5.2.1。常规包

Python定义了两种类型的包，常规包和命名空间包。常规包是Python 3.2及更早版本中存在的传统包。常规包通常实现为包含__init__.py文件的目录 。导入常规包时，__init__.py将隐式执行此 文件，并且它定义的对象将绑定到包命名空间中的名称。该__init__.py文件可以包含任何其他模块可以包含的相同Python代码，Python将在导入模块时向模块添加一些其他属性。

例如，以下文件系统布局定义了一个parent 包含三个子包的顶级包：

parent/
    __init__.py
    one/
        __init__.py
    two/
        __init__.py
    three/
        __init__.py

导入parent.one将隐式执行parent/__init__.py和 parent/one/__init__.py。的后续进口parent.two或parent.three将执行parent/two/__init__.py，并 parent/three/__init__.py分别。

5.2.2。命名空间包

命名空间包是各个部分的组合，其中每个部分为父包提供子包。部分可以驻留在文件系统上的不同位置。也可以在zip文件，网络或Python导入期间搜索的任何其他位置找到部分。命名空间包可能或可能不直接对应于文件系统上的对象; 它们可能是没有具体表示的虚拟模块。

命名空间包不使用普通列表作为其__path__ 属性。它们使用自定义可迭代类型，如果其父包（或sys.path顶级包）的路径发生更改，它将在该包中的下一次导入尝试时自动执行对包部分的新搜索。

使用命名空间包，没有parent/__init__.py文件。实际上，parent在导入搜索期间可能会找到多个目录，其中每个目录由不同的部分提供。因此parent/one可能不是物理上位于旁边parent/two。在这种情况下，parent只要导入顶级包或其中一个子包，Python就会为顶级包创建一个命名空间包。

也可以看看 PEP 420用于命名空间包规范。

5.3.1。模块缓存

导入搜索期间检查的第一个位置是sys.modules。此映射用作先前已导入的所有模块的缓存，包括中间路径。所以，如果foo.bar.baz是以前进口的，sys.modules将包含以下条目foo，foo.bar和foo.bar.baz。每个键的值都是相应的模块对象。

在导入期间，将查找模块名称sys.modules，如果存在，则关联的值是满足导入的模块，并且该过程完成。但是，如果值为None，则会 ModuleNotFoundError引发a。如果缺少模块名称，Python将继续搜索模块。

sys.modules是可写的。删除密钥可能不会破坏关联的模块（因为其他模块可能会保留对它的引用），但它会使命名模块的缓存条目无效，导致Python在下次导入时重新搜索命名模块。密钥也可以分配给None，强制下一次导入模块导致a ModuleNotFoundError。

但要注意，就好像你保留对模块对象的引用，使其缓存条目无效sys.modules，然后重新导入命名模块，两个模块对象将不一样。相反， importlib.reload()将重用相同的模块对象，并通过重新运行模块的代码简单地重新初始化模块内容。

5.3.2。查找程序和加载程序

如果找不到指定的模块sys.modules，则调用Python的导入协议来查找和加载模块。该协议由两个概念对象，查找器和加载器组成。寻找者的工作是确定它是否可以使用它所知道的任何策略找到命名模块。实现这两个接口的对象称为导入器 – 当它们发现可以加载所请求的模块时，它们会自行返回。

Python包含许多默认查找程序和导入程序。第一个知道如何定位内置模块，第二个知道如何定位冻结模块。第三个默认查找器搜索 模块的导入路径。该导入路径是可能命名文件系统路径或zip文件位置的列表。它还可以扩展为搜索任何可定位的资源，例如由URL标识的资源。

导入机制是可扩展的，因此可以添加新的查找器以扩展模块搜索的范围和范围。

Finder实际上并没有加载模块。如果他们可以找到命名模块，则返回模块规范，模块的导入相关信息的封装，然后导入机器在加载模块时使用。

以下部分更详细地描述了查找程序和加载程序的协议，包括如何创建和注册新程序以扩展导入机制。

5.3.3。导入钩子

进口机械设计为可扩展; 这个的主要机制是导入钩子。导入钩子有两种类型：元钩子和导入路径钩子。

除了sys.modules缓存查找之外，在进行任何其他导入处理之前，在导入处理开始时调用元钩子。这允许元挂钩覆盖sys.path处理，冻结模块甚至内置模块。通过添加新的finder对象来注册元钩子sys.meta_path，如下所述。

导入路径挂钩在遇到其关联路径项的位置被称为sys.path（或 package.__path__）处理的一部分。通过添加新的callables来注册导入路径挂钩，sys.path_hooks如下所述。

5.3.4。元路径

当找不到命名模块时sys.modules，Python下一次搜索sys.meta_path，其中包含元路径查找器对象列表。查询这些查找程序以查看它们是否知道如何处理命名模块。元路径查找器必须实现一个调用的方法 find_spec()，它接受三个参数：名称，导入路径和（可选）目标模块。元路径查找器可以使用它想要的任何策略来确定它是否可以处理命名模块。

