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# 序列化相关模块
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将原本的字典、列表等内容转换成一个字符串的过程就叫做**序列化**
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**序列化的目的**
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1. 以某种存储形式使自定义对象持久化；
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2. 将对象从一个地方传递到另一个地方。
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3. 使程序更具维护性。
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<img src="./01.常用模块/image-20241018165407028.png" alt="image-20241018165407028" style="zoom: 80%;" />
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python可序列化的数据类型，序列化出来之后的结果如下:
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| Python | JSON |
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| ---------- | ------ |
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| dict | object |
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| list,tuple | array |
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| str | string |
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| int,float | number |
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| True | true |
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| False | false |
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| None | null |
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## json模块
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Python 的 `json` 模块用于处理 JSON（JavaScript Object Notation）数据格式。JSON 是一种轻量级的数据交换格式，易于人类阅读和编写，同时也易于机器解析和生成。`json` 模块提供了简单的方法来编码（序列化）和解码（反序列化）JSON数据。
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### 常用功能
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1. **序列化**：将 Python 数据类型转换为 JSON 格式。
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2. **反序列化**：将 JSON 格式的数据转换为 Python 数据类型。
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### 基本用法
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1. **导入模块**
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首先需要导入 `json` 模块：
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```python
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import json
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```
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2. **序列化 Python 对象为 JSON 字符串**
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使用 `json.dumps()` 方法将 Python 对象转换为 JSON 字符串。
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```python
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data = {
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"name": "Alice",
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"age": 30,
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"is_student": False,
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"courses": ["Math", "Science"]
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}
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json_string = json.dumps(data)
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print(json_string)
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```
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输出：
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```json
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{"name": "Alice", "age": 30, "is_student": false, "courses": ["Math", "Science"]}
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```
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3. **反序列化 JSON 字符串为 Python 对象**
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使用 `json.loads()` 方法将 JSON 字符串转换为 Python 对象。
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```python
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json_string = '{"name": "Alice", "age": 30, "is_student": false, "courses": ["Math", "Science"]}'
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data = json.loads(json_string)
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print(data)
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print(data['name']) # 访问字典中的值
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```
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输出：
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```json
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{'name': 'Alice', 'age': 30, 'is_student': False, 'courses': ['Math', 'Science']}
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Alice
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```
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4. **从文件读取 JSON 数据**
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使用 `json.load()` 方法从文件中读取 JSON 数据并转换为 Python 对象。
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```python
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# 假设 json_data.json 文件内容是上面的 JSON 字符串
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with open('json_data.json', 'r') as file:
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data = json.load(file)
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print(data)
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```
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5. **将 Python 对象写入 JSON 文件**
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使用 `json.dump()` 方法将 Python 对象写入 JSON 文件。
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```python
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data = {
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"name": "Bob",
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"age": 25,
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"is_student": True,
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"courses": ["English", "History"]
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}
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with open('output.json', 'w') as file:
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json.dump(data, file)
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```
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### 自定义序列化
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可以通过自定义函数来处理复杂对象。
