Python 使用库入门：从标准库、第三方库到打包发布
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文章目录
- Python 使用库入门：从标准库、第三方库到打包发布
-
- 前言
- 一、什么是库？
- 二、标准库和第三方库
-
- 1. 标准库
- 2. 第三方库
- 三、模块、包和库有什么区别？
-
- 1. 模块 module
- 2. 包 package
- 3. 库 library
- 四、使用 import 导入模块
- 五、from import：只导入需要的内容
- 六、as：给模块起别名
- 七、标准库示例一：日期计算 datetime
- 八、内置类型的方法也是“现成工具”
-
- 1. 翻转句子中的单词顺序
- 2. 判断旋转字符串
- 3. 判断字符串前缀
- 九、标准库示例二：文件查找工具 os.walk
- 十、第三方库从哪里来？
- 十一、使用 pip 安装第三方库
-
- 1. 推荐使用 python -m pip
- 2. pip 不是内部或外部命令怎么办？
- 十二、第三方库示例一：生成二维码 qrcode
-
- 1. 安装
- 2. 编写代码
- 3. 更完整一点的写法
- 十三、第三方库示例二：操作 Excel
-
- 1. 使用 xlrd 读取 xlsx 的旧写法
- 2. 更推荐的新写法：openpyxl
- 十四、第三方库示例三：程序员鼓励师
-
- 使用多线程避免卡顿
- 十五、综合案例：命令行学生管理系统
- 十六、学生管理系统：基本框架
- 十七、实现新增学生
- 十八、显示学生
- 十九、查找学生
- 二十、删除学生
- 二十一、加入文件存档
-
- 1. 存档函数 save
- 二十二、实现读档函数
- 二十三、打包成 exe 程序
-
- 1. 安装 PyInstaller
- 2. 打包程序
- 二十四、使用库时的几个建议
-
- 1. 先判断标准库能不能解决
- 2. 第三方库优先看官方文档
- 3. 注意版本问题
- 4. 多个 Python 环境时要看解释器
- 5. 不要为了用库而用库
- 总结
前言
刚开始学 Python 的时候，我们经常会把重点放在语法上，比如变量、循环、函数、列表、字典这些内容。
这些当然很重要，但真正写程序时，你会很快发现：光会语法还不够。
比如现在有几个需求：
- 计算两个日期之间相差多少天
- 批量查找某个文件夹下的文件
- 生成一个二维码
- 读取 Excel 表格里的数据
- 监听键盘按键并播放提示音
- 把写好的 Python 程序打包成 exe
如果每个功能都从零开始写，难度会非常高，效率也很低。
这时候就要用到 Python 的“库”。
简单来说：
库就是别人已经写好的代码，我们可以直接拿来使用。
这也是 Python 非常受欢迎的原因之一。Python 语法本身比较简洁，同时还有非常丰富的标准库和第三方库。很多时候，我们不需要重复造轮子，而是要学会找到合适的轮子，并把它用好。
一、什么是库？
库可以理解为一批提前写好的代码集合。
比如你要处理日期，不需要自己去判断闰年、月份天数、日期差值，Python 已经提供了 datetime。
比如你要遍历文件夹，不需要自己从操作系统底层开始写，Python 已经提供了 os。
比如你要生成二维码，也不需要自己研究二维码编码规则，可以直接使用第三方库 qrcode。
这就是使用库的意义：
把常见、通用、成熟的功能封装起来，需要时直接调用。
正所谓：
君子性非异也，善假于物也。
写程序也是一样。优秀的程序员并不是所有代码都自己手写，而是知道什么时候该自己实现，什么时候该合理利用现成工具。
二、标准库和第三方库
按照来源不同，Python 的库大致可以分成两类：
- 标准库
- 第三方库
1. 标准库
标准库就是 Python 自带的库。
只要你安装了 Python，就可以直接使用这些库，不需要额外安装。
常见标准库包括：
datetime 处理日期和时间
os 操作系统相关功能
sys Python 解释器相关功能
math 数学计算
random 随机数
json JSON 数据处理
threading 多线程
sqlite3 操作 SQLite 数据库
pathlib 面向对象的路径操作
标准库的特点是：
- 稳定
- 官方维护
- 不需要额外安装
- 适合解决很多常见问题
2. 第三方库
第三方库就是 Python 官方之外的人、组织或者公司写好的库。
比如：
requests 网络请求
numpy 数值计算
pandas 表格数据处理
matplotlib 数据可视化
qrcode 生成二维码
