10. 标准库速览（一）

对应官方文档：10. Brief Tour of the Standard Library 一句话导读：这一章解决「装完 Python 到底白送了些什么」——把最常用的十几组模块挨个摸一遍，学完知道遇事别急着 pip install，标准库里八成已经有轮子了。

前面几章我们把语法啃完了，从这一章起官方换了个节奏：不再教新语法，而是带你逛「随 Python 一起装好的工具箱」。村长按 10.1 到 10.12 的编号走，每节两三句人话加一段能直接跑的短代码。所有例子都不碰你的真实文件、也不联网，放心粘贴。

10.1 操作系统接口

os 是和操作系统打交道的入口：查/改工作目录、拼路径、读环境变量都靠它。真正「搬文件」的高层操作（复制、移动、删目录树）官方建议用更省心的 shutil，别在 os 里硬凑。

import os, shutil
print('当前工作目录：', os.getcwd())
p = os.path.join(os.getcwd(), 'demo', 'note.txt')
print('拼出来的路径：', p)
print('文件名 / 目录名：', os.path.basename(p), os.path.dirname(p))
print('HOME 在环境变量里吗：', 'HOME' in os.environ)
print('复制这类活交给 shutil：', hasattr(shutil, 'copyfile'))

村长划重点：拼路径一律用 os.path.join()，别自己拿 + 拼字符串——Windows 用反斜杠、macOS/Linux 用正斜杠，手写必翻车。另外少用 os.system() 去调 shell 命令，它既不好拿返回值又有注入隐患，现代代码请用 subprocess.run()。

10.2 文件通配符

glob 用 shell 那套通配符从目录里筛文件名，*.py、data??.csv 都认识。它只负责「按名字找文件」，不做递归（要递归用 ** 配 recursive=True）。

import glob, os, tempfile
with tempfile.TemporaryDirectory() as d:      # 建个临时目录，绝不碰你的硬盘
    for name in ['a.py', 'b.py', 'note.txt', 'data01.csv']:
        open(os.path.join(d, name), 'w', encoding='utf-8').close()
    py = glob.glob(os.path.join(d, '*.py'))
    print('所有 .py：', sorted(os.path.basename(x) for x in py))
    print('data 开头两位数字：',
          [os.path.basename(x) for x in glob.glob(os.path.join(d, 'data??.csv'))])

10.3 命令行参数

脚本后面跟的参数，Python 全塞在 sys.argv 这个列表里。记住 第 0 个是脚本自己的名字，真正的参数从 sys.argv[1] 开始。

import sys
print('脚本名 argv[0]：', sys.argv[0])
print('用户传的参数 argv[1:]：', sys.argv[1:])

在终端里跑 python demo.py 你好 42 时，sys.argv 长这样（脚本里可以直接 for arg in sys.argv[1:] 遍历）：

['demo.py', '你好', '42']

村长划重点：sys.argv[0] 是脚本名、不是第一个参数，写循环时从下标 1 开始，这是新手最常差一位的地方。参数一多就别手搓解析了，标准库的 argparse 能自动生成 -h 帮助和类型转换。

10.4 错误输出重定向与程序终止

sys.stderr 是专门写「错误/警告」的通道，和 print 走的 sys.stdout 分开，这样用户 python demo.py > out.txt 时警告仍会显示在屏幕上。sys.exit() 则抛一个 SystemExit 来结束程序，可以带整数退出码或一句消息。

import sys
sys.stderr.write('这条走标准错误：参数不太对\n')
print('这条走标准输出')

try:
    sys.exit('参数不合法，就此打住')     # 也可写 sys.exit(2) 表示退出码
except SystemExit as exc:
    print('捕获到 SystemExit，消息 / 码 =', exc.code)

sys.exit() 之所以能被 try 接住，正说明「异常也是类」；正常脚本里不用接，让它直接终止就行。

10.5 字符串模式匹配

re 提供正则表达式：findall 找全部、sub 做替换、match/search 做匹配。写模式时前面加 r（原始字符串），反斜杠就不用写两遍了。

import re
print(re.findall(r'\bf[a-z]*', 'which foot or hand fell fastest'))
# ['foot', 'fell', 'fastest']
print(re.sub(r'(\b[a-z]+) \1', r'\1', 'cat in the the hat'))
# cat in the hat  —— 把重复的单词压成一个
s = '村长不好奇 2026 年，Python 3.13'
print('所有数字：', re.findall(r'\d+', s))