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| 属性名 | 描述 |
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| :----------- | :----------------------------------------------------------- |
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| Skipkeys | 1,默认值是False，如果dict的keys内的数据不是python的基本类型,2,设置为False时，就会报TypeError的错误。此时设置成True，则会跳过这类key，3,当它为True的时候，所有非ASCII码字符显示为\uXXXX序列，只需在dump时将ensure_ascii设置为False即可，此时存入json的中文即可正常显示。 |
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| indent | 是一个非负的整型，如果是0就是顶格分行显示，如果为空就是一行最紧凑显示，否则会换行且按照indent的数值显示前面的空白分行显示，这样打印出来的json数据也叫pretty-printed json |
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| ensure_ascii | 当它为True的时候，所有非ASCII码字符显示为\uXXXX序列，只需在dump时将ensure_ascii设置为False即可，此时存入json的中文即可正常显示。 |
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| separators | 分隔符，实际上是(item_separator, dict_separator)的一个元组，默认的就是(‘,’,’:’)；这表示dictionary内keys之间用“,”隔开，而KEY和value之间用“：”隔开。 |
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| sort_keys | 将数据根据keys的值进行排序 |
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```python
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import json
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data = {'name': 'Alice', 'age': 30, 'is_student': False, 'courses': ['Math', 'Science']}
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json_dic2 = json.dumps(data,sort_keys=True,indent=2,separators=(',',':'),ensure_ascii=False)
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print(json_dic2)
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```
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输出：
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```json
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{
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"age":30,
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"courses":[
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"Math",
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"Science"
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],
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"is_student":false,
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"name":"Alice"
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}
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```
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## hashlib模块
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Python 的 `hashlib` 模块提供了多种安全哈希和消息摘要算法的接口。这些算法用于生成数据的唯一哈希值，广泛应用于数据完整性校验、密码存储和数字签名等领域。
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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）。
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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。
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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。
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`hashlib` 支持多种哈希算法，包括：
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- MD5
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- SHA-1
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- SHA-224
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- SHA-256
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- SHA-384
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- SHA-512
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- BLAKE2
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### 基本用法
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1. **导入模块**
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首先需要导入 `hashlib` 模块：
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```python
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import hashlib
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```
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2. **创建哈希对象**
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可以使用不同的算法创建哈希对象。以下是一些常见算法的示例：
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```python
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# 创建一个 SHA-256 哈希对象
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sha256_hash = hashlib.sha256()
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# 创建一个 MD5 哈希对象
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md5_hash = hashlib.md5()
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```
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3. **更新哈希对象**
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使用 `update()` 方法将数据传递给哈希对象。可以多次调用 `update()` 方法以添加更多数据。
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```python
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data = b"Hello, World!"
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sha256_hash.update(data)
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md5_hash.update(data)
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```
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4. **获取哈希值**
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使用 `hexdigest()` 方法获取哈希值的十六进制字符串表示。
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```python
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sha256_digest = sha256_hash.hexdigest()
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md5_digest = md5_hash.hexdigest()
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print("SHA-256:", sha256_digest)
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print("MD5:", md5_digest)
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```
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### 完整示例
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以下是一个完整的示例，展示了如何使用 `hashlib` 模块：
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```python
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import hashlib
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# 要哈希的数据
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data = b"Hello, World!"
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# 使用 SHA-256 算法
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sha256_hash = hashlib.sha256()
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sha256_hash.update(data)
