stdlib2.md
1> **Источник:** https://python-all.ru/3.11/tutorial/stdlib2.html2>3> «Документация Python на русском» – неофициальный перевод официальной документации Python: версии от 2.6 до 3.16, полнотекстовый поиск, английский оригинал рядом с переводом. Эта Markdown-версия страницы предназначена для работы с LLM: вставьте её в ChatGPT, Claude или Cursor.45---67# 11. Краткий обзор стандартной библиотеки – Часть II89Этот второй обзор охватывает более продвинутые модули, поддерживающие потребности профессионального программирования. Такие модули редко встречаются в небольших скриптах.1011## 11.1. Форматирование вывода1213Модуль [`reprlib`](https://python-all.ru/3.11/library/reprlib.html#module-reprlib) предоставляет версию [`repr()`](https://python-all.ru/3.11/library/functions.html#repr), настроенную для сокращённого отображения больших или глубоко вложенных контейнеров:1415```python16>>> import reprlib17>>> reprlib.repr(set('supercalifragilisticexpialidocious'))18"{'a', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g', ...}"19```2021Модуль [`pprint`](https://python-all.ru/3.11/library/pprint.html#module-pprint) обеспечивает более тонкий контроль над выводом как встроенных, так и пользовательских объектов в удобном для интерпретатора виде. Когда результат длиннее одной строки, «pretty printer» добавляет разрывы строк и отступы, чтобы чётче показать структуру данных:2223```python24>>> import pprint25>>> t = [[[['black', 'cyan'], 'white', ['green', 'red']], [['magenta',26... 'yellow'], 'blue']]]27...28>>> pprint.pprint(t, width=30)29[[[['black', 'cyan'],30 'white',31 ['green', 'red']],32 [['magenta', 'yellow'],33 'blue']]]34```3536Модуль [`textwrap`](https://python-all.ru/3.11/library/textwrap.html#module-textwrap) форматирует абзацы текста под заданную ширину экрана:3738```python39>>> import textwrap40>>> doc = """The wrap() method is just like fill() except that it returns41... a list of strings instead of one big string with newlines to separate42... the wrapped lines."""43...44>>> print(textwrap.fill(doc, width=40))45The wrap() method is just like fill()46except that it returns a list of strings47instead of one big string with newlines48to separate the wrapped lines.49```5051Модуль [`locale`](https://python-all.ru/3.11/library/locale.html#module-locale) обращается к базе данных форматов данных, зависящих от культурных особенностей. Атрибут grouping функции format модуля locale предоставляет прямой способ форматирования чисел с разделителями групп:5253```python54>>> import locale55>>> locale.setlocale(locale.LC_ALL, 'English_United States.1252')56'English_United States.1252'57>>> conv = locale.localeconv() # получить отображение соглашений58>>> x = 1234567.859>>> locale.format("%d", x, grouping=True)60'1,234,567'61>>> locale.format_string("%s%.*f", (conv['currency_symbol'],62... conv['frac_digits'], x), grouping=True)63'$1,234,567.80'64```6566## 11.2. Шаблоны6768Модуль [`string`](https://python-all.ru/3.11/library/string.html#module-string) включает универсальный класс [`Template`](https://python-all.ru/3.11/library/string.html#string.Template) с упрощённым синтаксисом, подходящим для редактирования конечными пользователями. Это позволяет пользователям настраивать свои приложения без необходимости изменять само приложение.6970Формат использует имена-заполнители, образованные `$` с допустимыми идентификаторами Python (буквенно-цифровые символы и подчёркивания). Заключение заполнителя в фигурные скобки позволяет сразу за ним следовать дополнительным буквенно-цифровым символам без пробелов. Написание `$$` создаёт один экранированный `$`:7172```python73>>> from string import Template74>>> t = Template('${village}folk send $$10 to $cause.')75>>> t.substitute(village='Nottingham', cause='the ditch fund')76'Nottinghamfolk send $10 to the ditch fund.'77```7879Метод [`substitute()`](https://python-all.ru/3.11/library/string.html#string.Template.substitute) возбуждает исключение [`KeyError`](https://python-all.ru/3.11/library/exceptions.html#KeyError), если заполнитель не передан ни как ключ словаря, ни как именованный аргумент. Для приложений типа слияния писем (mail-merge) пользовательские данные могут быть неполными, и метод [`safe_substitute()`](https://python-all.ru/3.11/library/string.html#string.Template.safe_substitute) может оказаться более подходящим – он оставляет заполнители без изменений, если данные