网工学Python——常用模块

阅读目录

认识模块

• 什么是模块
• 模块的导入和使用

常用模块一

• collections模块
• 时间模块
• random模块
• os模块
• sys模块
• 序列化模块
• re模块

常用模块二

• hashlib模块
• configparse模块
• logging模块

认识模块

什么是模块

常见的场景：一个模块就是一个包含了python定义和声明的文件，文件名就是模块名字加上.py的后缀。

但其实import加载的模块分为四个通用类别：　

1. 使用python编写的代码（.py文件）
2. 已被编译为共享库或DLL的C或C++扩展 
3. 包好一组模块的包
4. 使用C编写并链接到python解释器的内置模块

为何要使用模块？

如果你退出python解释器然后重新进入，那么你之前定义的函数或者变量都将丢失，因此我们通常将程序写到文件中以便永久保存下来，需要时就通过python test.py方式去执行，此时test.py被称为脚本script。

随着程序的发展，功能越来越多，为了方便管理，我们通常将程序分成一个个的文件，这样做程序的结构更清晰，方便管理。这时我们不仅仅可以把这些文件当做脚本去执行，还可以把他们当做模块来导入到其他的模块中，实现了功能的重复利用，

hashlib模块

算法介绍：

Python的hashlib提供了常见的摘要算法，如MD5，SHA1等等。
什么是摘要算法呢？摘要算法又称哈希算法、散列算法。它通过一个函数，把任意长度的数据转换为一个长度固定的数据串（通常用16进制的字符串表示）。
摘要算法就是通过摘要函数f()对任意长度的数据data计算出固定长度的摘要digest，目的是为了发现原始数据是否被人篡改过。
摘要算法之所以能指出数据是否被篡改过，就是因为摘要函数是一个单向函数，计算f(data)很容易，但通过digest反推data却非常困难。而且，对原始数据做一个bit的修改，都会导致计算出的摘要完全不同。
我们以常见的摘要算法MD5为例，计算出一个字符串的MD5值：

import hashlib
 
md5 = hashlib.md5()
md5.update('how to use md5 in python hashlib?')
print md5.hexdigest()

计算结果如下：
d26a53750bc40b38b65a520292f69306

如果数据量很大，可以分块多次调用update()，最后计算的结果是一样的：

md5 = hashlib.md5()
md5.update('how to use md5 in ')
md5.update('python hashlib?')
print md5.hexdigest()

MD5是最常见的摘要算法，速度很快，生成结果是固定的128 bit字节，通常用一个32位的16进制字符串表示。另一种常见的摘要算法是SHA1，调用SHA1和调用MD5完全类似：

import hashlib
 
sha1 = hashlib.sha1()
sha1.update('how to use sha1 in ')
sha1.update('python hashlib?')
print sha1.hexdigest()

SHA1的结果是160 bit字节，通常用一个40位的16进制字符串表示。比SHA1更安全的算法是SHA256和SHA512，不过越安全的算法越慢，而且摘要长度更长。

摘要算法应用：

任何允许用户登录的网站都会存储用户登录的用户名和口令。如何存储用户名和口令呢？方法是存到数据库表中：

name    | password
--------+----------
michael | 123456
bob     | abc999
alice   | alice2008

如果以明文保存用户口令，如果数据库泄露，所有用户的口令就落入黑客的手里。此外，网站运维人员是可以访问数据库的，也就是能获取到所有用户的口令。正确的保存口令的方式是不存储用户的明文口令，而是存储用户口令的摘要，比如MD5：

username | password
---------+---------------------------------
michael  | e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e
bob      | 878ef96e86145580c38c87f0410ad153
alice    | 99b1c2188db85afee403b1536010c2c9

考虑这么个情况，很多用户喜欢用123456，888888，password这些简单的口令，于是，黑客可以事先计算出这些常用口令的MD5值，得到一个反推表：

'e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e': '123456'
'21218cca77804d2ba1922c33e0151105': '888888'
'5f4dcc3b5aa765d61d8327deb882cf99': 'password'

这样，无需破解，只需要对比数据库的MD5，黑客就获得了使用常用口令的用户账号。
对于用户来讲，当然不要使用过于简单的口令。但是，我们能否在程序设计上对简单口令加强保护呢？
由于常用口令的MD5值很容易被计算出来，所以，要确保存储的用户口令不是那些已经被计算出来的常用口令的MD5，这一方法通过对原始口令加一个复杂字符串来实现，俗称“加盐”：

hashlib.md5("salt".encode("utf8"))

