10. Краткий обзор стандартной библиотеки¶Brief tour of the standard library

10.1. Интерфейс операционной системы¶Operating system interface

Модуль os предоставляет десятки функций для взаимодействия с операционной системой:

>>> import os
>>> os.getcwd()      # Возвращает текущую рабочую директорию
'C:\\Python314'
>>> os.chdir('/server/accesslogs')   # Изменяет текущую рабочую директорию
>>> os.system('mkdir today')   # Выполняет команду mkdir в системной оболочке
0

Обязательно используйте стиль import os вместо from os import *. Это не позволит os.open() затенять встроенную функцию open(), которая работает совсем иначе.

Встроенные функции dir() и help() полезны в качестве интерактивных средств для работы с большими модулями, такими как os:

>>> import os
>>> dir(os)
<returns a list of all module functions>
>>> help(os)
<returns an extensive manual page created from the module's docstrings>

Для повседневных задач управления файлами и каталогами модуль shutil предоставляет интерфейс более высокого уровня, который проще в использовании:

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

10.2. Шаблоны имён файлов¶File wildcards

Модуль glob предоставляет функцию для составления списков файлов по поиску с шаблонами каталогов:

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

10.3. Аргументы командной строки¶Command-line arguments

Обычные служебные сценарии часто должны обрабатывать аргументы командной строки. Эти аргументы хранятся в атрибуте argv модуля sys в виде списка. Для примера возьмём следующий файл demo.py:

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

Вот вывод при запуске python demo.py one two three в командной строке:

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

Модуль argparse предоставляет более сложный механизм для обработки аргументов командной строки. Следующий сценарий извлекает одно или несколько имён файлов и необязательное количество строк для отображения:

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)

При запуске в командной строке с python top.py --lines=5 alpha.txt beta.txt сценарий устанавливает args.lines в 5 и args.filenames в ['alpha.txt', 'beta.txt'].

10.4. Перенаправление вывода ошибок и завершение программы¶Error output redirection and program termination

Модуль sys также имеет атрибуты для stdin, stdout и stderr. Последний полезен для вывода предупреждений и сообщений об ошибках, чтобы они были видны, даже если stdout был перенаправлен:

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

Самый прямой способ завершить сценарий – использовать sys.exit().

10.5. Сопоставление строковых шаблонов¶String pattern matching

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

>>> 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'

Когда нужны только простые возможности, предпочтительнее строковые методы, поскольку их легче читать и отлаживать:

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

10.6. Математика¶Mathematics

Модуль math предоставляет доступ к низкоуровневым функциям библиотеки C для вещественной арифметики:

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

Модуль random предоставляет инструменты для случайного выбора:

>>> import random
>>> random.choice(['apple', 'pear', 'banana'])
'apple'
>>> random.sample(range(100), 10)   # выборка без возвращения
[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 число из range(6)
4

Модуль statistics вычисляет основные статистические свойства (среднее, медиану, дисперсию и т. д.) 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 множество других модулей для численных расчётов.

10.7. Доступ в Интернет¶Internet access

Существует ряд модулей для доступа в Интернет и обработки интернет-протоколов. Два самых простых – urllib.request для получения данных по URL и smtplib для отправки почты:

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

>>> import smtplib
>>> server = smtplib.SMTP('localhost')
>>> server.sendmail('soothsayer@example.org', 'jcaesar@example.org',
... """Кому: jcaesar@example.org
... От: soothsayer@example.org
...
... Остерегайтесь мартовских ид.
... """)
>>> server.quit()

(Обратите внимание, что второй пример требует работающего почтового сервера на localhost.)

10.8. Даты и время¶Dates and times

Модуль datetime предоставляет классы для работы с датами и временем как в простых, так и в сложных сценариях. Хотя арифметика дат и времени поддерживается, основное внимание в реализации уделяется эффективному извлечению членов для форматирования вывода и манипуляций. Модуль также поддерживает объекты, учитывающие часовой пояс.

>>> # даты легко создаются и форматируются
>>> import datetime as dt
>>> now = dt.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.'

>>> # даты поддерживают календарные вычисления
>>> birthday = dt.date(1964, 7, 31)
>>> age = now - birthday
>>> age.days
14368

10.9. Сжатие данных¶Data compression

Распространённые форматы архивирования и сжатия данных напрямую поддерживаются модулями: 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¶Performance measurement

Некоторые пользователи Python проявляют глубокий интерес к сравнению производительности различных подходов к одной и той же задаче. Python предоставляет инструмент измерения, который сразу даёт ответы на эти вопросы.

Например, может возникнуть соблазн использовать упаковку и распаковку кортежей вместо традиционного способа обмена аргументами. Модуль timeit быстро демонстрирует небольшое 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¶Quality control

Один из подходов к разработке качественного программного обеспечения – писать тесты для каждой функции по мере её создания и регулярно запускать их в процессе разработки.

Модуль doctest предоставляет инструмент для сканирования модуля и проверки тестов, встроенных в строки документации программы. Создание тестов сводится к копированию типичного вызова вместе с результатами в docstring. Это улучшает документацию, предоставляя пользователю пример, а также позволяет модулю doctest гарантировать, 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 прост 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()  # Вызов из командной строки запускает все тесты

10.12. Батарейки в комплекте¶Batteries included

Python придерживается философии «батарейки в комплекте». Это лучше всего видно на примере сложных и мощных возможностей его крупных пакетов. Например:

• Модули xmlrpc.client и xmlrpc.server превращают реализацию удалённых вызовов процедур в почти тривиальную задачу. Несмотря на названия модулей, не требуется непосредственного знания или работы с XML.

• Пакет email – это библиотека для управления сообщениями электронной почты, включая MIME и другие документы сообщений на основе RFC 5322. В отличие от smtplib и poplib, которые фактически отправляют и получают сообщения, пакет email содержит полный набор инструментов для создания или декодирования сложных структур сообщений (включая вложения) и для реализации интернет-кодирования и протоколов заголовков.

• Пакет json обеспечивает надёжную поддержку разбора этого популярного формата обмена данными. Модуль csv поддерживает прямое чтение и запись файлов в формате CSV (значения, разделённые запятыми), который часто используется базами данных и электронными таблицами. Обработка XML поддерживается 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 баз данных SQLite, предоставляя постоянную базу данных, которую можно обновлять и к которой можно обращаться с помощью слегка нестандартного синтаксиса SQL.

• Интернационализация поддерживается рядом модулей, включая gettext, locale и пакет codecs.