отсутствуют:8081```python82>>> t = Template('Return the $item to $owner.')83>>> d = dict(item='unladen swallow')84>>> t.substitute(d)85Traceback (most recent call last):86 ...87KeyError: 'owner'88>>> t.safe_substitute(d)89'Return the unladen swallow to $owner.'90```9192Подклассы Template могут задавать собственный разделитель. Например, утилита пакетного переименования для просмотра фотографий может использовать знаки процента для заполнителей, таких как текущая дата, номер изображения по порядку или формат файла:9394```python95>>> import time, os.path96>>> photofiles = ['img_1074.jpg', 'img_1076.jpg', 'img_1077.jpg']97>>> class BatchRename(Template):98... delimiter = '%'99...100>>> fmt = input('Enter rename style (%d-date %n-seqnum %f-format): ')101Enter rename style (%d-date %n-seqnum %f-format): Ashley_%n%f102103>>> t = BatchRename(fmt)104>>> date = time.strftime('%d%b%y')105>>> for i, filename in enumerate(photofiles):106... base, ext = os.path.splitext(filename)107... newname = t.substitute(d=date, n=i, f=ext)108... print('{0} --> {1}'.format(filename, newname))109110img_1074.jpg --> Ashley_0.jpg111img_1076.jpg --> Ashley_1.jpg112img_1077.jpg --> Ashley_2.jpg113```114115Другое применение шаблонов – отделение логики программы от деталей нескольких выходных форматов. Это позволяет подставлять пользовательские шаблоны для XML-файлов, обычных текстовых отчётов и HTML-отчётов.116117## 11.3. Работа с двоичными данными и макетами записей118119Модуль [`struct`](https://python-all.ru/3.11/library/struct.html#module-struct) предоставляет функции [`pack()`](https://python-all.ru/3.11/library/struct.html#struct.pack) и [`unpack()`](https://python-all.ru/3.11/library/struct.html#struct.unpack) для работы с бинарными форматами записей переменной длины. Следующий пример показывает, как перебрать информацию заголовка в ZIP-файле без использования модуля [`zipfile`](https://python-all.ru/3.11/library/zipfile.html#module-zipfile). Упаковочные коды `"H"` и `"I"` представляют двух- и четырёхбайтовые беззнаковые числа соответственно. `"<"` указывает, что они стандартного размера и в порядке байтов little-endian:120121```python122import struct123124with open('myfile.zip', 'rb') as f:125 data = f.read()126127start = 0128for i in range(3): # показать первые 3 заголовка файла129 start += 14130 fields = struct.unpack('<IIIHH', data[start:start+16])131 crc32, comp_size, uncomp_size, filenamesize, extra_size = fields132133 start += 16134 filename = data[start:start+filenamesize]135 start += filenamesize136 extra = data[start:start+extra_size]137 print(filename, hex(crc32), comp_size, uncomp_size)138139 start += extra_size + comp_size # перейти к следующему заголовку140```141142## 11.4. Многопоточность143144Многопоточность – это техника разделения задач, не зависящих последовательно друг от друга. Потоки можно использовать для повышения отзывчивости приложений, принимающих пользовательский ввод, пока другие задачи выполняются в фоне. Смежный случай использования – выполнение операций ввода-вывода параллельно с вычислениями в другом потоке.145146Следующий код показывает, как высокоуровневый модуль [`threading`](https://python-all.ru/3.11/library/threading.html#module-threading) может выполнять задачи в фоне, пока основная программа продолжает работу:147148```python149import threading, zipfile150151class AsyncZip(threading.Thread):152 def __init__(self, infile, outfile):153 threading.Thread.__init__(self)154 self.infile = infile155 self.outfile = outfile156157 def run(self):158 f = zipfile.ZipFile(self.outfile, 'w', zipfile.ZIP_DEFLATED)159 f.write(self.infile)160 f.close()161 print('Finished background zip of:', self.infile)162163background = AsyncZip('mydata.txt', 'myarchive.zip')164background.start()165print('The main program continues to run in foreground.')166167background.join() # Дождаться завершения фоновой задачи168print('Main program waited until background was done.')169```170171Основная сложность многопоточных приложений – координация потоков, которые совместно используют данные или другие ресурсы. Для этого модуль threading предоставляет ряд примитивов синхронизации, включая блокировки, события, условные переменные и семафоры.172173Хотя эти инструменты мощные, небольшие ошибки проектирования могут привести к проблемам, которые трудно воспроизвести. Поэтому предпочтительный подход к координации задач – сосредоточить весь доступ к ресурсу в одном