使用Scratch编写画笔类应用时，我们必须打开Scratch的“选择扩展”窗口，除了画笔，还有音乐、视频侦测、乐高机器人等：
你可以根据需要把扩展加载到Scratch的积木中，就可以调用它们提供的积木了：
Python中我们是怎么实现“扩展”的呢？回顾前面我们调用小海龟绘制图形的程序：
import turtle
turtle.shape('turtle')
turtle.forward(100)
turtle.done()第一行import turtle 就是加载了Python的小海龟画笔“扩展”，不过在Python中，这种功能扩展称为库。Python库是包括相关功能的模块集合。所以我们先来了解自定义模块。
一、模块定义和使用
一个模块就是一个Python文件，也就是说，我们以前建立一个Python文件的时候，其实就是建立一个独立的模块，只不过还没有意识到它可以被其它文件调用而已。
例如：
def add(a, b):
return a+b
def sub(a, b):
return a-b现在，把这个程序保存成mod_1.py，它就成了一个模块。现在，另外建立一个python文件：
import mod_1
print(mod_1.add(1,2))把这个文件保存成mod_2.py，并且要注意和mod_1.py保存到一个目录。现在运行mod_2.py，你会发现输出了1和2相加的结果3。mod_2并没有实现加法，它是调用了mod1中的add()函数实现的。你可能会觉得，这么简单的代码我为什么非要写到两个文件中呢？首先，这只是一个示例，我们不能写得太复杂；其次，只要这段代码是具有通用价值，可以被其它模块调用的，我们就可以把它们放在单独的模块中，减少以后编写同样代码的工作量，也可以让程序结构更清晰，这和自定义函数是一个道理。
其实，你不妨把自定义模块理解为“自定义函数”和“自定义数据”的集合，都是为了方便重复使用它们，让我们以后的编程更方便。
现在我们总结一下导入模块的方法。一般来说 ，导入模块的方式有两种： – 全部导入：import + 文件名，导入模块所有内容，使用时要指定使用哪个模块的哪个部分。前面我们导入mod_1的方式就是如此。如果模块名字很长，你还可以使用as关键字，给导入的模块起一个别名，在程序中直接使用别名就可以了：
import mod_1 as m1
print(m1.add(1,2))- 部分导入：from + 模块名 + import + 函数名，可以只导入这个模块的指定函数。这样在程序中可以直接使用函数名，不需要在前面加模块名，比如：
from mod_1 import add
print(add(1,2))这段程序，我们从mod_1模块导入了add这一个函数。你也可以写成 from mod_1 import * 代表导入mod_1的全部函数，这样代码就可以直接调用导入的函数，不用写模块名。
表面上看，这样不写模块名似乎更简单，但是这种方法有一个缺点，就是代码一长，导入的模块和函数多，你可能不知道这个函数是从哪来的。相比之下，还是带上模块名更易理解一些。除非模块太大，否则不建议用这种方式导入。
关于导入使用模块，还有两点需要注意： – 自定义模块的命名要遵循Python的命名规范，和变量类似，由英文字母、数字、下划线组成，不要带中文和特殊字符，而且不要与Python自带的模块重名。比如你如果定义一个turtle模块，那么系统自带的turtle功能你就无法使用了； – 使用模块的程序文件和模块文件需要在一个文件夹中，这样才能被成功导入和使用 – 自定义函数一个模块在程序中只需要导入一次 – 如果你不知道一个模块中有哪些函数，可以使用内置函数dir()，比如你可以这么查看mod_1模块的所有函数：
import mod_1
print(dir(mod_1))运行结果：
你可以看到print打印出来一个列表，列表中最后两项add、sub就是我们定义的函数。那么前面那些’builtins‘之类的是什么呢？这种用两个下划线’__’ 包括起来的内容是Python自动生成的，目前我们先不用管它们，将来会用到的时候再讲。
二、Python库
什么是“库”呢？库就是具有相关功能的模块集合。Python库分为两种，一种是“标准库”，就是安装Python的时候已经安装在系统中的，我们可以直接用import导入它们使用（和导入自定义模块的方法是一样的）；另一种就是全世界许许多多的程序员开发的不同功能的“库”，我们称为“第三方库”，它们需要安装到系统中才可以使用。