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print("SHA-256:", sha256_hash.hexdigest())
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# 使用 MD5 算法
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md5_hash = hashlib.md5()
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md5_hash.update(data)
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print("MD5:", md5_hash.hexdigest())
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# 使用 SHA-512 算法
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sha512_hash = hashlib.sha512()
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sha512_hash.update(data)
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print("SHA-512:", sha512_hash.hexdigest())
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```
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### 注意事项
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1. **不可逆性**：哈希函数是不可逆的，意味着无法从哈希值恢复原始数据。
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2. **碰撞**：不同的输入可能生成相同的哈希值（称为碰撞），但现代的哈希算法力求使碰撞的概率尽量低。
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3. **安全性**：对于密码存储，建议使用更安全的哈希算法（如 SHA-256 或更高版本）和适当的盐值（salt）来增强安全性。
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### 使用场景
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- **数据完整性**：用于验证文件或数据在传输过程中未被篡改。
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- **密码存储**：将用户密码的哈希值存储在数据库中，而不是明文密码。
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- **数字签名**：用于创建数字签名，确保数据来源的可靠性。
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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
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```sql
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name | password
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--------+----------
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michael | 123456
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bob | abc999
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alice | alice2008
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```
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如果使用md5来将保护密码那么就是这样
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```sql
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username | password
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---------+---------------------------------
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michael | e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e
|
||
bob | 878ef96e86145580c38c87f0410ad153
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alice | 99b1c2188db85afee403b1536010c2c9
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```
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有很多md5撞库工具，可以轻松的将简单密码给碰撞出来
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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”
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# 时间相关的模块
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## time模块
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常用方法
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- time.sleep(secs)
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- (线程)推迟指定的时间运行。单位为秒。
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- time.time()
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- 获取当前时间戳
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表示时间的三种方式
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在Python中，通常有这三种方式来表示时间：时间戳、结构化的时间(struct_time)、格式化的时间字符串(Format String)：
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1. **时间戳**(timestamp) ：通常来说，时间戳表示的是从1970年1月1日00:00:00开始按秒计算的偏移量。我们运行“type(time.time())”，返回的是float类型。
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2. 格式化的时间字符串(Format String)： ‘1999-12-06’
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| %y | 两位数的年份表示（00-99） |
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| ---- | :---------------------------------------- |
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| %Y | 四位数的年份表示（000-9999） |
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| %m | 月份（01-12） |
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| %d | 月内中的一天（0-31） |
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| %H | 24小时制小时数（0-23） |
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| %I | 12小时制小时数（01-12） |
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| %M | 分钟数（00=59） |
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| %S | 秒（00-59） |
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| %a | 本地简化星期名称 |
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| %A | 本地完整星期名称 |
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| %b | 本地简化的月份名称 |
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| %B | 本地完整的月份名称 |
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| %c | 本地相应的日期表示和时间表示 |
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| %j | 年内的一天（001-366） |
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| %p | 本地A.M.或P.M.的等价符 |
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| %U | 一年中的星期数（00-53）星期天为星期的开始 |
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| %w | 星期（0-6），星期天为星期的开始 |
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| %W | 一年中的星期数（00-53）星期一为星期的开始 |
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| %x | 本地相应的日期表示 |
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| %X | 本地相应的时间表示 |
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| %Z | 当前时区的名称 |
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| %% | %号本身 |
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3. 结构化时间(struct_time) ：struct_time结构化时间共有9个元素共九个元素:(年，月，日，时，分，秒，一年中第几周，一年中第几天等）
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| 索引（Index） | 属性（Attribute） | 值（Values） |
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| :------------ | :------------------------ | :----------------- |
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| 0 | tm_year（年） | 比如2011 |
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| 1 | tm_mon（月） | 1月12日 |
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| 2 | tm_mday（日） | 1月31日 |
