【Python】`__init__.py` 文件详解

本文针对Python开发者，详细描述了__init__.py文件在参与包、模块、命名空间导入/重命名/初始化时的使用方法，以及其中代码的执行机制。
本文使用边执行案例，边分析，边给结论的方法，描述了__init__.py文件的四大作用。
模块搜索标记
初始化命名空间，空间名称即为目录名
设置__all__ 通配符导入目标
为同一目录的其他模块定义命名空间。

__init__.py 文件是每一个Python开发者都非常熟悉的文件。

这个文件究竟是干什么用的？除了空文件以外，它里面可以有什么样的代码？我查阅了很多关于Python的文档，始终没有找到非常令人信服的详细文档资料。即使是在Python的官方文档中，有的时候我也不知道究竟怎么解释才是正确的。

所以，以下是我对于__init__.py文件的一个总结，里面包含了一些案例，以及相应的步骤。当然，本文的缺点是：有点长……：（

Table of Contents

1. 模块、包和命名空间

module, package and namespace

要想搞清楚__init__.py文件，就必须要搞清楚模块、包和命名空间之间的关系

1.1. 模块

module

从一个宽泛的意义上来说，任何一个python文件都是一个模块。可以被单独执行，也可以通过import语句被其他的Python程序所调用。在模块内，python代码可以去调用其他的模块。

我们都知道python是可以在控制台中去一行一行去执行的。那么，可以说，模块是将这些命令组织成为”程序“的基本组织单位了。

官方参考资料：3.11.1 Documentation » Python 教程 » 6. 模块

1.2. 包

package

包由多个文件和一个目录结构组成。一个包可以包含模块、子包等内容。在官方文档上有这样一句话：

要注意的一个重点概念是所有包都是模块，但并非所有模块都是包。或者换句话说，包只是一种特殊的模块。特别地，任何具有 __path__ 属性的模块都会被当作是包。

当然，这句话对于初学者有点拗口。我们来搞一个实际的例子试试：

在PyCharm创建项目test01，目录如下

./
├─ tdouya2.py
├─ test01.py
└─ tdouya
    └─ __init__.py

test01.py是唯一的入口文件。目录tdouya是一个包，而tdouya2.py是一个模块。

__init__.py、 tdouya2.py 都是空文件。入口文件test01.py的代码为

import tdouya
import tdouya2


if __name__ == "__main__":
    print("tdouya.{}".format(tdouya.__path__))
    print("tdouya2.{}".format(tdouya2.__path__))

执行结果：

D:\Python-grp\miniconda3_data\env\py3.10\python.exe E:\develop\python\test01\test01.py 
tdouya.['E:\\develop\\python\\test01\\tdouya']
Traceback (most recent call last):
  File "E:\develop\python\test01\test01.py", line 7, in <module>
    print("tdouya2.{}".format(tdouya2.__path__))
AttributeError: module 'tdouya2' has no attribute '__path__'. Did you mean: '__name__'?

进程已结束,退出代码1

我们发现，果然tdouya被识别为一个包。而tdouya2并不认为一个包，只是一个文件/模块。

1.3. 命名空间

namespace

命名空间实际上是对名称空间的一个划分，防止模块和包中各种各样的名称发生冲突。比如builtins.open()和sys.open()，通过命名空间，无论是人还是机器都能够清晰的知道究竟是哪个模块来实现。

示例

import os.path

os.path.join('/home',user)

2. 模块和层次结构

2.1. 单文件的模块

国外的资料中常称之为simple project

在PyCharm中创建项目test02，入口文件test02.py，模块module02.py，同级目录

./
├─ module02.py
└─ test02.py

module02.py文件内容

def hello():
    print('hello, it\'s module02.py')

test02.py文件内容

import module02

if __name__ == "__main__":
    module02.hello()

执行结果（3.10）：

D:\Python-grp\miniconda3_data\env\py3.10\python.exe E:\develop\python\test02\test02.py 
hello, it's module02.py