如果元路径查找器知道如何处理命名模块，它将返回一个spec对象。如果它无法处理命名模块，则返回None。如果 sys.meta_path处理到达其列表的末尾而没有返回规范，则ModuleNotFoundError引发a。引发的任何其他异常都会简单地传播，中止导入过程。

find_spec()使用两个或三个参数调用元路径查找器的方法。例如，第一个是要导入的模块的完全限定名称foo.bar.baz。第二个参数是用于模块搜索的路径条目。对于顶级模块，第二个参数是None，但对于子模块或子包，第二个参数是父包的__path__属性的值 。如果__path__无法访问适当的属性，ModuleNotFoundError则引发a。第三个参数是一个现有的模块对象，它将成为稍后加载的目标。导入系统仅在重新加载期间传入目标模块。

对于单个导入请求，可以多次遍历元路径。例如，假设所涉及的模块都没有被缓存，导入foo.bar.baz将首先执行顶级导入，调用 每个元路径查找器（）。后 已导入，将通过遍历元路径的第二时间，呼叫进口 。一旦导入，最终遍历将调用 。mpf.find_spec("foo", None, None)mpffoofoo.barmpf.find_spec("foo.bar", foo.__path__,None)foo.barmpf.find_spec("foo.bar.baz", foo.bar.__path__, None)

一些元路径查找器仅支持顶级导入​​。None当除了None作为第二个参数传递之外的任何东西时，这些导入器将始终返回。

Python默认sys.meta_path有三个元路径查找器，一个知道如何导入内置模块，一个知道如何导入冻结模块，另一个知道如何从导入路径导入模块 （即基于路径的查找程序）。

5.4.1。装载机

模块加载器提供了加载的关键功能：模块执行。导入机器importlib.abc.Loader.exec_module() 使用单个参数调用该方法，即要执行的模块对象。返回的任何值都将exec_module()被忽略。

装载机必须满足以下要求：

• 如果模块是Python模块（与内置模块或动态加载的扩展相对），则加载器应在模块的全局名称空间（module.__dict__）中执行模块的代码。
• 如果加载程序无法执行该模块，它应该引发一个ImportError，尽管在此期间引发的 任何其他异常 exec_module()都将被传播。

在许多情况下，取景器和装载器可以是同一个对象; 在这种情况下，该 find_spec()方法只返回加载器设置为的规范self。

模块加载器可以通过实现create_module()方法在加载期间选择创建模块对象。它需要一个参数，即模块规范，并返回在加载期间使用的新模块对象。 create_module()不需要在模块对象上设置任何属性。如果方法返回None，则导入机制将自己创建新模块。

5.4.2。子模块

当使用任何机制（例如importlibAPI， import或import-from语句或内置__import__()）加载子模块时，绑定将放置在父模块的命名空间中，并放置到子模块对象中。例如，如果包spam具有子模块foo，则在导入之后 spam.foo，spam将具有foo绑定到子模块的属性。假设您有以下目录结构：

spam/ 
    __init__.py 
    foo.py 
    bar.py

并spam/__init__.py在其中包含以下内容：

from .foo import Foo 
from .bar import Bar

然后执行以下把将名称绑定到foo与bar所述在 spam模块：

>>>
>>> import spam
>>> spam.foo
<module 'spam.foo' from '/tmp/imports/spam/foo.py'>
>>> spam.bar
<module 'spam.bar' from '/tmp/imports/spam/bar.py'>

鉴于Python熟悉的名称绑定规则，这似乎令人惊讶，但它实际上是导入系统的基本功能。不变控股是，如果你有sys.modules['spam']和 sys.modules['spam.foo']（可能也会上述进口后），后者必须表现为foo前者的属性。

5.4.3。模块规格

导入机器在导入期间使用有关每个模块的各种信息，尤其是在加载之前。大多数信息对所有模块都是通用的。模块规范的目的是基于每个模块封装此导入相关信息。

在导入期间使用规范允许在导入系统组件之间传输状态，例如在创建模块规范的查找程序和执行它的加载程序之间。最重要的是，它允许进口机械执行装载的样板操作，而没有模块规格，装载机有责任。

模块的规范作为__spec__模块对象的属性公开。有关ModuleSpec模块规范内容的详细信息，请参阅。

5.4.4。与导入相关的模块属性

在加载程序执行模块之前，导入机器在加载期间根据模块的规范在每个模块对象上填充这些属性。

__name__

__name__必须将该属性设置为模块的完全限定名称。此名称用于唯一标识导入系统中的模块。

__loader__

__loader__必须将该属性设置为导入机器在加载模块时使用的加载程序对象。这主要用于内省，但可用于其他特定于加载程序的功能，例如获取与加载程序关联的数据。

__package__

__package__必须设置模块的属性。它的值必须是一个字符串，但它可以是与它相同的值__name__。当模块是包时，其__package__值应设置为它__name__。当模块不是包时，__package__ 应将顶级模块的空字符串或子模块的空字符串设置为父包的名称。看到PEP 366了解更多细节。