openpyxl 读写 Excel xlsx 文件
pyinstaller 打包 Python 程序
第三方库的特点是：
- 数量非常多
- 覆盖领域很广
- 通常需要额外安装
- 质量参差不齐，需要学会选择
Python 的强大，很大一部分就来自第三方库生态。 、
三、模块、包和库有什么区别？
初学时经常会混淆这几个概念。
1. 模块 module
模块通常就是一个 .py 文件。
比如你写了一个文件：
tools.py
它里面定义了函数、变量、类，那么这个文件就可以看成一个模块。
在另一个文件中可以这样导入：
import tools
2. 包 package
包可以理解为一组模块的集合。
通常一个文件夹中包含 __init__.py，就可以被 Python 当成包来处理。
比如：
my_package/
__init__.py
file_tools.py
string_tools.py
这就是一个包。
3. 库 library
库是一个更宽泛的说法。
一个库可能只是一个模块，也可能是一个包，还可能包含很多子包、文档和工具。
日常交流中，我们不必把这几个词抠得太死。可以先这样理解：
模块：一个 .py 文件
包：多个模块组织成的文件夹
库：可以被我们复用的一套代码
四、使用 import 导入模块
Python 使用 import 导入模块。
基本写法：
import 模块名
例如导入 datetime：
import datetime
导入后，可以通过：
模块名.成员
来使用里面的功能。 
比如：
import datetime
date1 = datetime.datetime(2012, 2, 14)
date2 = datetime.datetime(2022, 7, 12)
print(date2 – date1)
这里：
datetime.datetime(2012, 2, 14)
第一个 datetime 是模块名，第二个 datetime 是模块里的类名。
这段代码会输出两个日期之间相差的时间。
五、from import：只导入需要的内容
除了 import 模块名，也可以使用：
from 模块名 import 成员名
比如：
from datetime import datetime
date1 = datetime(2012, 2, 14)
date2 = datetime(2022, 7, 12)
print(date2 – date1)
这种写法的好处是代码更短。
原来要写：
datetime.datetime(...)
现在只需要写：
datetime(...)
不过也要注意，from import 用多了，名字可能会混乱。初学阶段建议优先使用：
import 模块名
这种写法虽然稍微长一点，但来源更清楚。
六、as：给模块起别名
有些模块名比较长，或者大家已经形成了固定习惯，就会使用 as 起别名。
例如：
import numpy as np
import pandas as pd
as 的意思是“作为”。
import datetime as dt
date1 = dt.datetime(2012, 2, 14)
date2 = dt.datetime(2022, 7, 12)
print(date2 – date1)
这个写法在数据分析、机器学习领域非常常见。
不过别名不要乱起。比如：
import datetime as d
虽然能运行，但可读性并不好。别人看到 d.datetime(…)，还要猜 d 是什么。
七、标准库示例一：日期计算 datetime
datetime 是 Python 标准库中处理日期和时间的模块。
假设我们想计算两个日期相差多少天：
import datetime
date1 = datetime.datetime(2012, 2, 14)
date2 = datetime.datetime(2022, 7, 12)
delta = date2 – date1
print(delta)
print(delta.days)
输出大致是：
3801 days, 0:00:00
3801
date2 – date1 得到的是一个时间差对象。
如果只想要相差的天数，可以使用：
delta.days
这个例子体现了使用库的价值。
如果不用 datetime，我们可能要自己处理：
- 每个月多少天
- 闰年怎么算
- 日期跨年怎么办
- 两个日期谁在前谁在后
这会让一个很简单的需求变得麻烦。
八、内置类型的方法也是“现成工具”
有些功能甚至不需要导入模块，因为 Python 的内置类型已经自带很多方法。
比如字符串 str。
1. 翻转句子中的单词顺序
题目：
输入："I am a student."
