python包导入原理解析-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了python包导入原理解析。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

原文链接： https://www.cnblogs.com/hi3254014978/p/15317976.html

根据编程经验的不同，我们在运行程序时可能经常或者偶尔碰到下面这些问题，仔细观察后会发现这些问题无一例外都出现了一个相同的短语，很容易就可以发现，这个短语就是"relative import"。

ValueError: attempted relative import beyond top-level package
# 翻译：试图在顶级包之外进行相对导入

ImportError: attempted relative import with no known parent package
# 翻译：尝试相对导入，但没有已知的父包

ValueError: Attempted relative import in non-package
# 翻译：试图在非包中进行相对导入

SystemError: Parent module '' not loaded, cannot perform relative import
# 翻译：父模块'xxx'未加载，不能执行相对导入。

既然关于相对导入的报错提示，说明我们在代码中一定用到了相对导入的语法。下面先简单介绍一下相对导入的概念，随后详细介绍相对导入可能的问题和原理，最后给出上面提到的每个报错的解决方案。

绝对导入

既然要介绍相对导入，那必然绕不开绝对导入。绝对导入的格式为 import A.B 或 from A import B

下面是绝对导入的一些🌰：

import fibo    # 隐式相对导入
from fibo import fibo1, fibo2    # 绝对路径导入
import fibo as fib    # 重命名
from fibo import fib as fibonacci

相对导入

相对导入格式为 from .A import B 或 from ..X import Y， . 代表当前包， .. 代表上层包， ... 代表上上层包，依次类推。

相对导入的一些案例如下所示：

from . import echo    # 表示从当前文件所在package导入echo这个module
from .. import formats    # 表示从当前文件所在package的上层package导入formats这个子package或者moudle
from ..filters import equalizer # 表示从当前文件所在package的上层package导入的filters这个子package或者子module中导入equalizer

相对导入基于当前模块的名称。由于主模块的名称始终为"__main__"，因此用作 Python 应用程序主模块的模块必须始终使用绝对导入。主模块所在文件夹不会被视作package，因此除了主模块外，与主模块处在同个文件夹的模块（也就是同级的模块）也必须使用绝对导入。

还有个更专业的说法：相对导入使用模块的名称属性来决定模块在包层次结构中的位置，如果模块的名称不包含任何包信息（例如：模块名称为'main'），那么相对导入则被解析为最顶层的位置，不管这个时候这个模块实际上位于文件系统中的什么位置。

乍一看是不是觉得云里雾里，感觉每个字都认识，但就是不知道是什么意思，没关系，看完本文就理解了。加油💪🏻。

包package

文件夹被python解释器视作package需要满足两个条件：

1、文件夹中必须有__init__.py文件，该文件可以为空，但必须存在该文件。

2、不能作为顶层模块来执行该文件夹中的py文件（即不能作为主函数的入口）。顶层模块即是我们通常说的"main"方法所在的模块及其同级模块，其中"main"也常被称为主模块，即主模块所在文件夹不会被视作package。主模块的同级package被python解释器视为顶级包（也就是top-level package）。

如果想要导入顶层包更上层的包或者模块，需要将包路径添加到sys.path中

第一点很容易理解，下面详细介绍一下第二点。

脚本 & 模块？（script vs module）

python有两种加载文件的方法：一种是作为顶层的脚本，另一种是当做模块。如果你直接执行这个程序，那么这个文件就被当做是顶层脚本来执行了，在命令行里面输入 python myfile.py 就是这个情况。如果你输入python -m myfile.py或者在其他的文件当中使用import来导入这个文件的时候，它就被当做模块来导入。在同一时间里，只有一个主模块，主模块常被称为顶层脚本，顶层脚本可以这样解释：它是一个能够让你的程序从这里开始的python文件。

将模块作为脚本执行

test_script.py

 # test_script.py
def fun1():    
    print("I'm fun1")

def fun2():
print(“I’m fun2”)

if name == “main”:
fun1()
fun2()

脚本中的__main__="name"下的代码仅在模块作为“主”文件执行时才运行：

 $ python test_script.py
I'm fun1
I'm fun2

如果module是作为导入的模块，则不会执行该模块的__main__代码：

>>>import fibo
>>>

这通常用于为模块提供方便的用户界面，或用于测试目的（将模块作为脚本执行测试套件运行）。

模块的名称

当一个文件被加载进来，它就有一个名称（这个名称存储在__name__属性当中）。如果这个文件被当做一个主模块来执行，那么它的名字就是__main__。如果它被当做一个模块加载，那么它的名称就是文件名称，加上它所在的包名，以及所有的顶层的包名，这些名称中间是用点号隔开的。

