10. Краткий обзор стандартной библиотеки

10.1. Интерфейс операционной системы

Модуль os предоставляет десятки функций для взаимодействия с операционной системой:

>>> import os
>>> os.getcwd()      # Return the current working directory
'C:\\Python314'
>>> os.chdir('/server/accesslogs')   # Change current working directory
>>> os.system('mkdir today')   # Run the command mkdir in the system shell
0

Для импорта этого модуля используйте стиль import os, а не from os import *. В противном случае os.open() затенит встроенную функцию open(), а они работают по-разному.

Встроенные функции dir() и help() полезны как интерактивные помощники при работе с большими модулями, вроде os:

>>> import os
>>> dir(os)
<возвращает список всех функций модуля>
>>> help(os)
<возвращает подробную справку, собранную из docstring’ов модуля>

Для выполнения повседневных задач по управлению файлами и каталогами модуль shutil предоставляет более удобный в использовании интерфейс высокого уровня:

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

10.2. Шаблоны файлов

Модуль glob предоставляет функцию для получения списка файлов по указанному шаблону:

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

10.3. Аргументы командной строки

Обычным служебным скриптам часто приходится обрабатывать аргументы командной строки. Эти аргументы хранятся в атрибуте argv модуля sys в виде списка. Например, рассмотрим следующий файл demo.py:

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

Вот результат выполнения python demo.py one two three в командной строке:

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

Модуль argparse предоставляет более сложный механизм обработки аргументов командной строки. Приведённый ниже скрипт извлекает одно или несколько имён файлов и опциональное количество строк для вывода:

import argparse

parser = argparse.ArgumentParser(
    prog='top',
    description='Показать верхние строки из каждого файла')
parser.add_argument('filenames', nargs='+')
parser.add_argument('-l', '--lines', type=int, default=10)
args = parser.parse_args()
print(args)

При запуске из командной строки как python top.py --lines=5 alpha.txt beta.txt, скрипт установит args.lines в 5, а args.filenames в ['alpha.txt', 'beta.txt'].

10.4. Перенаправление вывода ошибок и завершение программы

Модуль sys содержит также атрибуты stdin, stdout и stderr. Последний полезен для вывода предупреждений и сообщений об ошибках, которые должны быть видны даже при перенаправленном stdout:

>>> sys.stderr.write('Предупреждение, файл журнала не найден — начинаю новый\n')
Предупреждение, файл журнала не найден — начинаю новый

Самый простой способ завершить программу – вызвать sys.exit().

10.5. Сопоставление строк с шаблонами

Модуль re предоставляет инструменты регулярных выражений для продвинутой обработки строк. Для сложного сопоставления и преобразования регулярные выражения предлагают лаконичные и оптимизированные решения:

>>> import re
>>> re.findall(r'\bп[а-я]*', 'прыгнул кот или пушистый попугай')
['прыгнул', 'пушистый', 'попугай']
>>> re.sub(r'(\b[а-я]+) \1', r'\1', 'кот на на крыше')
'кот на крыше'

Если нужны только простые возможности, методы строк предпочтительнее, потому что их проще читать и отлаживать:

>>> 'чай для два'.replace('два', 'двоих')
'чай для двоих'

10.6. Математика

Модуль math даёт доступ к функциям стандартной библиотеки C для вычислений с плавающей точкой:

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

Модуль random предоставляет инструменты для выполнения случайных выборок:

>>> import random
>>> random.choice(['яблоко', 'груша', 'банан'])
'яблоко'
>>> random.sample(range(100), 10)   # выборка без повторов
[30, 83, 16, 4, 8, 81, 41, 50, 18, 33]
>>> random.random()    # случайное число с плавающей точкой из интервала [0.0, 1.0)
0.17970987693706186
>>> random.randrange(6)    # случайное целое из диапазона range(6)
4

Модуль statistics позволяет вычислять базовые статистические характеристики (среднее, медиану, дисперсию и т. п.) для числовых данных:

>>> 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

Проект SciPy <https://scipy.org> содержит большое количество других модулей для численных вычислений.

10.7. Доступ в интернет

Есть множество модулей, предназначенных для доступа в интернет и работы с его протоколами. Два самых простых модуля: urllib.request — для получения данных по URL и smtplib — для отправки электронной почты:

>>> from urllib.request import urlopen
>>> with urlopen('https://docs.python.org/3/') as response:
...     for line in response:
...         line = line.decode()             # Преобразовать байты в строку
...         if 'updated' in line:
...             print(line.rstrip())         # Убрать завершающий перевод строки
...
      Last updated on Nov 11, 2025 (20:11 UTC).

