append('/ufs/guido/lib/python')

6.3. La función dir()

La función integrada dir() se usa para encontrar qué nombres define un módulo. Retorna una lista ordenada de cadenas:

>>> import fibo, sys
>>> dir(fibo)
['__name__', 'fib', 'fib2']
>>> dir(sys)  
['__breakpointhook__', '__displayhook__', '__doc__', '__excepthook__',
 '__interactivehook__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__',
 '__stderr__', '__stdin__', '__stdout__', '__unraisablehook__',
 '_clear_type_cache', '_current_frames', '_debugmallocstats', '_framework',
 '_getframe', '_git', '_home', '_xoptions', 'abiflags', 'addaudithook',
 'api_version', 'argv', 'audit', 'base_exec_prefix', 'base_prefix',
 'breakpointhook', 'builtin_module_names', 'byteorder', 'call_tracing',
 'callstats', 'copyright', 'displayhook', 'dont_write_bytecode', 'exc_info',
 'excepthook', 'exec_prefix', 'executable', 'exit', 'flags', 'float_info',
 'float_repr_style', 'get_asyncgen_hooks', 'get_coroutine_origin_tracking_depth',
 'getallocatedblocks', 'getdefaultencoding', 'getdlopenflags',
 'getfilesystemencodeerrors', 'getfilesystemencoding', 'getprofile',
 'getrecursionlimit', 'getrefcount', 'getsizeof', 'getswitchinterval',
 'gettrace', 'hash_info', 'hexversion', 'implementation', 'int_info',
 'intern', 'is_finalizing', 'last_traceback', 'last_type', 'last_value',
 'maxsize', 'maxunicode', 'meta_path', 'modules', 'path', 'path_hooks',
 'path_importer_cache', 'platform', 'prefix', 'ps1', 'ps2', 'pycache_prefix',
 'set_asyncgen_hooks', 'set_coroutine_origin_tracking_depth', 'setdlopenflags',
 'setprofile', 'setrecursionlimit', 'setswitchinterval', 'settrace', 'stderr',
 'stdin', 'stdout', 'thread_info', 'unraisablehook', 'version', 'version_info',
 'warnoptions']

Sin argumentos, dir() lista los nombres que tienes actualmente definidos:

>>> a = [1, 2, 3, 4, 5]
>>> import fibo
>>> fib = fibo.fib
>>> dir()
['__builtins__', '__name__', 'a', 'fib', 'fibo', 'sys']

Nótese que lista todos los tipos de nombres: variables, módulos, funciones, etc.

dir() no lista los nombres de las funciones y variables integradas. Si quieres una lista de esos, están definidos en el módulo estándar builtins:

>>> import builtins
>>> dir(builtins)  
['ArithmeticError', 'AssertionError', 'AttributeError', 'BaseException',
 'BlockingIOError', 'BrokenPipeError', 'BufferError', 'BytesWarning',
 'ChildProcessError', 'ConnectionAbortedError', 'ConnectionError',
 'ConnectionRefusedError', 'ConnectionResetError', 'DeprecationWarning',
 'EOFError', 'Ellipsis', 'EnvironmentError', 'Exception', 'False',
 'FileExistsError', 'FileNotFoundError', 'FloatingPointError',
 'FutureWarning', 'GeneratorExit', 'IOError', 'ImportError',
 'ImportWarning', 'IndentationError', 'IndexError', 'InterruptedError',
 'IsADirectoryError', 'KeyError', 'KeyboardInterrupt', 'LookupError',
 'MemoryError', 'NameError', 'None', 'NotADirectoryError', 'NotImplemented',
 'NotImplementedError', 'OSError', 'OverflowError',
 'PendingDeprecationWarning', 'PermissionError', 'ProcessLookupError',
 'ReferenceError', 'ResourceWarning', 'RuntimeError', 'RuntimeWarning',
 'StopIteration', 'SyntaxError', 'SyntaxWarning', 'SystemError',
 'SystemExit', 'TabError', 'TimeoutError', 'True', 'TypeError',
 'UnboundLocalError', 'UnicodeDecodeError', 'UnicodeEncodeError',
 'UnicodeError', 'UnicodeTranslateError', 'UnicodeWarning', 'UserWarning',
 'ValueError', 'Warning', 'ZeroDivisionError', '_', '__build_class__',
 '__debug__', '__doc__', '__import__', '__name__', '__package__', 'abs',
 'all', 'any', 'ascii', 'bin', 'bool', 'bytearray', 'bytes', 'callable',
 'chr', 'classmethod', 'compile', 'complex', 'copyright', 'credits',
 'delattr', 'dict', 'dir', 'divmod', 'enumerate', 'eval', 'exec', 'exit',
 'filter', 'float', 'format', 'frozenset', 'getattr', 'globals', 'hasattr',
 'hash', 'help', 'hex', 'id', 'input', 'int', 'isinstance', 'issubclass',
 'iter', 'len', 'license', 'list', 'locals', 'map', 'max', 'memoryview',
 'min', 'next', 'object', 'oct', 'open', 'ord', 'pow', 'print', 'property',
 'quit', 'range', 'repr', 'reversed', 'round', 'set', 'setattr', 'slice',
 'sorted', 'staticmethod', 'str', 'sum', 'super', 'tuple', 'type', 'vars',
 'zip']

