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2022年4月13日

Python的包管理工具pip

当你使用Python来编写程序时，经常会用到别人研发好的库。通常，这些库会由各自的研发人员上传到某个远端服务上，比如PyPi，然后，你作为使用者，则只需要借助pip，就可以将需要用到的库从远端服务拉取到本地计算机（如下图所示）。研发人员将三方库研发出来（图中左边部分），打包分发到Package Index，然后，你会从Package Index拿到三方库（图中右边部分）。其中Package Index是Python官方的包存储服务，全世界的研发者都可以访问，这个服务的背后实际上运行了大量的服务器。除了通过Package Index服务获取三方库之外，你也可以直接下载三方库的安装包（后缀名通常是.whl），然后通过pip install <your-package-name>.whl来安装三方库。

在以后的日子里，你会经常使用pip来安装和卸载各种第三方库，因此，为了让你更加自信地使用pip，这篇文章将从以下几个方面来讲述pip：

pip的基本概念
使用pip来安装requests库
requirements.txt文件
使用pip来卸载requests库

pip的基本概念

pip是Python官方提供的包管理工具，有了它，Python研发人员就可以轻松安装或卸载其他研发人员提供的Python库。包管理工具这个概念被广泛运用在各大编程语言和操作系统，比如：C#使用Nuget来管理第三方库、Ruby使用gem来管理三方库、Node.js使用npm来管理三方库；再比如：Ubuntu操作系统使用apt来管理三方库，而Redhat则使用yum来管理三方库。总之，通过pip，你只需要提供需要用到的三方库名字，就能将指定的三方库安装到本地计算机上。

为了使用pip，你首先需要安装它。一般，如果你使用的是Window或者是Mac操作系统，那么当你安装Python的时候，pip也会随之安装，安装好之后，你只需要执行以下命令，就可以确定pip安装成功：

% pip3 --version

执行完以上命令之后，会得到以下结果：

pip 20.1.1 from /Library/Frameworks/Python.framework/Versions/3.8/lib/python3.8/site-packages/pip (python 3.8)

以上结果说明，我的pip版本是20.1.1。有了以上概念且成功安装上pip之后，接下来，让我们看看如何使用pip来安装requests库。

使用pip来安装requests库

requests库是由其他开发者研发的三方库，它的源代码在这里，但是，我们一般会直接看它的官方使用文档。简单来说，requests是一个关于网络请求的三方库，它能够提供友好的程序接口来收发HTTP请求，关于HTTP请求的相关内容，你可以参考这篇文章。

通常，你只需要执行以下指令，就能轻松地将requests库安装到你本地计算机：

pip3 install requests

以上指令会到PyPi上获取最新的requests库，然后将其安装到你的本地计算机。安装成功之后，你可以执行以下指令来查看你的本地计算机都安装了哪些三方库：

pip3 list

输出结果：

Package                                           Version
------------------------------------------------- ---------
alipay-sdk-python                                 3.3.398
ansible                                           4.5.0
...
readme-renderer                                   27.0
requests                                          2.24.0
xlrd                                              2.0.1
XlsxWriter                                        1.3.7
youtube-dl                                        2021.4.26

你可以看到，我的电脑上已经安装了requests库，而且它的版本号是2.24.0。当然，你也可以执行以下指令，单独显示requests的信息：

pip3 show requests

输出结果，如下所示：

Name: requests
Version: 2.24.0
Summary: Python HTTP for Humans.
Home-page: https://requests.readthedocs.io
Author: Kenneth Reitz
Author-email: me@kennethreitz.org
License: Apache 2.0
Location: /Library/Frameworks/Python.framework/Versions/3.8/lib/python3.8/site-packages
Requires: certifi, urllib3, idna, chardet
Required-by: twine, requests-toolbelt

输出结果不仅包含了它的版本号，而且还包含了其它信息，其中，Requires和Required-by两处信息分别告诉你requests依赖于哪些库（certifi, urllib3, idna, chardet），以及哪些库（twine, requests-toolbelt）依赖于requests。当你要卸载requests库的时候，这2处信息会用到。因此，当你安装requests的时候，其它库certifi、urllib3、idna、chardet也会被安装，因为requests依赖它们。

现在，你已经安装了requests库，那么让我们看看如何使用它。打开命令行，输入以下指令并回车进入可交互的Python解释器：

python3

首先，输入以下指令，导入requests库:

import requests

关于import的知识，你可以参考这篇文章。接下来，你可以通过以下指令来获取digolds.cn页面：

requests.get('https://digolds.cn')