>>> import smtplib
>>> server = smtplib.SMTP('localhost')
>>> server.sendmail('soothsayer@example.org', 'jcaesar@example.org',
... """To: jcaesar@example.org
... From: soothsayer@example.org
...
... Остерегайся мартовских ид.
... """)
>>> server.quit()

(Обратите внимание, что для второго примера требуется почтовый сервер, запущенный на localhost.)

10.8. Дата и время

Модуль datetime предоставляет классы для манипуляции с датами и временем как простыми, так и сложными способами. Хотя поддерживается арифметика дат и времени, основное внимание в реализации уделяется эффективному извлечению элементов для форматирования и обработки выходных данных. Модуль также поддерживает объекты, учитывающие часовой пояс.

>>> # даты легко создавать и форматировать
 >>> import datetime as dt
>>> now = dt.date.today()
>>> now
datetime.date(2003, 12, 2)
>>> now.strftime("%d.%m.%y. Сегодня %A. %B %Y-го года идёт уже %-d-й день.")
'02.12.03. Сегодня Вторник. Декабрь 2003-го года идёт уже 2-й день.'

>>> # даты поддерживают календарную арифметику
>>> birthday = date(1964, 7, 31)
>>> age = now - birthday
>>> age.days
14368

10.9. Сжатие данных

Распространённые форматы архивирования и сжатия данных напрямую поддерживаются модулями, включая zlib, gzip, bz2, lzma, zipfile и 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. Измерение производительности

Некоторым разработчикам весьма интересно, какой из подходов к решению задачи выигрывает по производительности. Python предоставляет инструмент измерения, который мгновенно отвечает на эти вопросы.

Например, может быть заманчивым использовать распаковку и упаковку кортежей вместо традиционного подхода к обмену значений между переменными. Модуль timeit быстро показывает скромное преимущество в производительности:

>>> 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

В отличие от высокой детализации timeit, модули profile и pstats предоставляют инструменты для выявления критичных по времени участков в более крупных блоках кода.

10.11. Контроль качества

Один из подходов к разработке программного обеспечения высокого качества — писать тесты для каждой функции по мере их разработки и регулярно запускать их.

Модуль doctest предоставляет инструмент для сканирования модуля и проверки тестов, встроенных в строки документации программы. Создание теста настолько просто, что достаточно скопировать типичный вызов функции вместе с результатом в строку документации. Это улучшает документацию, предоставляя пользователю пример, и позволяет модулю doctest убедиться, что код соответствует документации.

def average(values):
    """Вычисляет среднее арифметическое списка чисел.

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

import doctest
doctest.testmod()   # автоматически проверяет встроенные тесты

Модуль unittest не так просто в использовании, как doctest, но позволяет поддерживать более полный набор тестов в отдельном файле:

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()  # Запуск с командной строки вызывает все тесты

10.12. Батарейки прилагаются

Python придерживается философии «батарейки включены в комплект». Это лучше всего проявляется в продвинутых и надёжных возможностях его крупных пакетов. Например:

  • Модули xmlrpc.client и xmlrpc.server делают реализацию удалённого вызова процедур почти тривиальной задачей. Несмотря на название модулей, не требуется прямых знаний или обработки XML.

  • Пакет email — библиотека для управления сообщениями электронной почты, включая MIME и другие документы сообщений, основанные на RFC 5322. В отличие от модулей smtplib и poplib, которые предназначены именно для отправки и получения сообщений, в пакете email содержится полный набор инструментов для создания и декодирования сообщений со сложной структурой (включая вложения), а также для работы с интернет-кодировками и заголовками.

  • Пакет json предоставляет надёжные средства для работы с этим популярным форматом обмена данными. Модуль csv поддерживает прямое чтение и запись файлов в формате CSV (Comma-Separated Value), широко используемом в базах данных и электронных таблицах. Обработка XML осуществляется пакетами xml.etree.ElementTree, xml.dom и xml.sax. Вместе эти модули и пакеты значительно упрощают обмен данными между приложениями Python и другими инструментами.

  • Модуль sqlite3 является обёрткой для библиотеки базы данных SQLite, предоставляя постоянное хранилище, которое можно обновлять и использовать со слегка нестандартным синтаксисом SQL.

  • Поддержка интернационализации обеспечивается рядом модулей, включая gettext, locale, и пакетом codecs.