前面我们使用过的turtle库就是绘图相关的模块集合。今天我们再来学一个标准库random，它是Python提供随机数相关功能的库（你是否想起了Scratch提供的“在…和…之间取随机数”指令？），random的主要应用场景包括两种：
1、生成随机数
导入random库之后，我们可以调用它的random函数生成一个0-1之间的浮点数n（小数），注意0<=n<1。如果要生成随机的整数，可以使用randint()函数，它接收两个参数a、b，返回a和b之间的随机整数（包括a、b这两个值）。例如：
import random # 导入random库，也可以称为random模块
a = random.random() # 注意第一个random是模块名，第二个random是这个模块下的函数
b = random.randint(5,10)
print(a)
print(b)你可以运行这段程序查看一下结果，由于生成的是随机数，所以每次结果可能都不一样。
random库还提供了randrange()函数，它相当于从函数range()生成的序列中随机选取一个数字。因此，这个函数接收的参数和range()函数是一致的，如果只有一个参数，代表结束数值（不包括它本身），起始数值默认为0，步长默认为1；接收两个参数时代表起始数值和结束数值，步长默认为1；接收三个参数时分别为起始数值、结束数值、步长。例如：
import random
a = random.randrange(10) # 生成0-10（不包括10）序列中的一个随机数字；
b = random.randrange(10,50) # 生成10-50（不包括50）序列中的一个随机数字；
c = random.randrange(10,50,2) # 生成10-50（不包括50），步长为2的序列中的一个随机数字；
print(a)
print(b)
print(c)2、随机选择
你拿出一副扑克牌打乱，让玩家随便“抽”一张，这是玩扑克牌时经常见到的场景。程序中也经常要从一个序列中抽取数据。random库提供了choice()、sample()和shuffle()三个常用的函数。 – choice() choice()函数接收序列型参数，随机返回其中的一个元素。比如从列表或元组中抽一个元素，或者从字符串中随机选一个字符等：
import random
list1 = ['关羽','张飞','赵云','黄忠','魏延']
print(random.choice(list1)) # 打印五个英雄中一位的名字- sample() sample()函数从序列或集合中随机抽取若干个元素，并以列表的形式返回。它接收两个参数，第一个是要抽取的序列，第二个是要抽取的元素个数。例如：
import random
list1 = ['关羽','张飞','赵云','黄忠','魏延']
print(random.sample(list1,2)) # 抽取两位英雄名字并打印- shuffle() shuffle是英语“洗牌”的意思，所以shuffle()函数的作用就是把列表中的元素顺序打乱随机排列。比如：
import random
list1 = ['关羽','张飞','赵云','黄忠','魏延']
random.shuffle(list1)
print(list1) # 输出打乱顺序后的列表有了random库的帮助，我们就能实现许多生动有趣的场景了。
三、模块化编程
前面我们已经了解了自定义模块和库，我们再来了解一下广义的“模块”概念。Python中的“模块”就是一个.py文件，实际上，从广义上讲，“模块”是某个事物的一部分。如果某个事物可以被容易地分解成多个部分，我们就说这个事物是可以模块化的。比如我们在玩乐高积木的时候，可以轻易地把不同的积木组合成自己需要的玩具； 同样也可以把它们再拆开组装别的玩具。
“模块化”对我们编程有什么借鉴呢？我们可以把一个大的程序分成几个模块，一个模块中只实现相关的功能函数，这样就是“模块化”编程。“模块化编程”有许多好处： – 让程序结构更清晰，降低编程的复杂度； – 提高代码的复用率。复用就是“重复利用”的意思，下次再编写其它程序的时候，如果现在的模块中有可以重复利用的，直接调用现成的模块就可以，减少了工作量； – 易于扩展和维护程序，也方便阅读、修改和优化代码。