使用此属性代替__name__计算主模块的显式相对导入，如中所定义PEP 366。预计它具有相同的价值__spec__.parent。

在版本3.6中更改：__package__预期值与…相同 __spec__.parent。

__spec__

__spec__必须将该属性设置为导入模块时使用的模块规范。__spec__ 适当的设置同样适用于在解释器启动期间初始化的模块。唯一的例外是__main__，在这里__spec__被设置为无在某些情况下。

当__package__没有定义，__spec__.parent被用作后备。

版本3.4中的新功能。

在版本3.6中更改：在未定义__spec__.parent时用作后备__package__。

__path__

如果模块是包（常规或命名空间），则__path__必须设置模块对象的属性。该值必须是可迭代的，但如果__path__没有进一步的意义，则可以为空。如果__path__不为空，则迭代时必须生成字符串。关于语义的更多细节在下面__path__给出 。

非包模块不应具有__path__属性。

__file__

__cached__

__file__是可选的。如果设置，则此属性的值必须是字符串。如果导入系统__file__没有语义含义（例如，从数据库加载的模块），则可以选择保留未设置。

如果__file__设置了，则设置__cached__属性也是适当的，该 属性是代码的任何编译版本的路径（例如，字节编译文件）。设置此属性不需要存在该文件; 路径可以简单地指向编译文件的存在位置（参见PEP 3147）。

设置__cached__何时__file__未设置也是合适的。但是，这种情况非常不典型。最终，装载机是利用__file__和/或__cached__。因此，如果加载程序可以从缓存模块加载，但是不能从文件加载，则该非典型场景可能是合适的。

5.4.5。模块.__ path__

根据定义，如果模块具有__path__属性，则它是一个包。

__path__在导入其子包期间使用包的属性。在导入机器中，它的功能大致相同sys.path，即提供在导入期间搜索模块的位置列表。但是，__path__通常比约束更多 sys.path。

__path__必须是可迭代的字符串，但它可能是空的。使用的相同规则sys.path也适用于包 __path__，并且sys.path_hooks在遍历包时咨询（如下所述）__path__。

包的__init__.py文件可以设置或更改包的__path__ 属性，这通常是之前实现命名空间包的方式PEP 420。随着通过PEP 420，命名空间包不再需要提供__init__.py仅包含__path__ 操作代码的文件; 导入机器自动__path__ 为命名空间包正确设置。

5.4.6。模块代表

默认情况下，所有模块都有一个可用的repr，但是根据上面设置的属性，在模块的规范中，您可以更明确地控制模块对象的repr。

如果模块有spec（__spec__），导入机器将尝试从中生成repr。如果失败或没有规范，导入系统将使用模块上可用的任何信息制作默认repr。它会尝试使用module.__name__， module.__file__以及module.__loader__作为输入到再版，用默认设置的任何信息丢失。

以下是使用的确切规则：

• 如果模块具有__spec__属性，则使用规范中的信息生成repr。查阅“名称”，“加载器”，“原点”和“has_location”属性。
• 如果模块具有__file__属性，则将其用作模块的repr的一部分。
• 如果模块没有，__file__但确实__loader__没有 None，则加载器的repr用作模块repr的一部分。
• 否则，只需使用__name__repr中的模块。

5.4.7。缓存的字节码失效

在Python从.pyc文件加载缓存的字节码之前，它会检查缓存是否与源.py文件保持同步。默认情况下，Python通过在写入时将源的最后修改时间戳和大小存储在缓存文件中来实现此目的。在运行时，导入系统然后通过根据源的元数据检查缓存文件中存储的元数据来验证缓存文件。

Python还支持“基于散列”的缓存文件，这些文件存储源文件内容的散列而不是其元数据。基于哈希的.pyc文件有两种变体 ：已选中和未选中。对于检查的基于散列的.pyc文件，Python通过散列源文件并将生成的散列与缓存文件中的散列进行比较来验证缓存文件。如果发现检查的基于散列的缓存文件无效，则Python会重新生成它并写入新的已检查的基于散列的缓存文件。对于未经检查的基于散列的.pyc文件，Python只是假设缓存文件存在时有效。.pyc可以使用--check-hash-based-pycs 标志覆盖基于散列的文件验证行为。