6.4. Paquetes

Packages are a way of structuring Python’s module namespace by using «dotted module names». For example, the module name A.B designates a submodule named B in a package named A. Just like the use of modules saves the authors of different modules from having to worry about each other’s global variable names, the use of dotted module names saves the authors of multi-module packages like NumPy or Pillow from having to worry about each other’s module names.

Supongamos que quieres designar una colección de módulos (un «paquete») para el manejo uniforme de archivos y datos de sonidos. Hay diferentes formatos de archivos de sonido (normalmente reconocidos por su extensión, por ejemplo: .wav, .aiff, .au), por lo que tienes que crear y mantener una colección siempre creciente de módulos para la conversión entre los distintos formatos de archivos. Hay muchas operaciones diferentes que quizás quieras ejecutar en los datos de sonido (como mezclarlos, añadir eco, aplicar una función ecualizadora, crear un efecto estéreo artificial), por lo que además estarás escribiendo una lista sin fin de módulos para realizar estas operaciones. Aquí hay una posible estructura para tu paquete (expresados en términos de un sistema jerárquico de archivos):

sound/                          Top-level package
      __init__.py               Initialize the sound package
      formats/                  Subpackage for file format conversions
              __init__.py
              wavread.py
              wavwrite.py
              aiffread.py
              aiffwrite.py
              auread.py
              auwrite.py
              ...
      effects/                  Subpackage for sound effects
              __init__.py
              echo.py
              surround.py
              reverse.py
              ...
      filters/                  Subpackage for filters
              __init__.py
              equalizer.py
              vocoder.py
              karaoke.py
              ...

Al importar el paquete, Python busca a través de los directorios en sys.path, buscando el sub-directorio del paquete.

The __init__.py files are required to make Python treat directories containing the file as packages (unless using a namespace package, a relatively advanced feature). This prevents directories with a common name, such as string, from unintentionally hiding valid modules that occur later on the module search path. In the simplest case, __init__.py can just be an empty file, but it can also execute initialization code for the package or set the __all__ variable, described later.

Los usuarios del paquete pueden importar módulos individuales del mismo, por ejemplo:

import sound.effects.echo

This loads the submodule sound.effects.echo. It must be referenced with its full name.

sound.effects.echo.echofilter(input, output, delay=0.7, atten=4)

Otra alternativa para importar el submódulo es:

from sound.effects import echo

This also loads the submodule echo, and makes it available without its package prefix, so it can be used as follows:

echo.echofilter(input, output, delay=0.7, atten=4)

Otra variación más es importar la función o variable deseadas directamente:

from sound.effects.echo import echofilter

Again, this loads the submodule echo, but this makes its function echofilter() directly available:

echofilter(input, output, delay=0.7, atten=4)

Nótese que al usar from package import item, el ítem puede ser tanto un submódulo (o subpaquete) del paquete, o algún otro nombre definido en el paquete, como una función, clase, o variable. La declaración import primero verifica si el ítem está definido en el paquete; si no, asume que es un módulo y trata de cargarlo. Si no lo puede encontrar, se genera una excepción ImportError.