那么怎样做到“模块化”编程呢？我们都知道遇到一个复杂问题时，会采用“分布治之”的思路，把大的问题拆分成小的问题去解决。那么在编程时，我们也可以采用“自顶向下、逐层分解”的方式——先从整体上规划整个系统的功能、性能，然后把程序进行划分，分解成规模较小、功能较为简单的模块，并确定这些模块之间的调用功能——这其实就是“系统架构师”的工作。在大的软件项目中，有专门的系统架构师去完成这些工作，把程序分成小模块分给不同的人编写；我们自己写程序时，只好辛苦一点，又做架构师，又做程序员啦。
模块化编程不是随便模块化的，它有一定的原则，最基本的就是模块内部“高内聚”，模块之间“低耦合”。 – 高内聚：划分模块时把联系紧密的功能放到一个模块中；每个模块只完成单独的功能。 – 低耦合：模块之间要相互独立，除了主程序之外，减少模块之间的相同协助和影响。 “高内聚、低耦合”这两个概念你需要记下来，随着你编程水平的不断提高，你对这两个词语的内涵理解会越来越深入。现在就只需要知道，把相关的放一块，不相关的不要相互影响就可以了。比如，一个模块专门用来做数学计算，那就不要把绘图的函数放进去。 一般来说，模块的内聚程度越高，耦合程度就越低，它们是相互作用的。
四、模块化编程实践
我们用一个实际的例子来讲述“模块化编程”。要求用程序绘制如图所示的蓝色背景，背景上要画出用户指定数量的星星（位置随机分布），你会如何解决问题：
实际上，你可以把这个问题分成几个小问题： – 1、绘制一颗指定颜色和大小的星星 – 2、随机生成星星的位置 – 3、绘制指定数量的随机星星 – 4、用户输入星星数量
第一、二、三个问题我们都可以写成自定义函数，放在单独的文件draw_star.py中：
# draw_star.py
import random
import turtle as t
# 画出指定颜色和大小的星星
def draw_single_star(color, size):
t.color(color,color) # 设置画笔色和填充色
t.pendown()
t.setheading(random.randint(0,360)) # 设置画笔面向的方向
t.begin_fill() # 使用begin_fill()方法开始颜色填充
for i in range(5):
t.forward(size)
t.left(72)
t.forward(size)
t.right(144)
t.end_fill() # 使用end_fill()方法结束颜色填充
# 将小海龟移到随机位置
def change_location():
t.penup()
x = random.randint(-400, 400) # 使用random库生成随机的整数x坐标
y = random.randint(-300, 300) # 使用random库生成随机的整数y坐标
t.goto(x, y)
# 画指定数量的星星
def draw(cnt):
t.bgcolor('darkblue') # 这是turtle库提供的修改背影色函数
for i in range(cnt):
change_location()
color = random.choice(['red', 'yellow', 'green', 'white'])
size = random.randint(5, 15)
draw_single_star(color, size)
t.done()绘图的功能基本都实现了，我们再做一个主程序draw_pic.py，导入draw_star模块，实现绘图：
import draw_star
# 这里使用了一个无限循环，如果用户输入的不是整数，转换会出错，捕获异常要求重新输入
# 用户输入了整数，使用break跳出循环，执行后面的程序
while True:
try:
a = int(input('要画多少个星星？'))
if a > 0:
break
except:
print('请输入整数')
draw_star.draw(a)当然，其实我们现在写的程序功能还是比较简单的，所以模块的代码都不多。程序规模越大，你越能体会到“模块化编程”的好处。
五、课后作业
完成本节课的“绘制星星”程序，并按照你的想法进行完善。