输出："student. a am I"
可以这样写：
def reverse_words(s):
words = s.split()
words.reverse()
return ' '.join(words)
print(reverse_words('I am a student.'))
这里用到了三个常见方法：
split()
reverse()
join()
拆开看：
s.split()
把字符串按照空白字符切成列表：
['I', 'am', 'a', 'student.']
然后：
words.reverse()
把列表原地反转：
['student.', 'a', 'am', 'I']
最后：
' '.join(words)
用空格把列表拼回字符串：
student. a am I
2. 判断旋转字符串
题目：
s = "abcde"
goal = "cdeab"
如果不断把 s 左边第一个字符移动到最右边，能不能得到 goal？
一个很巧的写法是：
def rotate_string(s, goal):
return len(s) == len(goal) and goal in s + s
print(rotate_string('abcde', 'cdeab'))
为什么这样可以？
假设：
s = "abcde"
那么：
s + s = "abcdeabcde"
所有旋转结果都会出现在 s + s 里。
例如：
abcde
bcdea
cdeab
deabc
eabcd
所以只需要判断 goal 是否是 s + s 的子串。
3. 判断字符串前缀
def count_prefixes(words, s):
count = 0
for word in words:
if s.startswith(word):
count += 1
return count
print(count_prefixes(["a", "b", "c", "ab", "bc", "abc"], "abc"))
startswith() 可以判断一个字符串是否以另一个字符串开头。
这类方法非常实用，平时写代码时应该多积累。
九、标准库示例二：文件查找工具 os.walk
如果我们想在某个目录下查找文件名中包含关键字的文件，可以使用 os.walk。
os.walk 会递归遍历一个目录，并返回三部分信息：
当前路径
当前路径下的目录列表
当前路径下的文件列表
示例代码：
import os
input_path = input('请输入待搜索路径: ')
pattern = input('请输入待搜索关键词: ')
for dirpath, dirnames, filenames in os.walk(input_path):
for filename in filenames:
if pattern in filename:
print(os.path.join(dirpath, filename))
这里建议使用：
os.path.join(dirpath, filename)
而不是手动写：
dirpath + '/' + filename
原因是不同操作系统路径分隔符可能不同。
Windows 常见路径是：
D:\\test\\demo.txt
Linux/macOS 常见路径是：
/home/user/demo.txt
os.path.join 能帮我们更稳妥地拼接路径。
如果你使用的是较新的 Python，也可以考虑 pathlib，它的写法更现代：
from pathlib import Path
input_path = Path(input('请输入待搜索路径: '))
pattern = input('请输入待搜索关键词: ')
for file in input_path.rglob('*'):
if file.is_file() and pattern in file.name:
print(file)
pathlib 把路径当成对象来处理，代码可读性更好。
十、第三方库从哪里来？
标准库已经很强，但它不可能覆盖所有需求。
比如：
- 生成二维码
- 处理 Excel
- 做爬虫
- 做数据分析
- 做机器学习
- 做 Web 后端
- 做自动化办公
这些场景通常会用到第三方库。
第三方库一般发布在 PyPI 上。
可以把 PyPI 理解成 Python 的“应用商店”。别人写好的库发布到 PyPI，我们通过 pip 安装，就可以在自己的项目里使用。
十一、使用 pip 安装第三方库
pip 是 Python 常用的包管理工具。
最基本写法：
pip install 库名
比如安装 qrcode：
pip install qrcode
如果需要带图片处理支持，可以安装：
pip install "qrcode[pil]"
在 Windows 的命令行中，如果遇到引号问题，也可以尝试：
pip install qrcode[pil]
1. 推荐使用 python -m pip
有时候电脑上装了多个 Python 版本，直接执行 pip 可能会装到另一个 Python 环境里。
更稳妥的写法是：
python -m pip install 库名
比如：
python -m pip install qrcode[pil]
这样可以明确使用当前 python 对应的 pip。
2. pip 不是内部或外部命令怎么办？
如果命令行提示：
'pip' 不是内部或外部命令，也不是可运行的程序或批处理文件。
常见原因是 Python 或 pip 没有加入环境变量。