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| 3 | tm_hour（时） | 0 - 23 |
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| 4 | tm_min（分） | 0 - 59 |
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| 5 | tm_sec（秒） | 0 - 60 |
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| 6 | tm_wday（weekday） | 0 - 6（0表示周一） |
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| 7 | tm_yday（一年中的第几天） | 1 - 366 |
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| 8 | tm_isdst（是否是夏令时） | 默认为0 |
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||
```python
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import time
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||
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||
# 第一种时间格式，时间戳的形式
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||
print(time.time())
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||
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||
# 第二种时间格式，格式化的时间
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print(time.strftime('%Y-%m-%d %X'))
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||
print(time.strftime('%Y-%m-%d %H-%M-%S'))
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||
# 第三种时间格式，结构化的时间，是一个元组
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print(time.localtime())
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||
```
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小结：时间戳是计算机能够识别的时间；时间字符串是人能够看懂的时间；结构化时间则是用来操作时间的
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||
**几种格式之间的转换**
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<img src="./01.常用模块/987936105.png" alt="img" style="zoom:80%;" />
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||
```python
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||
import time
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||
|
||
# 格式化时间 ----> 结构化时间
|
||
ft = time.strftime('%Y/%m/%d %H:%M:%S')
|
||
st = time.strptime(ft,'%Y/%m/%d %H:%M:%S')
|
||
print(st)
|
||
# 结构化时间 ---> 时间戳
|
||
t = time.mktime(st)
|
||
print(t)
|
||
|
||
# 时间戳 ----> 结构化时间
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||
t = time.time()
|
||
st = time.localtime(t)
|
||
print(st)
|
||
# 结构化时间 ---> 格式化时间
|
||
ft = time.strftime('%Y/%m/%d %H:%M:%S',st)
|
||
print(ft)
|
||
```
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||
|
||
<img src="./01.常用模块/838049513.png" alt="img" style="zoom:80%;" />
|
||
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||
```python
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||
import time
|
||
|
||
#结构化时间 --> %a %b %d %H:%M:%S %Y串
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||
#time.asctime(结构化时间) 如果不传参数，直接返回当前时间的格式化串
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||
print(time.asctime(time.localtime(1550312090.4021888)))
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||
|
||
#时间戳 --> %a %d %d %H:%M:%S %Y串
|
||
#time.ctime(时间戳) 如果不传参数，直接返回当前时间的格式化串
|
||
print(time.ctime(1550312090.4021888))
|
||
```
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||
|
||
计算时间差
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||
|
||
```python
|
||
import time
|
||
|
||
start_time=time.mktime(time.strptime('2017-09-11 08:30:00','%Y-%m-%d %H:%M:%S'))
|
||
end_time=time.mktime(time.strptime('2024-10-12 11:00:50','%Y-%m-%d %H:%M:%S'))
|
||
dif_time=end_time-start_time
|
||
struct_time=time.gmtime(dif_time)
|
||
print('过去了%d年%d月%d天%d小时%d分钟%d秒'%(struct_time.tm_year-1970,struct_time.tm_mon-1,
|
||
struct_time.tm_mday-1,struct_time.tm_hour,
|
||
struct_time.tm_min,struct_time.tm_sec))
|
||
```
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||
|
||
## datatime模块
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||
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||
某些情况下，我们需要写一个定时的任务，比如几分钟后，几分钟前，这种情况下，用time模块就不太好操作。这个时候我们需要datatime模块来完成这个操作
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||
```python
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||
# datatime模块
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||
import datetime
|
||
now_time = datetime.datetime.now() # 现在的时间
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||
# 只能调整的字段：weeks days hours minutes seconds
|
||
print(datetime.datetime.now() + datetime.timedelta(weeks=3)) # 三周后
|
||
print(datetime.datetime.now() + datetime.timedelta(weeks=-3)) # 三周前
|
||
print(datetime.datetime.now() + datetime.timedelta(days=-3)) # 三天前
|
||
print(datetime.datetime.now() + datetime.timedelta(days=3)) # 三天后
|
||
print(datetime.datetime.now() + datetime.timedelta(hours=5)) # 5小时后
|
||
print(datetime.datetime.now() + datetime.timedelta(hours=-5)) # 5小时前
|
||
print(datetime.datetime.now() + datetime.timedelta(minutes=-15)) # 15分钟前
|
||
print(datetime.datetime.now() + datetime.timedelta(minutes=15)) # 15分钟后
|
||
print(datetime.datetime.now() + datetime.timedelta(seconds=-70)) # 70秒前
|
||
print(datetime.datetime.now() + datetime.timedelta(seconds=70)) # 70秒后
|
||
|
||
current_time = datetime.datetime.now()
|
||
# 可直接调整到指定的 年 月 日 时 分 秒 等
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print(current_time.replace(year=1977)) # 直接调整到1977年
|
||
print(current_time.replace(month=1)) # 直接调整到1月份
|
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print(current_time.replace(year=1989,month=4,day=25)) # 1989-04-25 18:49:05.898601
|
||
|
||
# 将时间戳转化成时间
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||
print(datetime.date.fromtimestamp(1232132131)) # 2009-01-17
|
||
```
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||
# random模块
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||
|
||
用来生成随机数模块
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||
```python
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||
import random
|
||
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||
print(random.random()) # 大于0且小于1之间的小数
|
||
print(random.uniform(1,3)) # 大于1小于3的小数
|
||
|
||
print(random.randint(1,5)) # 大于等于1且小于等于5之间的整数
|
||
print(random.randrange(1,10,2)) # 大于等于1且小于10之间的奇数
|
||
|
||
ret = random.choice([1,'23',[4,5]]) # 1或者23或者[4,5]
|
||
print(ret)
|
||
|
||