10.6 数学

math 管确定性的数学（三角、对数、取整、常量），random 管随机（抽签、洗牌、抽样），statistics 管描述统计（均值、中位数、方差）。三兄弟各管一摊，别混着找。

import math, random, statistics
print('cos(pi/4) =', round(math.cos(math.pi / 4), 4), '| log2(1024) =', math.log(1024, 2))
print('随机挑一个：', random.choice(['苹果', '香蕉', '梨']))
print('不重复抽 5 个：', random.sample(range(10), 5))
data = [2.75, 1.75, 1.25, 0.25, 0.5, 1.25, 3.5]
print('均值 / 中位数 / 标准差：',
      statistics.mean(data), statistics.median(data), round(statistics.stdev(data), 3))

10.7 互联网访问

urllib.request 负责按 URL 取数据，urllib.parse 负责拼查询串；发邮件则有 email（构造邮件）和 smtplib（投递）。本教程的示例只构造、不发送，避免真去联网。

from urllib.request import Request
from urllib.parse import urlencode
from email.message import EmailMessage

params = urlencode({'q': '不好奇编程'}).encode('utf-8')
req = Request('https://docs.python.org/3/search', data=params,
              headers={'User-Agent': 'Mozilla/5.0'})
print('构造好的 URL：', req.full_url)
print('带 data 时的方法：', req.get_method())      # POST
# 真正联网时才打开（本教程不执行）：
# from urllib.request import urlopen
# with urlopen(req, timeout=5) as r:
#     html = r.read().decode('utf-8')

msg = EmailMessage()
msg['Subject'] = '标准库构造的邮件'
msg.set_content('这是正文，用 email 模块拼出来的。')
print('邮件主题 / 正文类型：', msg['Subject'], msg.get_content_type())
# 投递才需要连服务器（不执行）：
# with smtplib.SMTP('localhost') as s:
#     s.send_message(msg)

村长划重点：网络请求一定要设 timeout，否则对方不响应时程序会一直挂着；urlopen 记得配 with 让它自动关连接。教学和单元测试里别真发请求——把请求对象构造出来、或者用本地假数据替代，既快又不会把别人的服务刷一遍。

10.8 日期与时间

datetime 里的 date 管年月日、datetime 管年月日时分秒、timedelta 管「一段时间」，strftime 负责按格式输出字符串。日期能直接加减 timedelta，不用自己算闰年。

from datetime import date, datetime, timedelta
now = datetime.now()
print('现在：', now.strftime('%Y-%m-%d %H:%M'))
d = date(2026, 11, 8)
print(d, '| 星期几(0=周一)：', d.weekday(), '|', d.strftime('%A'))
print('十天后：', d + timedelta(days=10))
print('两个日期相差：', (date(2026, 12, 25) - d).days, '天')

10.9 数据压缩

zlib 做内存里字节串的压缩/解压，gzip、bz2、lzma、zipfile、tarfile 则处理对应格式的文件。压缩对重复多的文本特别有效，对已经压过的图片往往没用。

import zlib, gzip, io
s = b'witch which has which witches wrist watch ' * 10
print('原始字节数：', len(s))
packed = zlib.compress(s)
print('zlib 压缩后：', len(packed), '| 解压一致：', zlib.decompress(packed) == s)

buf = io.BytesIO()                       # 拿内存当文件用，不落盘
with gzip.GzipFile(fileobj=buf, mode='wb') as f:
    f.write(s)
print('gzip 写出字节数：', len(buf.getvalue()))