可以尝试：
python -m pip –version
如果这个能运行，就说明 pip 本身存在，只是 pip 命令没有直接加入 PATH。
如果连 python 也找不到，可能需要重新安装 Python，并勾选：
Add Python to PATH
十二、第三方库示例一：生成二维码 qrcode
现在我们用 qrcode 生成一个二维码。
1. 安装
python -m pip install qrcode[pil]
2. 编写代码
import qrcode
img = qrcode.make('Hello Python')
img.save('qrcode.png')
运行后，会在当前目录下生成：
qrcode.png
二维码本质上可以理解为：
用黑白点阵保存一段字符串信息。
这段字符串可以是普通文本，也可以是一个网址。
比如：
import qrcode
url = 'https://www.example.com'
img = qrcode.make(url)
img.save('site.png')
扫码后，很多软件会自动识别为链接并跳转。
3. 更完整一点的写法
如果想设置二维码大小、边框等参数，可以这样写：
import qrcode
qr = qrcode.QRCode(
version=1,
box_size=10,
border=4
)
qr.add_data('Hello Python')
qr.make(fit=True)
img = qr.make_image(fill_color='black', back_color='white')
img.save('qrcode.png')
初学阶段先掌握 qrcode.make() 就够了，后面需要自定义样式时再查文档。
十三、第三方库示例二：操作 Excel
Python 操作 Excel 是非常常见的自动化办公场景。
原文中使用了 xlrd 读取 Excel。这里要特别提醒一点：
新版本 xlrd 主要用于读取 .xls 文件。如果要读取 .xlsx，更推荐使用 openpyxl；如果必须使用原文中的 xlrd 读取 .xlsx，需要指定旧版本 xlrd==1.2.0。
1. 使用 xlrd 读取 xlsx 的旧写法
安装：
python -m pip install xlrd==1.2.0
假设表格内容如下：
| 张三 | 100 | 68 |
| 李四 | 100 | 76 |
| 王五 | 100 | 74 |
| 赵六 | 101 | 89 |
| 田七 | 101 | 75 |
| 周八 | 100 | 90 |
| 刘九 | 101 | 57 |
需求：求 100 班的平均分。
示例代码：
import xlrd
xlsx = xlrd.open_workbook('d:/test.xlsx')
table = xlsx.sheet_by_index(0)
nrows = table.nrows
count = 0
total = 0
for i in range(1, nrows):
class_id = table.cell_value(i, 1)
score = table.cell_value(i, 2)
if class_id == 100:
total += score
count += 1
print(f'平均分: {total / count}')
这里用到的核心接口：
open_workbook() 打开 Excel 文件
sheet_by_index(0) 获取第 0 个工作表
table.nrows 获取行数
cell_value(row, col) 获取指定单元格数据
2. 更推荐的新写法：openpyxl
现在处理 .xlsx，更推荐使用 openpyxl。
安装：
python -m pip install openpyxl
代码示例：
from openpyxl import load_workbook
wb = load_workbook('d:/test.xlsx')
sheet = wb.active
count = 0
total = 0
for row in range(2, sheet.max_row + 1):
class_id = sheet.cell(row=row, column=2).value
score = sheet.cell(row=row, column=3).value
if class_id == 100:
total += score
count += 1
print(f'平均分: {total / count}')
如果你只是初学，先理解思路即可：
打开文件 -> 获取工作表 -> 遍历行 -> 读取单元格 -> 计算结果
十四、第三方库示例三：程序员鼓励师
这个例子比较有趣：监听键盘按键，每按一定次数，就播放一个提示音，鼓励一下正在写代码的自己。
需要两个库：
pynput 监听键盘
playsound 播放音频
安装：
python -m pip install pynput==1.6.8
python -m pip install playsound==1.2.2
准备一个音频文件：
ding.mp3
放在 Python 文件同级目录下。
基础代码：
from pynput import keyboard
from playsound import playsound
count = 0
def on_release(key):
global count
print(key)