a,b = random.sample([1,'23',[4,5]],2) # 列表元素任意2个组合
|
||
print(a,b)
|
||
|
||
item = [1,3,5,7,9]
|
||
random.shuffle(item) # 打乱次序
|
||
print(item)
|
||
```
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||
生成随机验证码
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```python
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||
import random
|
||
|
||
def v_code():
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code = ''
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||
for i in range(5):
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num=random.randint(0,9)
|
||
alf=chr(random.randint(65,90))
|
||
add=random.choice([num,alf])
|
||
code="".join([code,str(add)])
|
||
|
||
return code
|
||
|
||
print(v_code())
|
||
```
|
||
|
||
# OS模块
|
||
|
||
os模块是与操作系统交互的一个接口
|
||
|
||
当前执行这个python文件的工作目录相关的**工作路径**
|
||
|
||
| 方法 | 描述 |
|
||
| :------------------ | :----------------------------------------------- |
|
||
| os.getcwd() | 获取当前工作目录，即当前python脚本工作的目录路径 |
|
||
| os.chdir("dirname") | 改变当前脚本工作目录；相当于shell下cd |
|
||
| os.curdir | 返回当前目录: ('.') |
|
||
| os.pardir | 获取当前目录的父目录字符串名：('..') |
|
||
|
||
**文件夹相关**
|
||
|
||
| 方法 | 描述 |
|
||
| :------------------------------- | :----------------------------------------------------------- |
|
||
| os.makedirs('dirname1/dirname2') | 可生成多层递归目录 |
|
||
| os.removedirs('dirname1') | 若目录为空，则删除，并递归到上一级目录，如若也为空，则删除，依此类推 |
|
||
| os.mkdir('dirname') | 生成单级目录；相当于shell中mkdir dirname |
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| os.rmdir('dirname') | 删除单级空目录，若目录不为空则无法删除，报错；相当于shell中rmdir dirname |
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| os.listdir('dirname') | 列出指定目录下的所有文件和子目录，包括隐藏文件，并以列表方式打印 |
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**文件相关**
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| 方法 | 描述 |
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| :----------------------------- | :---------------- |
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| os.remove() | 删除一个文件 |
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| os.rename("oldname","newname") | 重命名文件/目录 |
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| os.stat('path/filename') | 获取文件/目录信息 |
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操作系统差异相关
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| 方法 | 描述 |
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| :--------- | :------------------------------------------------------ |
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| os.sep | 输出操作系统特定的路径分隔符，win下为"\\\",Linux下为"/" |
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| os.linesep | 输出当前平台使用的行终止符，win下为"\t\n",Linux下为"\n" |
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| os.pathsep | 输出用于分割文件路径的字符串 win下为;,Linux下为: |
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| os.name | 输出字符串指示当前使用平台。win->'nt'; Linux->'posix' |
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执**行系统命令相关**
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| 方法 | 描述 |
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| :----------------------------- | :-------------------------- |
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| os.system("bash command") | 运行shell命令，直接显示 |
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| os.popen("bash command).read() | 运行shell命令，获取执行结果 |
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| os.environ | 获取系统环境变量 |
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**path系列，和路径相关**
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| 方法 | 描述 |
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| :---------------------------------- | :----------------------------------------------------------- |
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| os.path.abspath(path) | 返回path规范化的绝对路径 |
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| os.path.split(path) | 将path分割成目录和文件名二元组返回 |
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| os.path.dirname(path) | 返回path的目录。其实就是os.path.split(path)的第一个元素 |
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| os.path.basename(path) | 返回path最后的文件名。如何path以／或\结尾，那么就会返回空值，即os.path.split(path)的第二个元素。 |
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| os.path.exists(path) | 如果path存在，返回True；如果path不存在，返回False |
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| os.path.isabs(path) | 如果path是绝对路径，返回True |
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| os.path.isfile(path) | 如果path是一个存在的文件，返回True。否则返回False |
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| os.path.isdir(path) | 如果path是一个存在的目录，则返回True。否则返回False |
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| os.path.join(path1[, path2[, ...]]) | 将多个路径组合后返回，第一个绝对路径之前的参数将被忽略 |
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| os.path.getatime(path) | 返回path所指向的文件或者目录的最后访问时间 |
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| os.path.getmtime(path) | 返回path所指向的文件或者目录的最后修改时间 |
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| os.path.getsize(path) | 返回path的大小 |
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```python
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import os
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print(os.stat('.\diary.txt')) # 当前目录下的diary文件的信息
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# Output:
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os.stat_result(st_mode=33206, st_ino=36310271995704245, st_dev=2088613962, st_nlink=1, st_uid=0, st_gid=0, st_size=11, st_atime=1725502765, st_mtime=1725502764, st_ctime=1725502759)
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```
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| 方法 | 描述 |
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| :------- | :----------------------------------------------------------- |
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| st_mode | inode 保护模式 |
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| st_ino | inode 节点号 |
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| st_dev | inode 驻留的设备 |
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| st_nlink | inode 的链接数 |