10.10 性能测量

「谁更快」别靠掐表感觉，用 timeit：它会把代码重复跑很多次取稳定耗时，自动关掉垃圾回收以减少干扰。命令行里也能直接 python -m timeit "..."。

import timeit
print('列表推导：', round(timeit.timeit('[x**2 for x in range(100)]', number=1000), 4))
print('生成器转 list：', round(timeit.timeit('list(x**2 for x in range(100))', number=1000), 4))
print('重复 3 轮取最好：',
      [round(t, 4) for t in timeit.repeat('sum(range(100))', number=1000, repeat=3)])

timeit.timeit 的第二个可选项是 setup 字符串，用来放「不计入计时」的准备工作（比如 import）。

10.11 质量控制

doctest 把文档字符串里 >>> 后面的「交互式示例」当成测试用例跑；unittest 则是标准库自带的完整测试框架，用类组织用例、assert* 系列方法断言。写小函数时 doctest 最省事，项目成型后上 unittest。

import doctest

def average(values):
    """返回算术平均值。
    >>> average([20, 30, 70])
    40.0
    >>> average([1, 2, 3, 4])
    2.5
    """
    return sum(values) / len(values)

print('doctest：', doctest.testmod(verbose=False))   # TestResults(failed=0, attempted=2)

import unittest
class TestAverage(unittest.TestCase):
    def test_ints(self):
        self.assertEqual(average([20, 30, 70]), 40.0)
    def test_empty(self):
        with self.assertRaises(ZeroDivisionError):
            average([])

suite = unittest.defaultTestLoader.loadTestsFromTestCase(TestAverage)
result = unittest.TextTestRunner(verbosity=0).run(suite)
print('共跑', result.testsRun, '个用例，失败', len(result.failures))

村长划重点：doctest 的 >>> 后面必须留一个空格，期望输出要另起一行且顶格，差一个空格就匹配不上。另一个坑是浮点数：别写 >>> 0.1 + 0.2 然后期望 0.3，二进制浮点根本不等于它，doctest 会稳稳地失败。

10.12 电池已包含

「Batteries Included」是 Python 的一句老口号：装好解释器，JSON、CSV、SQLite 数据库、HTTP 服务、小数运算、路径处理……全都自带，不用额外装任何东西。官方用这一节收尾，意思是「动手写之前先翻翻标准库索引」。

import json, sqlite3, csv, io
print(json.dumps({'教程': '不好奇编程'}, ensure_ascii=False))
con = sqlite3.connect(':memory:')                 # 内存数据库，开箱即用
con.execute('create table t (name text)')
con.execute('insert into t values (?)', ('村长',))
print('SQLite 查出来：', con.execute('select * from t').fetchall())
buf = io.StringIO()
csv.writer(buf).writerow(['名字', '章节'])
print('CSV 拼好：', repr(buf.getvalue()))

标准库不是「什么都最好」，第三方库在性能和体验上常常更强；但「不用装、不用管依赖、跟着 Python 版本走」这三点，让它永远是第一选择。

本章小结

• os 管系统与路径（拼路径用 os.path.join），shutil 管文件搬运；glob 按通配符筛文件名。
• sys.argv[0] 是脚本名、参数从 1 开始；sys.stderr 与 sys.stdout 分流，sys.exit() 抛 SystemExit 终止程序。
• re 用原始字符串写模式；数学三兄弟 math / random / statistics 分工明确；datetime 配 timedelta 做日期加减。
• zlib / gzip 做压缩，timeit 客观比性能，doctest 与 unittest 把示例和断言变成自动测试。
• 「电池已包含」是选型的默认答案：JSON、CSV、SQLite 等随解释器自带，造轮子前先查标准库。