比如下面的例子

package/
__init__.py

subpackage1/

    __init__.py

    moduleX.py

moduleA.py

比如你导入moduleX（from package.subpackag1 import moduleX），它的名称就package.subpackage1.mouleX。如果你导入moduleA的时候（from package import moduleA），它的名称就是package.moudleA。

（注：这里是使用包导入,即把package以及里面的所有文件看做一个包，导入的时候使用from xxx import yyy的形式来进行，我们调用第三方包的时候就是这种情况），

但是，当你直接从命令行里面运行moduleX的时候，他的名称则被替换为__main__。如果你直接从命令行运行moduleA，它的名称也是__main__。当一个模块被当做一个顶层脚本来执行的时候，它原来的名称则会被__main__取代。

结论

当一个模块的名称中没有包，也就是只有文件名的时候，说明这个模块是一个顶层模块。顶层模块中不能使用相对导入。相对导入使用模块的名称属性来决定模块在包层次结构中的位置，相对导入能向上相对多少级，完全取决于模块名称中有多少层。

当你运行交互式的解释器的时候，交互式进程的名称永远是__main__，因此你不能在交互式进程当中使用相对导入。相对导入只能在模块文件当中使用。

参考： python相对包导入报“Attempted relative import in non-package”错误

解决方案：

1、ImportError: attempted relative import with no known parent package

导致这个问题的原因：主模块或者同级模块用到了相对导入，且引用了主模块所在包。因为主模块所在包不会被python解释器视为package，在python解释器看来主模块所在的包就是一个未知的父包，所以如果不小心以相对导入的方式引用到了，就会报with no known parent package这个错误。

案例一

主模块的同级模块在使用相对导入时引入了主模块所在包的案例

TestModule/
    ├── __init__.py    # 这个文件其实未起作用
    ├── main.py    # import brother1; print(__name__)
    ├── brother1.py # from . import brother2; print(__name__)
    └── brother2.py # print(__name__)

运行main.py，运行结果如下

Traceback (most recent call last):
  File "/TestModule/main.py", line 1, in <module>
    import brother1
  File "/TestModule/brother1.py", line 1, in <module>
    from . import brother2
ImportError: attempted relative import with no known parent package

案例二

主模块在使用相对导入时引入了主模块所在包的案例

TestModule/
    ├── __init__.py    # 这个文件其实未起作用
    ├── main.py    # from . import brother1; print(__name__)
    ├── brother1.py # import brother2; print(__name__)
    └── brother2.py # print(__name__)

运行main.py，运行结果如下

Traceback (most recent call last):
  File "/TestModule/main.py", line 1, in <module>
    from . import brother1
ImportError: attempted relative import with no known parent package

方案一：

解决方案也很简单，将相对导入给成绝对导入即可，上面这个案例只需要把from .去掉即可。比如第一个案例

TestModule/
    ├── __init__.py    # 这个文件其实未起作用
    ├── main.py    # import brother1; print(__name__)
    ├── brother1.py # import brother2; print(__name__)
    └── brother2.py # print(__name__)

运行main.py

brother2
brother1
__main__

方案二

案例2只能使用改为绝对导入这种方式，但是案例一还有一种解决方式是把main.py文件移动到TestModule文件夹外面，使之与TestModule文件夹平级，这样TestModule即会被解析器视为一个package，在其他模块中使用相对导入的方式引用到了也不会报错。

2、ValueError: attempted relative import beyond top-level package

导致这个问题的原因：主模块所在同级包的子模块在使用相对导入时引用了主模块所在包。因为主模块所在包不会被python解释器视为package，主模块的同级package被视为顶级包（也就是top-level package），所以主模块所在包其实是在python解释器解析到的顶层包之外的，如果不小心以相对导入的方式引用到了，就会报beyond top-level package这个错误。

一个案例：

TestModule/
    ├── main.py # from Tom import tom; print(__name__)
    ├── __init__.py
    ├── Tom
    │   ├── __init__.py # print(__name__)
    │   ├── tom.py # from . import tom_brother; from ..Kate import kate; print(__name__)
    │   └── tom_brother.py # print(__name__) 
    └── Kate      
         ├── __init__.py # print(__name__)
         └── kate.py # print(__name__)

python main.py

Tom   # 这个是Tom包的__init__.py的模块名，可以看出包里的__init__.py的模块名就是包名
Tom.tom_brother
Traceback (most recent call last):
  File "/TestModule/main.py", line 1, in <module>
    from Tom import tom
  File "/TestModule/Tom/tom.py", line 2, in <module>
    from ..Kate import kate
ImportError: attempted relative import beyond top-level package