count += 1
if count % 10 == 0:
playsound('ding.mp3')
listener = keyboard.Listener(on_release=on_release)
listener.start()
listener.join()
这段代码的逻辑是：
监听按键释放事件
每释放一次按键，count 加 1
当 count 是 10 的倍数时，播放音频
使用多线程避免卡顿
上面的代码有一个问题：播放音频时可能会阻塞当前流程，导致按键监听短暂卡顿。
可以使用 threading.Thread 改进：
from pynput import keyboard
from playsound import playsound
from threading import Thread
count = 0
def on_release(key):
global count
print(key)
count += 1
if count % 10 == 0:
t = Thread(target=playsound, args=('ding.mp3',))
t.start()
listener = keyboard.Listener(on_release=on_release)
listener.start()
listener.join()
这里：
Thread(target=playsound, args=('ding.mp3',))
表示创建一个新线程来执行：
playsound('ding.mp3')
这样播放音频不会明显影响主线程监听键盘。
十五、综合案例：命令行学生管理系统
前面我们讲了库的使用，现在用一个综合案例把内容串起来。
需求：实现一个命令行版本的学生管理系统。
功能包括：
1. 新增学生
2. 显示学生
3. 查找学生
4. 删除学生
5. 存档到文件
0. 退出程序
学生信息可以用字典表示：
student = {
'studentId': '001',
'name': '张三',
'gender': '男',
'className': '100'
}
所有学生用列表保存：
students = []
十六、学生管理系统：基本框架
先写主函数和菜单函数。
import sys
students = []
def menu():
print()
print("1. 新增学生信息")
print("2. 显示所有学生信息")
print("3. 根据姓名查找学生信息")
print("4. 删除学生信息")
print("0. 退出程序")
choice = input("请输入您的选择: ")
return int(choice)
def main():
print('+————————–+')
print('| 欢迎来到学生管理系统 |')
print('+————————–+')
while True:
choice = menu()
if choice == 0:
sys.exit()
elif choice == 1:
insert()
elif choice == 2:
show()
elif choice == 3:
find()
elif choice == 4:
delete()
else:
print('输入有误，请重新输入！')
这里使用了标准库 sys。
sys.exit()
可以让程序退出。
十七、实现新增学生
def insert():
print("[新增学生] 开始!")
student_id = input("请输入学生的学号: ")
name = input("请输入学生的姓名: ")
gender = input("请输入学生的性别: ")
if gender not in ('男', '女'):
print("性别不符合要求，新增学生失败！")
return
class_name = input("请输入学生的班级: ")
student = {
'studentId': student_id,
'name': name,
'gender': gender,
'className': class_name
}
students.append(student)
print("[新增学生] 完毕!")
这里学生信息使用字典保存，然后添加到全局列表 students 中。
十八、显示学生
def show():
print("[显示学生] 开始!")
for s in students:
print(f"{s['studentId']}\\t{s['name']}\\t{s['gender']}\\t{s['className']}")
print(f"[显示学生] 完毕！共显示 {len(students)} 条记录。")
\\t 是制表符，可以让输出更整齐。
十九、查找学生
def find():
print("[查找学生] 开始!")
name = input("请输入要查找的学生姓名: ")
count = 0
for s in students:
if name == s['name']:
print(f"{s['studentId']}\\t{s['name']}\\t{s['gender']}\\t{s['className']}")
count += 1
print(f"[查找学生] 完毕！共查找到 {count} 条记录。")
查找的本质就是遍历列表，判断字典中的某个字段是否符合要求。
二十、删除学生
def delete():
print("[删除学生] 开始!")