потоке, а затем использовать модуль [`queue`](https://python-all.ru/3.11/library/queue.html#module-queue) для подачи запросов от других потоков в этот поток. Приложения, использующие объекты [`Queue`](https://python-all.ru/3.11/library/queue.html#queue.Queue) для межпоточной связи и координации, проще в проектировании, более читаемы и надёжны.174175## 11.5. Логирование176177Модуль [`logging`](https://python-all.ru/3.11/library/logging.html#module-logging) предлагает полнофункциональную и гибкую систему логирования. В самом простом случае сообщения журнала отправляются в файл или на `sys.stderr`:178179```python180import logging181logging.debug('Debugging information')182logging.info('Informational message')183logging.warning('Warning:config file %s not found', 'server.conf')184logging.error('Error occurred')185logging.critical('Critical error -- shutting down')186```187188Это даёт следующий вывод:189190```text191WARNING:root:Warning:config file server.conf not found192ERROR:root:Error occurred193CRITICAL:root:Critical error -- shutting down194```195196По умолчанию информационные и отладочные сообщения подавляются, а вывод направляется в стандартный поток ошибок. Другие варианты вывода включают маршрутизацию сообщений через электронную почту, дейтаграммы, сокеты или HTTP-сервер. Новые фильтры могут выбирать разную маршрутизацию в зависимости от приоритета сообщения: [`DEBUG`](https://python-all.ru/3.11/library/logging.html#logging.DEBUG), [`INFO`](https://python-all.ru/3.11/library/logging.html#logging.INFO), [`WARNING`](https://python-all.ru/3.11/library/logging.html#logging.WARNING), [`ERROR`](https://python-all.ru/3.11/library/logging.html#logging.ERROR) и [`CRITICAL`](https://python-all.ru/3.11/library/logging.html#logging.CRITICAL).197198Система логирования может быть настроена непосредственно из Python или загружена из редактируемого пользователем конфигурационного файла для индивидуальной настройки без изменения приложения.199200## 11.6. Слабые ссылки201202Python выполняет автоматическое управление памятью (подсчёт ссылок для большинства объектов и [сборка мусора](https://python-all.ru/3.11/glossary.html#term-garbage-collection) для устранения циклов). Память освобождается вскоре после удаления последней ссылки на неё.203204Такой подход отлично работает для большинства приложений, но иногда возникает необходимость отслеживать объекты только до тех пор, пока они используются чем-то ещё. К сожалению, само отслеживание создаёт ссылку, делающую объект постоянным. Модуль [`weakref`](https://python-all.ru/3.11/library/weakref.html#module-weakref) предоставляет инструменты для отслеживания объектов без создания ссылки. Когда объект больше не нужен, он автоматически удаляется из таблицы слабых ссылок, и для объектов weakref вызывается колбэк. Типичные применения включают кэширование объектов, создание которых дорого:205206```python207>>> import weakref, gc208>>> class A:209... def __init__(self, value):210... self.value = value211... def __repr__(self):212... return str(self.value)213...214>>> a = A(10) # создать ссылку215>>> d = weakref.WeakValueDictionary()216>>> d['primary'] = a # не создаёт ссылку217>>> d['primary'] # получить объект, если он ещё существует21810219>>> del a # удалить единственную ссылку220>>> gc.collect() # запустить сборку мусора немедленно2210222>>> d['primary'] # запись была автоматически удалена223Traceback (most recent call last):224 File "<stdin>", line 1, in <module>225 d['primary'] # запись была автоматически удалена226 File "C:/python311/lib/weakref.py", line 46, in __getitem__227 o = self.data[key]()228KeyError: 'primary'229```230231## 11.7. Инструменты для работы со списками232233Многие потребности в структурах данных можно удовлетворить с помощью встроенного типа list. Однако иногда возникает необходимость в альтернативных реализациях с другими компромиссами по производительности.234235Модуль [`array`](https://python-all.ru/3.11/library/array.html#module-array) предоставляет объект [`array()`](https://python-all.ru/3.11/library/array.html#array.array), который подобен списку, но хранит только однородные данные и делает это более компактно. Следующий пример показывает массив чисел, хранящихся в виде двухбайтовых беззнаковых двоичных чисел (код типа `"H"`) вместо обычных 16 байтов на элемент для обычных списков объектов Python int:236237```python238>>> from array import array239>>> a = array('H', [4000, 