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Python 内置库

本文将介绍 Python 中的几个常用的内置库（标准库）。

本文仅仅是常用内置库的简要示例，完整使用方式请参考 Python 官方文档

1. JSON（json）

JSON 库主要用于生成、解析 JSON 数据。

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import json

d = {
    'name': 'Tom',
    'age' : 25,
    'job' : 'Student',
    'desc': '一位学生',
}
print('输出为 JSON 字符串                           ：', json.dumps(d))
print('输出为 JSON 字符串（指定分隔符紧缩形式）     ：', json.dumps(d, separators=(',', ':')))
print('输出为 JSON 字符串（指定其他分隔符）         ：', json.dumps(d, separators=(', ', ' = ')))
print('输出为 JSON 字符串（中文等不转为为 ASCII 码）：', json.dumps(d, ensure_ascii=False))
print('输出为 JSON 字符串（指定缩进）               ：', json.dumps(d, indent=2))

s = '{"name": "Tom", "age": 25, "job": "Student", "desc": "一位学生"}'
print('解析为 Python 对象：', json.loads(s))

输出：

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输出为 JSON 字符串                           ： {"name": "Tom", "age": 25, "job": "Student", "desc": "\u4e00\u4f4d\u5b66\u751f"}
输出为 JSON 字符串（指定分隔符紧缩形式）     ： {"name":"Tom","age":25,"job":"Student","desc":"\u4e00\u4f4d\u5b66\u751f"}
输出为 JSON 字符串（指定其他分隔符）         ： {"name" = "Tom", "age" = 25, "job" = "Student", "desc" = "\u4e00\u4f4d\u5b66\u751f"}
输出为 JSON 字符串（中文等不转为为 ASCII 码）： {"name": "Tom", "age": 25, "job": "Student", "desc": "一位学生"}
输出为 JSON 字符串（指定缩进）               ： {
  "name": "Tom",
  "age": 25,
  "job": "Student",
  "desc": "\u4e00\u4f4d\u5b66\u751f"
}
解析为 Python 对象： {'name': 'Tom', 'age': 25, 'job': 'Student', 'desc': '一位学生'}

2. 正则表达式（re）

正则表达式库较为复杂，以下为一些简单的示例。完整的官方文档请参考 re — Regular expression operations

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import re

# 查找字符串
m = re.search('[0-9]+','abcd1234xyz')
if m:
    print('查找满足正则表达式的内容：', m.group(0))
else:
    print('无法找到指定内容')

# 判断是否匹配
m = re.match('[0-9]+','abcd1234xyz')
if m:
    print('字符串能够匹配正则表达式：', m.group(0))
else:
    print('字符串不匹配正则表达式')

# 替换字符串
result = re.sub('[0-9]+', '_', 'abc123abc')
print('替换后的字符串为：', result)

输出：

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查找满足正则表达式的内容： 1234
字符串不匹配正则表达式
替换后的字符串为： abc___abc

3. 时间（time）

Python 内置的时间库使用起来较为复杂，建议只在简单使用时使用。

对时间有复杂处理需求的，请使用第三方arrow库。

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import time

print('当前时间戳（秒）  ：', time.time())
print('当前时间戳（纳秒）：', time.time_ns())

输出：

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当前时间戳（秒）  ： 1662041320.7340803
当前时间戳（纳秒）： 1662041320734110181

4. 路径（os.path）

路径库可以方便在处理文件时生成、解析文件路径。

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from os import path

p = '/data/sample/file.txt'
print('返回文件名          ：', path.basename(p))
print('返回文件目录        ：', path.dirname(p))
print('拆分文件目录和文件名：', path.split(p))
print('合并文件目录、文件名：', path.join('/data/sample', 'doc', 'file.txt'))
print('简化路径冗余        ：', path.normpath('/data/tmp/../sample/file.txt'))

files = [
    '/data/sample/file.txt',
    '/data/sample/file2.txt',
    '/data/file3.pdf'
]
print('查询文件路径的共同部分：', path.commonprefix(files))

print('检查文件或目录是否存在：', path.exists(p))
print('返回文件大小          ：', path.getsize(p))
print('返回上一次读取的时间  ：', path.getatime(p))
print('返回上一次修改的时间  ：', path.getmtime(p))
print('判断是否为常规文件    ：', path.isfile(p))
print('判断是否为目录        ：', path.isdir(p))

输出：

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返回文件名          ： file.txt
返回文件目录        ： /data/sample
拆分文件目录和文件名： ('/data/sample', 'file.txt')
合并文件目录、文件名： /data/sample/doc/file.txt
简化路径冗余        ： /data/sample/file.txt
查询文件路径的共同部分： /data/
检查文件或目录是否存在： True
返回文件大小          ： 20
返回上一次读取的时间  ： 1662041767.7110395
返回上一次修改的时间  ： 1662041767.7110395
判断是否为常规文件    ： True
判断是否为目录        ： False

5. 数学（math）

数学库包含了更多的数学运算相关的处理函数，如果希望使用更高级的数学功能，请使用第三方数学库numpy。

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import math

print('自然常数 e：', math.e)
print('圆周率 pi ：', math.pi)

print('向上取整：', math.ceil(1.2))
print('向下取整：', math.ceil(1.9))
print('指数运算：', math.pow(2, 10))
print('对数运算：', math.log(1024, 2))
print('取平方根：', math.sqrt(100))

print('弧度转换为角度：', math.degrees(0.25 * math.pi))
print('角度转换为弧度：', math.radians(45))

print('三角函数 sin（参数为弧度） ：', math.sin(0.25 * math.pi))
print('三角函数 cos（参数为弧度） ：', math.cos(0.25 * math.pi))
print('三角函数 tan（参数为弧度） ：', math.tan(0.25 * math.pi))
print('三角函数 asin（参数为弧度）：', math.asin(0.25 * math.pi))
print('三角函数 acos（参数为弧度）：', math.acos(0.25 * math.pi))
print('三角函数 atan（参数为弧度）：', math.atan(0.25 * math.pi))