Por otro lado, cuando se usa la sintaxis como import item.subitem.subsubitem, cada ítem excepto el último debe ser un paquete; el mismo puede ser un módulo o un paquete pero no puede ser una clase, función o variable definida en el ítem previo.

6.4.1. Importar * desde un paquete

Ahora, ¿qué sucede cuando el usuario escribe from sound.effects import *? Idealmente, uno esperaría que esto de alguna manera vaya al sistema de archivos, encuentre cuales submódulos están presentes en el paquete, y los importe a todos. Esto puede tardar mucho y el importar sub-módulos puede tener efectos secundarios no deseados que sólo deberían ocurrir cuando se importe explícitamente el sub-módulo.

La única solución es que el autor del paquete provea un índice explícito del paquete. La declaración import usa la siguiente convención: si el código del __init__.py de un paquete define una lista llamada __all__, se toma como la lista de los nombres de módulos que deberían ser importados cuando se hace from package import *. Es tarea del autor del paquete mantener actualizada esta lista cuando se libera una nueva versión del paquete. Los autores de paquetes podrían decidir no soportarlo, si no ven un uso para importar * en sus paquetes. Por ejemplo, el archivo sound/effects/__init__.py podría contener el siguiente código:

__all__ = ["echo", "surround", "reverse"]

This would mean that from sound.effects import * would import the three named submodules of the sound.effects package.

Be aware that submodules might become shadowed by locally defined names. For example, if you added a reverse function to the sound/effects/__init__.py file, the from sound.effects import * would only import the two submodules echo and surround, but not the reverse submodule, because it is shadowed by the locally defined reverse function:

__all__ = [
    "echo",      # refers to the 'echo.py' file
    "surround",  # refers to the 'surround.py' file
    "reverse",   # !!! refers to the 'reverse' function now !!!
]

def reverse(msg: str):  # <-- this name shadows the 'reverse.py' submodule
    return msg[::-1]    #     in the case of a 'from sound.effects import *'

If __all__ is not defined, the statement from sound.effects import * does not import all submodules from the package sound.effects into the current namespace; it only ensures that the package sound.effects has been imported (possibly running any initialization code in __init__.py) and then imports whatever names are defined in the package. This includes any names defined (and submodules explicitly loaded) by __init__.py. It also includes any submodules of the package that were explicitly loaded by previous import statements. Consider this code:

import sound.effects.echo
import sound.effects.surround
from sound.effects import *

In this example, the echo and surround modules are imported in the current namespace because they are defined in the sound.effects package when the from...import statement is executed. (This also works when __all__ is defined.)

A pesar de que ciertos módulos están diseñados para exportar solo nombres que siguen ciertos patrones cuando uses import *, también se considera una mala práctica en código de producción.

Recuerda, ¡no hay nada malo al usar from package import specific_submodule! De hecho, esta es la notación recomendada a menos que el módulo que importamos necesite usar submódulos con el mismo nombre desde un paquete diferente.

6.4.2. Referencias internas en paquetes

When packages are structured into subpackages (as with the sound package in the example), you can use absolute imports to refer to submodules of siblings packages. For example, if the module sound.filters.vocoder needs to use the echo module in the sound.effects package, it can use from sound.effects import echo.

You can also write relative imports, with the from module import name form of import statement. These imports use leading dots to indicate the current and parent packages involved in the relative import. From the surround module for example, you might use:

from . import echo
from .. import formats
from ..filters import equalizer

Nótese que los imports relativos se basan en el nombre del módulo actual. Ya que el nombre del módulo principal es siempre "__main__", los módulos pensados para usarse como módulo principal de una aplicación Python siempre deberían usar import absolutos.

6.4.3. Paquetes en múltiples directorios

Los paquetes soportan un atributo especial más, __path__. Este se inicializa a una lista que contiene el nombre del directorio donde está el archivo __init__.py del paquete, antes de que el código en ese archivo se ejecute. Esta variable puede modificarse, afectando búsquedas futuras de módulos y subpaquetes contenidos en el paquete.

Aunque esta característica no se necesita frecuentemente, puede usarse para extender el conjunto de módulos que se encuentran en el paquete.

Notas al pie

[1]

De hecho, las definiciones de funciones también son «declaraciones» que se «ejecutan»; la ejecución de una definición de función a nivel de módulo, añade el nombre de la función en el espacio de nombres global del módulo.