student_id = input("请输入要删除的学生学号: ")
count = 0
for s in students[:]:
if student_id == s['studentId']:
print(f"删除 {s['name']} 同学的信息！")
students.remove(s)
count += 1
print(f"[删除学生] 完毕！共删除 {count} 条记录。")
这里注意：
for s in students[:]:
使用的是列表切片副本。
为什么不直接写：
for s in students:
因为一边遍历列表，一边删除列表中的元素，容易导致遍历过程出问题。用副本遍历会更稳妥。
二十一、加入文件存档
如果只把学生信息放在列表里，程序一结束，数据就没了。
所以我们需要把数据保存到文件中。
约定保存到：
d:/record.txt
每个学生一行，字段之间用 \\t 分隔：
001 张三 男 100
002 李四 女 101
1. 存档函数 save
def save():
with open('d:/record.txt', 'w', encoding='utf-8') as f:
for s in students:
f.write(f"{s['studentId']}\\t{s['name']}\\t{s['gender']}\\t{s['className']}\\n")
print(f"[存档成功] 共存储 {len(students)} 条记录。")
这里使用：
with open(...) as f:
好处是文件用完后会自动关闭。
可以在新增和删除后调用：
save()
比如：
students.append(student)
save()
删除后也一样：
students.remove(s)
save()
二十二、实现读档函数
程序启动时，需要从文件中把历史数据读回来。
import os
def load():
if not os.path.exists('d:/record.txt'):
return
students.clear()
with open('d:/record.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
for line in f:
line = line.strip()
tokens = line.split('\\t')
if len(tokens) < 4:
print(f"文件格式有误: line={line}")
continue
student = {
'studentId': tokens[0],
'name': tokens[1],
'gender': tokens[2],
'className': tokens[3]
}
students.append(student)
print(f"[读档成功] 共读取 {len(students)} 条记录。")
这里用到了标准库 os：
os.path.exists('d:/record.txt')
判断存档文件是否存在。
然后在 main() 开头调用：
def main():
load()
print('+————————–+')
print('| 欢迎来到学生管理系统 |')
print('+————————–+')
while True:
...
这样程序每次启动时都会先读取历史数据。
二十三、打包成 exe 程序
Python 脚本默认需要在安装了 Python 环境的电脑上运行。
如果想把程序发给别人，并希望别人不安装 Python 也能运行，可以使用 PyInstaller 打包。
1. 安装 PyInstaller
python -m pip install pyinstaller
2. 打包程序
进入 .py 文件所在目录，然后执行：
pyinstaller -F 学生管理系统.py
其中：
-F
表示打包成单个可执行文件。
打包完成后，一般会生成几个目录：
build/
dist/
学生管理系统.spec
最终 exe 文件通常在：
dist/
目录下。
注意：原文里写成了 pyinstall -F，实际命令应为：
pyinstaller -F 文件名.py
二十四、使用库时的几个建议
1. 先判断标准库能不能解决
比如：
日期时间 datetime
文件路径 os / pathlib
随机数 random
JSON 数据 json
多线程 threading
退出程序 sys.exit
这些都不需要安装第三方库。
能用标准库解决的，就优先用标准库。
2. 第三方库优先看官方文档
搜索第三方库时，不要只复制网上的代码。
比较稳的流程是：
搜索需求
找到常用库
进入 PyPI 或官方文档
查看安装方式
查看最小示例
自己写一个 demo 验证
再放进项目
这比直接复制一大段代码可靠得多。
3. 注意版本问题
很多初学者遇到的问题不是代码写错，而是版本不对。
比如：
pip install xlrd
装到新版本后，可能无法读取 .xlsx。
所以有时候要指定版本：
pip install xlrd==1.2.0
或者改用更适合的库：
pip install openpyxl
4. 多个 Python 环境时要看解释器
如果你明明安装了库，但 PyCharm 还是提示找不到模块，通常要检查：
Settings -> Project -> Python Interpreter
看看当前项目使用的解释器是不是你刚才安装库的那个 Python。
命令行中也可以用：
python -m pip show 库名
查看库到底装到了哪里。
5. 不要为了用库而用库
库是工具，不是目的。
简单需求用几行代码就能解决，就不一定非要引入第三方库。
比如判断字符串前缀：
s.startswith(word)
已经足够好，就没必要再找库。
总结
Python 的库，是 Python 学习中非常关键的一部分。
语法决定你能不能写程序，库决定你能不能高效地写程序。
初学时可以按照这个顺序学习：
先掌握标准库
再学习 pip
再尝试第三方库
最后做综合小项目
标准库中，建议优先熟悉：
datetime
os
sys
json
random
pathlib
threading
第三方库中，可以根据方向逐步接触：
qrcode 生成二维码
openpyxl 操作 Excel
requests 网络请求
pandas 数据分析
matplotlib 数据可视化
pyinstaller 程序打包
不要试图一次性记住所有库。更现实的做法是：知道有哪些工具，知道它们大概能解决什么问题，需要时再查文档、写 demo、放进项目。