经过Salt处理的MD5口令，只要Salt不被黑客知道，即使用户输入简单口令，也很难通过MD5反推明文口令。
网站都不能注册相同的用户名，因此可以通过把用户名作为Salt来计算MD5，从而实现相同口令的用户也存储不同的MD5。

# 第一 使用相同的算法对同一个字符串进行摘要,在任意时刻 任意平台 任意语言结果总是不变的
# 第二 这个摘要过程不可逆
# 第三 对于不同的数据的计算结果总是不同的
# 登录的时候，用户输入密码之后，再用相同的算法再摘要一次，和数据库、文件里的比对一下
import hashlib
username = input('>>>')
md5_obj = hashlib.md5(username.encode('utf-8'))   #用用户名作为"盐"
s = input('>>>')
md5_obj.update(s.encode('utf-8'))
print(md5_obj.hexdigest())

判断文件的一致性：

import os
import hashlib
def get_md5(file,n = 10240):
    with open(file, 'rb') as f1:
        md5_obj = hashlib.md5()
        file_size = os.path.getsize(file)
        while file_size > 0:
            md5_obj.update(f1.read(n))
            file_size -= n
        return md5_obj.hexdigest()

def compare(file1,file2):
    return get_md5(file1) == get_md5(file2)

print(compare(r'E:S22day93.正则模块.py',r'E:S22day93.正则模块.py.bak'))

摘要算法在很多地方都有广泛的应用。要注意摘要算法不是加密算法，不能用于加密（因为无法通过摘要反推明文），只能用于防篡改，但是它的单向计算特性决定了可以在不存储明文口令的情况下验证用户口令。

configparser模块

该模块适用于配置文件的格式与windows ini文件类似，可以包含一个或多个节（section），每个节可以有多个参数（键=值）。

创建文件：

来看一个好多软件的常见文档格式如下：

[DEFAULT]
ServerAliveInterval = 45
Compression = yes
CompressionLevel = 9
ForwardX11 = yes
  
[bitbucket.org]
User = hg
  
[topsecret.server.com]
Port = 50022
ForwardX11 = no

如果想用python生成一个这样的文档怎么做呢？

import configparser

config = configparser.ConfigParser()

config["DEFAULT"] = {'ServerAliveInterval': '45',
                      'Compression': 'yes',
                     'CompressionLevel': '9',
                     'ForwardX11':'yes'
                     'file_path':r'E:S22day9userinfo'
                     }

config['bitbucket.org'] = {'User':'hg'}

config['topsecret.server.com'] = {'Host Port':'50022','ForwardX11':'no'}

with open('example.ini', 'w') as configfile:

   config.write(configfile)

查找文件：

import configparser

config = configparser.ConfigParser()

#---------------------------查找文件内容,基于字典的形式

print(config.sections())        #  []

config.read('example.ini')

print(config.sections())        #   ['bitbucket.org', 'topsecret.server.com']

print('bytebong.com' in config) # False
print('bitbucket.org' in config) # True


print(config['bitbucket.org']["user"])  # hg

print(config['DEFAULT']['Compression']) #yes

print(config['topsecret.server.com']['ForwardX11'])  #no


print(config['bitbucket.org'])          #<Section: bitbucket.org>

for key in config['bitbucket.org']:     # 注意,有default会默认default的键
    print(key)

print(config.options('bitbucket.org'))  # 同for循环,找到'bitbucket.org'下所有键

print(config.items('bitbucket.org'))    #找到'bitbucket.org'下所有键值对

print(config.get('bitbucket.org','compression')) # yes       get方法Section下的key对应的value

增删改操作：

import configparser

config = configparser.ConfigParser()
print(config.sections())
config.read('example.ini')
print(config.sections())        #   ['bitbucket.org', 'topsecret.server.com']
print('bytebong.com' in config) # False
print('bitbucket.org' in config) # True
print(config['bitbucket.org']["user"])  # hg
print(config['DEFAULT']['Compression']) #yes
print(config['topsecret.server.com']['Compression']) #yes
print(config['topsecret.server.com']['ForwardX11'])  #no
print(config['bitbucket.org'])          #<Section: bitbucket.org>
for key in config['bitbucket.org']:     # 注意,有default会默认default的键
    print(key,config['bitbucket.org'][key])
print(config.options('bitbucket.org'))  # 同for循环,找到'bitbucket.org'下所有键
print(config.items('bitbucket.org'))    #找到'bitbucket.org'下所有键值对
print(config.get('bitbucket.org','compression')) # yes       get方法Section下的key对应的value

config.add_section('yuan')

config.remove_section('bitbucket.org')
config.remove_option('topsecret.server.com',"forwardx11")

config.set('topsecret.server.com','k1','11111')
config.set('yuan','k2','22222')

config.write(open('new2.ini', "w"))

logging模块

函数式简单配置：

import logging
logging.debug('debug message')    # 调试模式
logging.info('info message')      # 基础正常的信息
logging.warning('warning message') # 警告信息
logging.error('error message')    # 错误信息
logging.critical('critical message') # 批判的 严重错误