进程已结束,退出代码0

执行结果（2.7）

D:\Python-grp\miniconda3_data\env\py2.7\python.exe E:\develop\python\test02\test02.py 
hello, it's module02.py

进程已结束,退出代码0

在Python2.7和Python3.10 的版本下执行，结果是一样的。

此时，没有必要创建__init__.py文件。module02.py 文件名去掉 .py 即为模块名。

2.2. 目录层次结构和命名空间

如果项目变得更加的复杂。模块被按照目录管理了。那么此时，我们来看下面的工程。

在PyCharm中创建项目test03，目录结构为：

./
├─ test03.py
└─ tdouya/
    └─ module03.py

module03.py 文件内容为：

def hello():
    print("hello world, this is module03.py")

入口文件test03.py内容为：

import tdouya.module03

if __name__ == "__main__":
    tdouya.module03.hello()

此时执行结果: python=3.10

D:\Python-grp\miniconda3_data\env\py3.10\python.exe E:\develop\python\test03\test03.py 
hello world, this is module03.py

进程已结束,退出代码0

而在python=2.7下面，执行结果是：

D:\Python-grp\miniconda3_data\env\py2.7\python.exe E:\develop\python\test03\test03.py 
Traceback (most recent call last):
  File "E:\develop\python\test03\test03.py", line 16, in <module>
    import tdouya.module03
ImportError: No module named tdouya.module03

进程已结束,退出代码1

这里，项目test03 在python3.10下正常工作，而在2.7下报错。这时就需要__init__.py文件大显身手了。

我们在tdouya目录下，建立__init__.py空文件。那么此时在2.7下执行项目test03结果为：

D:\Python-grp\miniconda3_data\env\py2.7\python.exe E:\develop\python\test03\test03.py 
hello world, this is module03.py

进程已结束,退出代码0

这里的原因是从python=3.3 版本开始，即使没有__init__.py文件，目录也可以当作模块调用，即所谓的“Namespace Packages”。但在“普通包”中， __init__.py文件应该是有的。

这里可以参考官方文档：

Python 3.3 中的新功能： PEP 420：隐式命名空间包
PEP 420 – Implicit Namespace Packages

这里刚才提到了“普通包”的概念，你可以理解为用__init__.py文件定义的包。 Python中还有一类包，称之为“命名空间包”，这种包不在本文的讨论范围中。有兴趣的可以看刚才的参考文件：PEP 420 – Implicit Namespace Packages

2.3. 目录和命名空间映射

在刚才的示例中（项目test03)，我们看到有一个叫做tdouya(田豆芽)的包。然后里面有一个模块module03.py。

但是，tdouya 这个包里直接下面就没有代码了么？ tdouya(田豆芽)的包，就不配有个hello()方法么？这时候，__init__.py文件的作用就凸显出来了。

我们直接在项目test03的tdouya/__init__.py文件中，增加代码代码如下：

def hello():
    print('hello world from tdouya')

入口文件test03.py中加入代码

import tdouya.module03

if __name__ == "__main__":
    tdouya.module03.hello()
    tdouya.hello()  # 新增代码

执行结果：（python=2.7 和 python=3.10 直接结果相同）

D:\Python-grp\miniconda3_data\env\py2.7\python.exe E:\develop\python\test03\test03.py 
hello world, this is module03.py
hello world from tdouya

