python 内置命名空间、标准库、模块相关概念

内置命名空间

python 解释器启动后就可以直接使用一些函数，常量，类型，异常等。保存这些数据的空间统称内置命名空间。

内置命名空间中包含的数据如下：

对于内置命名空间中最常用的就是内置函数。
内置函数：
Python 解释器自带的函数叫做内置函数，这些函数可以直接使用，不需要import就可以使用。Python 解释器一旦启动，所有的内置函数都生效。

内置常量
python对于变量的查找，模块的查找顺序是LEGB。

L: Local 局部命名空间
E： Enclosing 内嵌命名空间
G： Golbal 全局命名空间
B： Builtin 内置命名空间

所以内置命名空间是查找的最后一道屏障，如果这里也没有，那这个变量就是没有定义。

>>> a
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'a' is not defined

python 标准库

Python 标准库相当于解释器的外部扩展，它并不会随着解释器的启动而启动，要想使用这些外部扩展，必须提前导入。
Python 标准库非常庞大，包含了很多模块，要想使用某个函数，必须提前import对应的模块，否则函数是无效的。

和内置命名空间的关系：

内置命名空间中的函数，变量，类型，异常都是标准库的一部分
内置空间在python解释器启动时加载内存，标准库有部分模块会记载到内存
内置空间不需要import就能使用模块，标准库需要import之后才能使用

特征
Python 标准库非常庞大，所提供的组件涉及范围十分广泛，正如以下内容目录所显示的。这个库包含了多个内置模块 (以 C 编写)，Python 程序员必须依靠它们来实现系统级功能，例如文件 I/O，此外还有大量以 Python 编写的模块，提供了日常编程中许多问题的标准解决方案。其中有些模块经过专门设计，通过将特定平台功能抽象化为平台中立的 API 来鼓励和加强 Python 程序的可移植性。

python标准库有200多个模块和包，具体可见上一篇博客 python标准库

加载到内存中的模块

在介绍内置命名空间时我们知道内置函数，变量，类型，异常都随着解释器的启动加载到内存中。那么能不能看到所有加载到内存中的模块呢？
sys.modules 模块就是查找所有内存中的模块的方法。

sys.modules
Python中所有加载到内存的模块都放在sys.modules。sys.modules是一个全局字典

功能：
字典sys.modules对于加载模块起到了缓冲的作用,当import一个模块时首先会在这个列表中查找是否已经加载了此模块，如果加载了则只是将模块的名字加入到正在调用import的模块的Local名字空间中。如果没有加入则将模块加入到当前空间，并且也加入到sys.modules中。再次import模块则不会在加在到内存中。

使用
sys.modules 是一个字典，key就是模块的名字， value是模块的对象。
sys.modules.keys()

>>> sys.modules.keys()
dict_keys(['sys', 'builtins', '_frozen_importlib', '_imp', '_thread', 
'_warnings', '_weakref', 'zipimport', '_frozen_importlib_external', 
'_io', 'marshal', 'posix', 'encodings', 'codecs', '_codecs', 'encodings.aliases', 
'encodings.utf_8', '_signal', '__main__', 'encodings.latin_1', 'io', 
'abc', '_abc', 'site', 'os', 'stat', '_stat', 'posixpath', 'genericpath', 
'os.path', '_collections_abc', '_sitebuiltins', 'sitecustomize', 'readline', 
'atexit', 'rlcompleter'])

>>> sys.modules.values()
dict_values([<module 'sys' (built-in)>, <module 'builtins' (built-in)>, 
<module '_frozen_importlib' (frozen)>, <module '_imp' (built-in)>, 
<module '_thread' (built-in)>, <module '_warnings' (built-in)>, 
<module '_weakref' (built-in)>, <module 'zipimport' (built-in)>, 
<module '_frozen_importlib_external' (frozen)>, <module 'io' (built-in)>, 
<module 'marshal' (built-in)>, <module 'posix' (built-in)>, 
<module 'encodings' from '/usr/lib/python3.7/encodings/__init__.py'>, 
<module 'codecs' from '/usr/lib/python3.7/codecs.py'>, 
<module '_codecs' (built-in)>,
<module 'encodings.aliases' from '/usr/lib/python3.7/encodings/aliases.py'>, 
.......

对于sys.modules中的模块是可以直接使用的。通过sys.modules找到该模块就可以直接使用内存中的模块
如不需要import os 就可以直接使用 os 模块

>>> sys.modules['os'].getcwd()
'/home/ljk'

但是如果直接使用os.getcwd()就会报错。

>>> os.getcwd()
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'os' is not defined

如果再imports os，os模块也不会再次加载到内存中，因为内存中已经存在该模块对象了。

>>>sys.modules['os']
<module 'os' from '/usr/lib/python3.7/os.py'>

再次导入在内存中会创建一个变量 os 指向内存中的 os模块对象。

>>> import os
>>> 
>>> sys.modules['os'] is os
True

缓存功能
当import 一个模块之后，就会在sys.modules中保存模块，在全局范围中，如果再次导入该模块，则不会重复加载到内存。

>>> import sys
>>> 
>>> 'a' in sys.modules.keys()
False
>>> 
>>> import a
>>> 
>>> 'a' in sys.modules.keys()
True
>>> 
>>> sys.modules.get('a')
<module 'a' from '/home/ljk/Desktop/a.py'>
>>>