Python标准库概览：常用模块深度解析

引言

Python作为一门"内置电池"（Batteries Included）的语言，其标准库提供了丰富的功能模块，覆盖了文件操作、系统交互、数据处理、网络编程等各个领域。掌握这些标准库模块是成为Python高手的关键一步。本文将深入解析Python标准库中最常用、最核心的模块，通过代码示例、对比表格和UML类图，带你全面了解这些"内置电池"的强大功能。

一、Python标准库概述

Python标准库是随Python解释器一起安装的一组模块集合，无需额外安装即可使用。截至Python 3.10，标准库包含了超过200个模块，可分为以下几大类：

1. 内置函数和异常：如builtins、exceptions
2. 文件与目录访问：如os、io、shutil
3. 数据持久化：如pickle、sqlite3
4. 数据压缩与归档：如zipfile、gzip
5. 时间与日期：如time、datetime
6. 数学运算：如math、random
7. 网络编程：如socket、urllib
8. 并发编程：如threading、multiprocessing
9. 开发工具：如unittest、pdb

二、核心模块深度解析

2.1 文件系统操作模块：os与pathlib

2.1.1 os模块

os模块提供了丰富的操作系统接口：

import os

# 获取当前工作目录
current_dir = os.getcwd()
print(f"当前目录: {
     current_dir}")

# 列出目录内容
print(os.listdir('.'))

# 创建/删除目录
os.makedirs('temp/sub', exist_ok=True)
os.removedirs('temp/sub')

# 路径拼接
file_path = os.path.join('data', 'files', 'test.txt')
print(f"文件路径: {
     file_path}")

2.1.2 pathlib模块（Python 3.4+）

pathlib提供了面向对象的路径操作方式：

from pathlib import Path

# 创建Path对象
p = Path('data/files/test.txt')

# 获取父目录
print(p.parent)  # data/files

# 检查路径是否存在
print(p.exists())

# 创建目录
p.parent.mkdir(parents=True, exist_ok=True)

# 写入文件
p.write_text('Hello, Pathlib!')
print(p.read_text())

os与pathlib对比：

特性	os模块	pathlib模块
编程风格	函数式	面向对象
路径拼接	os.path.join	/运算符重载
跨平台性	需要处理差异	自动处理平台差异
代码可读性	一般	更好
功能完整性	更全面	较新，功能不断完善
适用版本	所有Python版本	Python 3.4+

2.2 日期时间处理：datetime模块

datetime模块提供了日期时间处理的完整解决方案：

from datetime import datetime, timedelta, timezone

# 获取当前时间
now = datetime.now()
print(f"当前时间: {
     now}")

# 特定时区时间
tz_beijing = timezone(timedelta(hours=8))
bj_time = datetime.now(tz_beijing)
print(f"北京时间: {
     bj_time}")

# 时间运算
tomorrow = now + timedelta(days=1)
print(f"明天此时: {
     tomorrow}")

# 时间格式化
print(now.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')