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| st_uid | 所有者的用户ID |
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| st_gid | 所有者的组ID |
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| st_size | 普通文件以字节为单位的大小；包含等待某些特殊文件的数据 |
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| st_atime | 上次访问的时间 |
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| st_mtime | 最后一次修改的时间 |
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| st_ctime | 由操作系统报告的"ctime"。在某些系统上（如Unix）是最新的元数据更改的时间，在其它系统上（如Windows）是创建时间（详细信息参见平台的文档） |
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# sys模块
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sys模块是与python解释器交互的一个接口
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| 方法 | 描述 |
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| :----------- | :----------------------------------------------------- |
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| sys.argv | 命令行参数List，第一个元素是程序本身路径 |
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| sys.exit(n) | 退出程序，正常退出时exit(0),错误退出sys.exit(1) |
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| sys.version | 获取Python解释程序的版本信息 |
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| sys.path | 返回模块的搜索路径，初始化时使用PYTHONPATH环境变量的值 |
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| sys.platform | 返回操作系统平台名称 |
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# shutil模块
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`shutil` 是 Python 的标准库之一，提供了许多高级文件操作，例如复制和移动文件，以及创建和提取压缩文件
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可以理解为高级的文件、文件夹、压缩包处理模块
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## 常用方法
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### 拷贝内容
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```python
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import shutil
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shutil.copyfileobj(open('a.txt','r'),open('a.txt.new','w'))
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```
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### 拷贝文件
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```python
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import shutil
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shutil.copyfile('file.txt','file1.txt') # 目标文件无需存在
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```
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### 拷贝状态信息
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```python
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import shutil
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shutil.copystat('file.txt','file1.txt') # 目标文件必须存在
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```
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### 移动文件
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```python
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import shutil
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# 移动文件或目录
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shutil.move(src_path, dst_path)
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```
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### 删除文件和目录
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```python
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import shutil
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# 删除单个文件
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shutil.rmtree(directory_path) # 删除整个目录树
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shutil.remove(file_path) # 删除单个文件
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```
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### 创建目录
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```python
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import shutil
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# 创建单个目录
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shutil.mkdir(directory_path)
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# 创建嵌套目录
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shutil.makedirs(directory_path)
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```
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### 压缩和解压缩文件
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shutil 对压缩包的处理是调用 ZipFile 和 TarFile 两个模块来进行的
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```python
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import zipfile
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# 压缩
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z = zipfile.ZipFile('ab.zip', 'w')
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z.write('a.txt')
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z.write('b.txt')
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z.close()
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# 解压
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z = zipfile.ZipFile('ab.zip', 'r')
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z.extractall(path=r'C:\Users\Atopos\Desktop')
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z.close()
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```
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```python
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import tarfile
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# 压缩文件
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t = tarfile.open('/tmp/egon.tar','w')
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t.add('/test1/a.py',arcname='a.bak')
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t.add('/test1/b.py',arcname='b.bak')
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||
t.close()
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||
# 解压缩文件
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t = tarfile.open('/tmp/egon.tar','r')
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||
t.extractall('/egon')
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||
t.close()
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```
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