输出：

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自然常数 e： 2.718281828459045
圆周率 pi ： 3.141592653589793
向上取整： 2
向下取整： 2
指数运算： 1024.0
对数运算： 10.0
取平方根： 10.0
弧度转换为角度： 45.0
角度转换为弧度： 0.7853981633974483
三角函数 sin（参数为弧度） ： 0.7071067811865475
三角函数 cos（参数为弧度） ： 0.7071067811865476
三角函数 tan（参数为弧度） ： 0.9999999999999999
三角函数 asin（参数为弧度）： 0.9033391107665127
三角函数 acos（参数为弧度）： 0.6674572160283838
三角函数 atan（参数为弧度）： 0.6657737500283538

6. 随机（random）

随机库包含了生成各种随机处理函数。

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import random

l = [1, 2, 3, 4, 5]
print('返回列表中的一个随机元素 ：', random.choice(l))
print('返回列表中的 3 个随机元素：', random.sample(l, 3))

random.shuffle(l)
print('返回列表中的元素随机排序（洗牌）：', l)

print('生成一个 [0, 1) 区间的实数               ：', random.random())
print('生成一个 [5, 10] 区间的实数              ：', random.uniform(5, 10))
print('生成一个 [5, 10] 区间的整数              ：', random.randint(5, 10))
print('生成一个 [0, 10) 区间的整数              ：', random.randrange(10))
print('生成一个 [5, 10) 区间的整数              ：', random.randrange(5, 10))
print('生成一个 [5, 10) 区间（步进为 2）的整数，：', random.randrange(5, 10, 2))

输出：

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返回列表中的一个随机元素 ： 3
返回列表中的 3 个随机元素： [3, 4, 2]
返回列表中的元素随机排序（洗牌）： [5, 1, 3, 2, 4]
生成一个 [0, 1) 区间的实数               ： 0.6214407642048402
生成一个 [5, 10] 区间的实数              ： 9.359073537753634
生成一个 [5, 10] 区间的整数              ： 8
生成一个 [0, 10) 区间的整数              ： 8
生成一个 [5, 10) 区间的整数              ： 6
生成一个 [5, 10) 区间（步进为 2）的整数，： 7

7. Base64（base64）

Base64 库主要用于对数据进行 Base64 的编码和解码。

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import base64

s = 'Hello, World。这里是 Python 教程'
b64 = base64.b64encode(s.encode()).decode()
print('对字符串进行 Base64 编码           ：', b64)

b64 = 'SGVsbG8sIFdvcmxk44CC6L+Z6YeM5pivIFB5dGhvbiDmlZnnqIs='
s = base64.b64decode(b64.encode()).decode()
print('对字符串进行 Base64 解码           ：', s)

s = 'Hello, World。这里是 Python 教程'
b64 = base64.urlsafe_b64encode(s.encode()).decode()
print('对字符串进行 URL 安全的 Base64 编码：', b64)

b64 = 'SGVsbG8sIFdvcmxk44CC6L+Z6YeM5pivIFB5dGhvbiDmlZnnqIs='
s = base64.urlsafe_b64decode(b64.encode()).decode()
print('对字符串进行 URL 安全的 Base64 解码：', s)

b64encode(...)、b64decode(...) 和 urlsafe_b64encode(...)、urlsafe_b64decode(...) 处理方式不同，不要混用

输出：

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对字符串进行 Base64 编码           ： SGVsbG8sIFdvcmxk44CC6L+Z6YeM5pivIFB5dGhvbiDmlZnnqIs=
对字符串进行 Base64 解码           ： Hello, World。这里是 Python 教程
对字符串进行 URL 安全的 Base64 编码： SGVsbG8sIFdvcmxk44CC6L-Z6YeM5pivIFB5dGhvbiDmlZnnqIs=
对字符串进行 URL 安全的 Base64 解码： Hello, World。这里是 Python 教程

8. 哈希算法（hashlib）

哈希算法库用于对数据进行 MD5、SHA1 等处理。

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import hashlib

s = 'Hello, World。这里是 Python 教程'

h = hashlib.md5()
h.update(s.encode())
print('返回字符串的十六进制 MD5:', h.hexdigest())

h = hashlib.sha1()
h.update(s.encode())
print('返回字符串的十六进制 SHA1:', h.hexdigest())

h = hashlib.sha256()
h.update(s.encode())
print('返回字符串的十六进制 SHA256:', h.hexdigest())

h = hashlib.sha512()
h.update(s.encode())
print('返回字符串的十六进制 SHA512:', h.hexdigest())

输出：

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返回字符串的十六进制 MD5: c2e7c7ebfc834c05b35be14e749651d0
返回字符串的十六进制 SHA1: 30a36af04729d938179fd67a7f4bda6920e5e160
返回字符串的十六进制 SHA256: b5ac91d338061d3a3cfd458b05ea3e15f3b565a18d28f5ee732a3803e381e6fc
返回字符串的十六进制 SHA512: 2c40122b8faf2d72677cafffc7a24756a5d2d9a8a7094e1b82d0bfb0e76b3b491b4347bdaf15332f10c79f05a2ff6ced9b240129b7db47ca632bb65219f4d47a