这个问题同样有两个解决方案

方案一：

把main.py移动到TestModule文件夹外面，使之与TestModule平级，这样TestModule即会被解析器视为一个package，在其他模块中使用相对导入的方式引用到了也不会报错。

src/
├── main.py # from TestModule.Tom import tom; print(__name__)
└── TestModule/
        ├── __init__.py # print(__name__)
        ├── Tom
        │   ├── __init__.py # print(__name__)
        │   ├── tom.py # from . import tom_brother; from ..Kate import kate; print(__name__)
        │   └── tom_brother.py # print(__name__) 
        └── Kate      
             ├── __init__.py # print(__name__)
             └── kate.py # print(__name__)

运行main.py

TestModule
TestModule.Tom
TestModule.Tom.tom_brother
TestModule.Kate
TestModule.Kate.kate
TestModule.Tom.tom
__main__

方案二：

tom.py中将TestModule包加入到sys.path变量中，并使用绝对导入的方式导入Kate包，修改后的tom.py内容如下：

from . import tom_brother
import os, sys
sys.path.append("..") # 等价于 sys.path.append(os.path.dirname(os.path.dirname(__file__)))
from Kate import kate # 改成绝对导入的方式导入Kate
print(__name__)

运行结果如下

Tom
Tom.tom_brother
Kate
Kate.kate
Tom.tom
__main__

关于为什么已经把TestModule加入了包查找路径还需要使用绝对导入来导入Kate的的解释：

从上面的运行结果可以看出，tom_brother.py的模块名还是Tom.tom_brother，模块名并没有因为把TestModule加入了包查找路径就发生改变，而相对导入是根据模块名来确定的，如果模块名中没有TestModule，那还是不能使用相对导入的方式来导入Kate，所以必须使用绝对导入的方式来导入Kate包

3、ValueError: Attempted relative import in non-package

4、SystemError: Parent module ' ' not loaded, cannot perform relative import

3和4这两个报错的原因是一样的，都是把使用了相对导入的module当做主模块而直接运行了，即直接运行的脚本中包含了相对导入。但是我按这种方式操作了一下，发现无论怎么操作，报错提示始终是上面的第一个报错，即ImportError: attempted relative import with no known parent package。

后来发现是python 版本的问题，

python2在直接运行的脚本中使用相对导入时会报ValueError: Attempted relative import in non-package这个错误，

python3.x（没测3.x具体是哪个版本）到python3.5报错SystemError: Parent module '' not loaded, cannot perform relative import ；

python3.6及以上的报错提示是ImportError: attempted relative import with no known parent package。

解决方案是：

去除主模块（脚本）中的相对导入，改为绝对导入。

这个问题的复现花我了好大一番功夫，找了好多博客，都说是主模块中用到了相对导入，但是我这么做就是不报这个错，而是报第一个错ImportError: attempted relative import with no known parent package，最后还是在一些博客中找到了蛛丝马迹，并且用docker快速拉取对应区间python版本镜像验证，得出结论，平时多学点东西还是很有用处的，比如docker，看似平时用不上，关键时刻还是真帮了大忙，否则重新在电脑上安装一个python版本，估计又得费老大功夫了。

相对导入对于包的优势

既然会引发这么多问题，那是不是我们以后就完全不用相对导入了呢。当然不！

相对导入相较于绝对导入还是有一些优势的

书写相较于绝对导入简单
相对导入可以避免硬编码带来的包维护问题，例如我们改了某一层包的名称，那么其它模块对于其子包的所有绝对导入就不能用了，但是采用相对导入语句的模块，就会避免这个问题。

参考： Python 包内的导入问题（绝对导入和相对导入）

顺便一提

包查找路径是sys.path变量中。sys.path初始状态一般由三部分组成：python正在执行的脚本的目录，PYTHONPATH路径，包的默认安装路径。

自从python2.6，模块的名称不在决定使用__name__属性，而是使用__packege__属性。这就是为什么我避免使用__name__这么明确的名称来代表一个模块的名称。自从python2.6，一个模块的名称是由__package__+'.'+__name__来确定的，如果__packege__是None的话，那么这个名称就是__name__了