到目前为止，你已经学习了如何使用pip来安装三方库了，你也可以使用同样的方式来安装其它库。比如：你可以使用以下指令来依次安装多个三方库：

pip3 install digwebs requests

对于依赖三方库较少的项目，以上做法是没问题的，但是，如果你编写的Python程序依赖10几个三方库时，那么，以上方法就会让你失去效率，而且，当你依赖某个特定版本的三方库时，以上方式也非常容易出错。那么为了解决依赖多个三方库以及特定版本的问题，pip引入了requirements概念。接下来，让我们看看它是如何解决上述问题的。

requirements.txt文件

pip允许你将依赖的三方库和它的版本写到文件里，通常这个文件就是requirements.txt，它的格式如下所示：

alipay-sdk-python==3.3.398
ansible==4.5.0
pytz==2020.5
PyYAML==5.4.1
readme-renderer==27.0
requests==2.24.0
requests-toolbelt==0.9.1
resolvelib==0.5.4

==号左边是三方库的名字，右边则是版本号。为了安装requirements.txt中指定的三方库以及对应的版本，你需要执行以下指令：

pip3 install -r requirements.txt

执行之后，pip会依次安装每一行指定的三方库以及对应的版本，比如：pip遇到requests==2.24.0这一行时，它会安装版本为2.24.0的requests库。如果，你的项目严格依赖某个特定版本的三方库，那么这种方法没有什么问题，但是如果requests更新到了版本3.0.0，那么以上方法就无法使用3.0.0版本的requests库了。为了解决这个问题，你可以在requirements.txt里把==号修改成>=，如下所示：

requests>=2.24.0

当你使用pip3 install -r requirements.txt时，如果requests的最新版本号是2.27.1，那么该指令执行之后，你的计算机就会装上版本号为2.27.1的requests库。

如果，你之前就已经装过requests库，而且想升级到最新的版本，那么你需要执行以下指令：

pip3 install -U -r requirements.txt

其中U是upgrade的缩写。以上就是requirments.txt文件在pip中的作用，在日常的项目中，你可以创建两个requirement文件，一个是requirements.txt文件，另外一个是requirementsdev.txt文件，前者包含了生产环境所依赖的库，而后者会引入requirements.txt文件同时会包含研发环境所依赖的库，比如测试库，requirementsdev.txt的内容如下所示：

-r requirements.txt
pytest>=7.1.1

如果你在研发环境中执行以下指令：

pip3 install -r requirements_dev.txt

那么pip不仅会安装requirements.txt中指定的库，而且也会把pytest安装到本地计算机。通过这2个文件，就可以将研发环境和生产环境所依赖的库分开。

使用pip来卸载requests库

有时，你想发现有更好的三方库可以替代requests，或者你不再使用requests库了，那么你需要卸载requests库。为了卸载三方库，首先，你需要查看它依赖于哪些库（Requires），以及被哪些库（Required-by）引用。执行以下指令：

pip3 show requests

你会得到以下输出结果：

Name: requests
Version: 2.27.1
Summary: Python HTTP for Humans.
Home-page: https://requests.readthedocs.io
Author: Kenneth Reitz
Author-email: me@kennethreitz.org
License: Apache 2.0
Location: /Users/slz/dev/testenv/lib/python3.8/site-packages
Requires: certifi, charset-normalizer, idna, urllib3
Required-by:

通过Requires，你可以看到requests依赖certifi, charset-normalizer, idna, urllib3，因此，你应该优先卸载这些依赖库，然后再卸载requests。通过Required-by，你可以看到没有其它三方库依赖requests，因此，如果你卸载requests，那么不会影响其它Python程序的运行。

总结

到目前为止，你已经学习了pip的基本概念，以及如何使用pip安装和卸载第三方库。除此之外，你应该要掌握如何使用requirements.txt文件来管理大量第三方库，以及如何使用它来区分研发环境和生产环境。

虽然，你可以使用以上方法来安装和卸载第三方库，但是，目前它有一个缺陷：你会把三方库安装在系统级别，供所有人使用。这种安装方式存在以下问题：

如果你的计算机上有另外一个项目，它依赖requests 2.24.0，然后，因为你新引入了另外一个项目，使用了requests 2.27.1，之前已经存在的requests 2.24.0被迫升级到requests 2.27.1，导致另外一个项目无法正常工作。
当你卸载requests时，那些使用requests的项目将无法正常工作。

为了解决以上问题，我们需要在一个独立的环境里使用pip，也就是下一篇文章要介绍的Virtual Environments。我们只需要创建一个独立的环境，然后切换到这个独立的环境里，就可以随意使用本篇文章所介绍的pip知识，而不用担心会破坏其它Python程序所依赖的三方库。

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