# 默认不打印debug，和info

1、中文的乱码
2、不能同时向屏幕和文件中输入

默认情况下Python的logging模块将日志打印到了标准输出中，且只显示了大于等于WARNING级别的日志，这说明默认的日志级别为WARNING（日志级别等级CRITICAL > ERROR > WARNING > INFO > DEBUG），默认的日志格式为日志级别：Logger名称：用户输出消息。

灵活配置日志级别，日志格式，输出位置:

import logging  
logging.basicConfig(level=logging.DEBUG,  
                    format='%(asctime)s %(filename)s[line:%(lineno)d] %(levelname)s %(message)s',  
                    datefmt='%a, %d %b %Y %H:%M:%S',  
                    filename='/tmp/test.log',  
                    filemode='w')  
  
logging.debug('debug message')  
logging.info('info message')  
logging.warning('warning message')  
logging.error('error message')  
logging.critical('critical message')

配置参数：

logging.basicConfig()函数中可通过具体参数来更改logging模块默认行为，可用参数有：

filename：用指定的文件名创建FiledHandler，这样日志会被存储在指定的文件中。
filemode：文件打开方式，在指定了filename时使用这个参数，默认值为“a”还可指定为“w”。
format：指定handler使用的日志显示格式。
datefmt：指定日期时间格式。
level：设置rootlogger（后边会讲解具体概念）的日志级别
stream：用指定的stream创建StreamHandler。可以指定输出到sys.stderr,sys.stdout或者文件(f=open(‘test.log’,’w’))，默认为sys.stderr。若同时列出了filename和stream两个参数，则stream参数会被忽略。

format参数中可能用到的格式化串：
%(name)s Logger的名字
%(levelno)s 数字形式的日志级别
%(levelname)s 文本形式的日志级别
%(pathname)s 调用日志输出函数的模块的完整路径名，可能没有
%(filename)s 调用日志输出函数的模块的文件名
%(module)s 调用日志输出函数的模块名
%(funcName)s 调用日志输出函数的函数名
%(lineno)d 调用日志输出函数的语句所在的代码行
%(created)f 当前时间，用UNIX标准的表示时间的浮 点数表示
%(relativeCreated)d 输出日志信息时的，自Logger创建以 来的毫秒数
%(asctime)s 字符串形式的当前时间。默认格式是 “2003-07-08 16:49:45,896”。逗号后面的是毫秒
%(thread)d 线程ID。可能没有
%(threadName)s 线程名。可能没有
%(process)d 进程ID。可能没有
%(message)s用户输出的消息

logger对象配置：

吸星大法
创建一个logger对象
创建一个屏幕管理对象
创建一个文件管理对象
创建一个格式对象1
创建一个格式对象2

屏幕管理对象 + 创建一个格式对象1
文件管理对象 + 创建一个格式对象2
logger对象
  屏幕管理对象
  文件管理对象

logger = logging.getLogger()
sh = logging.StreamHandler()   # 创建一个handler，用于输出到控制台
fh = logging.FileHandler('test2.log',encoding='utf-8')   # 创建一个handler，用于写入日志文件 
fomatter = logging.Formatter('%(asctime)s - %(name)s - %(levelname)s - %(message)s')

sh.setFormatter(fomatter)
fh.setFormatter(fomatter)

sh.setLevel(logging.WARNING)
fh.setLevel(logging.INFO)

logger.addHandler(sh)
logger.addHandler(fh)   #logger对象可以添加多个fh和sh对象 

logger.setLevel(logging.DEBUG)

logger.debug('你好')    # 调试模式
logger.info('info message')      # 基础正常的信息
logger.warning('warning message') # 警告信息
logger.error('error message')    # 错误信息
logger.critical('critical message') # 批判的 严重错误

logging库提供了多个组件：Logger、Handler、Filter、Formatter。Logger对象提供应用程序可直接使用的接口，Handler发送日志到适当的目的地，Filter提供了过滤日志信息的方法，Formatter指定日志显示格式。另外，可以通过：logger.setLevel(logging.Debug)设置级别,当然，也可以通过fh.setLevel(logging.Debug)单对文件流设置某个级别。