Python 包管理¶
定义¶
与其他主流编程语言类似，Python 也有将代码组织成模块的机制，即所谓的包 （Package）。
包本质上是一个包含 __init__.py 文件和一个或多个 Python 文件，即模块（Module）的文件夹。
Note
这里注意不要将模块与包的概念混淆，二者的关系可简单理解为，模块是包的组件。
包也可以嵌套组织，即一个包中可以包含另一个包。
Example
.
├── package_a # 包
│ ├── __init__.py
│ ├── module_a.py # 模块
│ └── package_a_1 # 子包
│ ├── __init__.py
│ └── module_a_1.py # 模块
└── package_b # 包
├── __init__.py
├── module_b.py # 模块
└── package_b_1 # 子包
├── __init__.py
└── module_b_1.py # 模块
包管理机制¶
Python包管理机制有着一套完整的体系，用于组织、分发、安装和管理第三方代码库。其包括包的导入系统（import机制）、包索引仓库（如PyPI）、包管理工具（如pip、uv）和虚拟环境管理。
Python包管理机制通过四层架构解决代码分发问题：
┌─────────────────────────┐
│ 应用层：import语句 ← 开发者视角
├─────────────────────────┤
│ 工具层：pip/uv/poetry ← 包管理器
├─────────────────────────┤
│ 仓库层：PyPI/镜像源 ← 中心化存储
├─────────────────────────┤
│ 存储层：site-packages ← 本地文件系统
└─────────────────────────┘
导入包与模块¶
Python 的包管理机制主要通过 import 语句来实现。常用的导入形式有两种：import 和 from ... import ...。
Example
import math
math.sqrt(25)
from math import sqrt
sqrt(25)
也可使用 as 关键字给导入的模块或函数起别名，这在导入具有冗长名称的模块或函数时非常有用：
Example
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
x = np.linspace(0, 10, 100)
y = np.sin(x)
plt.plot([1, 2, 3, 4])
plt.show()
包索引仓库¶
Python 的包索引仓库是一个中心化的存储库，用于存储和分发 Python 包。
Info
中心化存储有个比较致命的问题，就是一旦中心化存储失效或遭受恶意攻击，那么所有的包都将不可用或存在被恶意篡改的风险。如2022年的ctx恶意包事件
因此现在 PyPI 官方采用了十分严格的验证机制，强制要求开发者使用2FA (Two-Factor Authentication, 两步验证)进行身份验证。
包管理工具¶
包管理工具用于管理项目的依赖项，包括安装、升级、卸载等操作。我目前主要使用的是Astral uv。
uv
uv 是astral-sh开发的一个高性能的 Python 包管理工具，其设计理念与cargo十分相似。有意思的是， uv 本身也是用 Rust 写的。同时，uv 的目标是成为"Python 的 Cargo"，其提供了十分强大的项目依赖管理与虚拟环境管理功能，并且其性能也得到了广泛的认可。
虚拟环境管理¶
虚拟环境是包管理的核心机制之一，能解决依赖冲突问题。这里我同样主要使用 Astral uv 进行虚拟环境管理。