进程已结束,退出代码0

可以看出，tdouya包下面直接的hello()方法可以被直接调用并正确显示。

田老师并没有找到关于最初设立__init__.py文件的时候，开发者的意图。但是，我总觉得，这至少是最开始设立这个文件之一。

3. `init.py`文件的作用

综合以上的讨论，以及一些编程实践的案例。 __init__.py文件应该有以下四个作用

模块搜索标记
初始化命名空间，空间名称即为目录名
设置__all__ 通配符导入目标
为同一目录的其他模块定义命名空间。

下面，我们逐一说明：

3.1. 模块搜索标记

__init__.py用作在层次结构中定位模块的标记。必须存在才能加载目录分层模块。（注：‘命名空间包’ 不在本文的讨论范畴内）

3.2. 命名空间初始化

在import一个包的时候，首先执行__init__.py的代码，在导入某些子模块之前，如果需要进行某些初始化操作，那么写入__init__.py是一个好方法。

3.3. 设置`all` 通配符导入目标

我们在导入模块的时候，经常有这样的写法：from tdouya import * 意思是导入tdouya 这个包中的所有模块。

如果我们什么都不做，那么依赖的是python自己的找包机制，我们来试一下。

用PyCharm创建项目test04，目录结构如下：

./
├─ test04.py
└─ tdouya
    └─ __init__.py
    └─ art.py
    └─ develop.py
    └─ manage.py
    └─ training.py

__init__.py是空文件，tdouya包下面的所有其他四个文件的代码是相同的，如下。这样设定，每个文件在输出的时候，都会加上自己的模块名。

def hello():
    print("hello, this is {}".format(__name__))

入口文件 test04.py 内容如下：

from tdouya import *

if __name__ == "__main__":
    art.hello()
    develop.hello()
    manage.hello()
    training.hello()

我想，这里的意图很清楚，通过from tdouya import * 自动导入包的四个模块，然后执行他们的hello()方法。但是执行结果是：

D:\Python-grp\miniconda3_data\env\py3.10\python.exe E:\develop\python\test04\test04.py 
Traceback (most recent call last):
  File "E:\develop\python\test04\test04.py", line 20, in <module>
    art.hello()
NameError: name 'art' is not defined

进程已结束,退出代码1

也就是说，并不能找到要导入的模块。

此时，我们需要指定__all__指定import *到底处理哪些模块。

我们修改__init__.py文件（我们故意少放一个training模块）:

__all__ = ['art','develop','manage']

执行结果：

D:\Python-grp\miniconda3_data\env\py3.10\python.exe E:\develop\python\test04\test04.py 
hello, this is tdouya.art
hello, this is tdouya.develop
hello, this is tdouya.manage
Traceback (most recent call last):
  File "E:\develop\python\test04\test04.py", line 23, in <module>
    training.hello()
NameError: name 'training' is not defined. Did you mean: 'Warning'?

进程已结束,退出代码1

果然，如我们所料，前面三个import *成功，最后一个没有导入。

3.4. 为其他模块定义命名空间

在复杂项目中，如果需要调用很多模块，甚至模块名都有重名的情况。我们可以通过__init__.py重新为模块指定新的名字。

还是在刚才的项目test04中，我们将刚才未加入__all__ 的training模块换个名字导入。

修改__init__.py 文件

import tdouya.training as train		# 在这里，我们将training(名词)改为了它的动词形式train

__all__ = ['art','develop','manage','train']	# 然后，我们将修改后的模块名，放入__all__

修改入口文件 test04.py

from tdouya import *

if __name__ == "__main__":
    art.hello()
    develop.hello()
    manage.hello()
    # training.hello() # 本句注释掉
    train.hello() # 用新的名字调用tdouya.training模块的hello()方法。

运行结果：python=3.10 和 python=2.7 运行结果一致。

D:\Python-grp\miniconda3_data\env\py3.10\python.exe E:\develop\python\test04\test04.py 
hello, this is tdouya.art
hello, this is tdouya.develop
hello, this is tdouya.manage
hello, this is tdouya.training

进程已结束,退出代码0

这样就实现了，在使用的时候，我们可以修改模块的名字。但是功能上不会发生变化，比如上面的运行结果。我们知道，模块实际的名字仍然是training, 所以最终输出的文本中，也是training，而不是 train

4. 总结

相对复杂的，命名空间分层次的模块，使用__init__.py文件是必要的。
包里面的模块使用前，需要进行一些初始化操作的模块，使用__init__.py文件是必要的。
__init__.py文件里面的程序，只在模块被识别/找到模块名的时候被执行一次。即使你多次导入这些模块，也只会执行一次。除非你同时使用importlib和import.reload()的时候，才会被显式的被执行。

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