5.5.1。路径入口查找器

基于路径的查找程序负责查找和加载其模块的位置由字符串路径条目指定的Python模块和软件包 。大多数路径条目命名文件系统中的位置，但它们不必限于此。

作为元路径查找器，基于路径的查找器实现了find_spec()先前描述的 协议，但是它暴露了可用于定制如何从导入路径找到和加载模块的附加钩子。

三个变量通过使用基于路径查找器，sys.path， sys.path_hooks和sys.path_importer_cache。__path__ 还使用包对象上的属性。这些提供了可以定制进口机械的其他方式。

sys.path包含提供模块和包的搜索位置的字符串列表。它是从PYTHONPATH 环境变量和各种其他特定于安装和实现的默认值初始化的。sys.path可以在文件系统，zip文件以及可能site需要搜索模块（例如URL或数据库查询）的其他“位置”（请参阅模块）中命名目录中的条目。只应出现字符串和字节 sys.path; 忽略所有其他数据类型。字节条目的编码由各个路径条目查找器确定。

基于路径的查找程序是元路径查找程序，因此导入机制通过调用基于路径的查找程序的方法开始导入路径搜索，find_spec()如前所述。当path以参数 find_spec()给出，这将是字符串路径列表遍历-通常是包的__path__ 属性对于包内的进口。如果path参数为 None，则表示使用顶级导入sys.path。

基于路径的查找器迭代搜索路径中的每个条目，并且对于每个条目，查找路径条目的适当路径条目查找器（PathEntryFinder）。因为这可能是一项昂贵的操作（例如，此搜索可能存在 stat（）调用开销），所以基于路径的查找器维护到路径条目查找器的缓存映射路径条目。维护此缓存sys.path_importer_cache（尽管名称，此缓存实际上存储查找器对象而不是限于导入器对象）。以这种方式，对特定路径入口 位置的路径入口查找器的昂贵搜索仅需要进行一次。用户代码可以从中删除缓存条目sys.path_importer_cache强制基于路径的查找器再次执行路径条目搜索[3]。

如果高速缓存中不存在路径条目，则基于路径的查找器将遍历每个可调用对象sys.path_hooks。使用单个参数（要搜索的路径条目）调用此列表中的每个路径条目挂钩。此可调用可以返回可以处理路径条目的路径条目查找器，也可以引发它 ImportError。一个ImportError是使用的基于路径查找器发出信号，表明挂钩找不到路径条目取景器为路径条目。忽略该异常并导入路径迭代继续。钩子应该是一个字符串或字节对象; 字节对象的编码取决于钩子（例如，它可能是文件系统编码，UTF-8或其他东西），如果钩子不能解码参数，它应该引发 ImportError。

如果sys.path_hooks迭代没有结束路径条目取景器 返回，则路径基于Finder的 find_spec()方法将存储None 在sys.path_importer_cache（表示有此路径条目没有取景器），并返回None，表明这一 元路径查找器找不到该模块。

如果路径条目取景器 是由一个返回路径条目钩上可调用sys.path_hooks，那么下面的协议被用来询问取景器为一个模块规范，装载模块时，然后将其使用。

当前工作目录（由空字符串表示）的处理方式与其他条目略有不同sys.path。首先，如果发现当前工作目录不存在，则不存储任何值 sys.path_importer_cache。其次，每个模块查找都会查找当前工作目录的值。第三，用于sys.path_importer_cache和返回 的路径 importlib.machinery.PathFinder.find_spec()将是实际的当前工作目录而不是空字符串。

5.5.2。路径入口查找器协议

为了支持模块和初始化包的导入以及为命名空间包提供部分，路径入口查找器必须实现该find_spec()方法。

find_spec()采用两个参数，即要导入的模块的完全限定名称，以及（可选）目标模块。 find_spec()返回模块的完全填充规范。此规范将始终设置“加载器”（有一个例外）。

向导入机器指示规范表示命名空间 部分。路径条目查找器将spec上的“loader” None和“submodule_search_locations”设置为包含该部分的列表。

5.7.1。__main __.__ spec__ 

根据__main__初始化方式，__main__.__spec__ 适当设置或设置None。

当使用该-m选项启动Python时，__spec__将设置为相应模块或包的模块规范。__spec__当__main__模块作为执行目录，zipfile或其他sys.path条目的一部分加载时，也会填充。

在其余情况下 __main__.__spec__设置为None，因为用于填充的代码 __main__与可导入模块不直接对应：

• 互动提示
• -c 选项
• 从stdin运行
• 直接从源或字节码文件运行

请注意，__main__.__spec__总是None在最后一种情况下， 即使文件可以在技术上直接作为模块导入。-m如果需要有效的模块元数据，请使用开关__main__。

另请注意，即使__main__与可导入模块相对应并进行相应__main__.__spec__设置，它们仍被视为 不同的模块。这是因为检查保护的块 仅在模块用于填充命名空间时执行，而不是在正常导入期间执行。if __name__ =="__main__":__main__