10, 700, 22222])240>>> sum(a)24126932242>>> a[1:3]243array('H', [10, 700])244```245246Модуль [`collections`](https://python-all.ru/3.11/library/collections.html#module-collections) предоставляет объект [`deque()`](https://python-all.ru/3.11/library/collections.html#collections.deque), который подобен списку, но с более быстрым добавлением и извлечением элементов слева и более медленным поиском в середине. Эти объекты хорошо подходят для реализации очередей и поиска в ширину по дереву:247248```python249>>> from collections import deque250>>> d = deque(["task1", "task2", "task3"])251>>> d.append("task4")252>>> print("Handling", d.popleft())253Handling task1254```255256```python257unsearched = deque([starting_node])258def breadth_first_search(unsearched):259 node = unsearched.popleft()260 for m in gen_moves(node):261 if is_goal(m):262 return m263 unsearched.append(m)264```265266В дополнение к альтернативным реализациям списков, библиотека также предлагает другие инструменты, такие как модуль [`bisect`](https://python-all.ru/3.11/library/bisect.html#module-bisect) с функциями для работы с отсортированными списками:267268```python269>>> import bisect270>>> scores = [(100, 'perl'), (200, 'tcl'), (400, 'lua'), (500, 'python')]271>>> bisect.insort(scores, (300, 'ruby'))272>>> scores273[(100, 'perl'), (200, 'tcl'), (300, 'ruby'), (400, 'lua'), (500, 'python')]274```275276Модуль [`heapq`](https://python-all.ru/3.11/library/heapq.html#module-heapq) предоставляет функции для реализации куч на основе обычных списков. Запись с наименьшим значением всегда хранится в позиции ноль. Это полезно для приложений, которые многократно обращаются к наименьшему элементу, но не хотят выполнять полную сортировку списка:277278```python279>>> from heapq import heapify, heappop, heappush280>>> data = [1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0]281>>> heapify(data) # перестроить список в порядке кучи282>>> heappush(data, -5) # добавить новую запись283>>> [heappop(data) for i in range(3)] # извлечь три наименьших элемента284[-5, 0, 1]285```286287## 11.8. Арифметика десятичных чисел с плавающей запятой288289Модуль [`decimal`](https://python-all.ru/3.11/library/decimal.html#module-decimal) предоставляет тип данных [`Decimal`](https://python-all.ru/3.11/library/decimal.html#decimal.Decimal) для decimal floating point arithmetic. Compared to the built-in [`float`](https://python-all.ru/3.11/library/functions.html#float) implementation of binary floating point, the class is especially helpful for290291- финансовых приложений и других случаев, требующих точного десятичного представления,292- контроля точности,293- контроля округления для соблюдения юридических или нормативных требований,294- отслеживания значащих десятичных разрядов, или295- приложений, в которых пользователь ожидает, что результаты будут соответствовать вычислениям, выполненным вручную.296297Например, расчёт налога в 5% на плату за телефон в 70 центов даёт разные результаты в десятичной и двоичной арифметике с плавающей запятой. Разница становится существенной, если результаты округляются до ближайшего цента:298299```python300>>> from decimal import *301>>> round(Decimal('0.70') * Decimal('1.05'), 2)302Decimal('0.74')303>>> round(.70 * 1.05, 2)3040.73305```306307Результат [`Decimal`](https://python-all.ru/3.11/library/decimal.html#decimal.Decimal) сохраняет конечный ноль, автоматически определяя четырёхзначную точность из сомножителей с двузначной точностью. Decimal воспроизводит математику так, как это делается вручную, и позволяет избежать проблем, возникающих, когда двоичная арифметика с плавающей запятой не может точно представить десятичные величины.308309Точное представление позволяет классу [`Decimal`](https://python-all.ru/3.11/library/decimal.html#decimal.Decimal) выполнять вычисления по модулю и проверки равенства, которые непригодны для двоичной арифметики с плавающей запятой:310311```python312>>> Decimal('1.00') % Decimal('.10')313Decimal('0.00')314>>> 1.00 % 0.103150.09999999999999995316317>>> sum([Decimal('0.1')]*10) == Decimal('1.0')318True319>>> sum([0.1]*10) == 1.0320False321```322323Модуль [`decimal`](https://python-all.ru/3.11/library/decimal.html#module-decimal) предоставляет арифметику с любой необходимой точностью:324325```python326>>> getcontext().prec = 36327>>> Decimal(1) / Decimal(7)328Decimal('0.142857142857142857142857142857142857')329```330