十五天Python系统学习教程第五天

📅 Day 5 详细学习计划：Python软件包管理与虚拟环境

学习目标
✅ 掌握Python包管理工具（pip）核心用法
✅ 熟练使用虚拟环境（venv）隔离项目依赖
✅ 对比Python与Java（Maven/Gradle）的依赖管理差异
✅ 完成项目依赖管理与打包实战

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一、Python包管理机制深度解析（1小时）

1.1 pip工具核心功能（对比Java的Maven）

功能	pip命令	Maven命令
安装包	pip install requests	mvn dependency:get
卸载包	pip uninstall requests	手动删除pom.xml依赖
列出已安装包	pip list	mvn dependency:list
搜索包	pip search "http client"	通过中央仓库网站搜索
冻结依赖版本	pip freeze > requirements.txt	mvn versions:display-dependency-updates

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1.2 虚拟环境（venv）原理

创建与激活：

# 创建虚拟环境（对比Java无直接对应机制）  
python -m venv myenv  

# 激活环境  
# Windows:  
myenv\Scripts\activate.bat  
# Unix/macOS:  
source myenv/bin/activate  

文件结构解析：

myenv/  
├── bin/            # 可执行文件（python, pip等）  
├── include/        # C头文件  
└── lib/            # 安装的第三方包  

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二、依赖管理实战（1小时）

2.1 典型工作流程

1. 初始化项目

   mkdir my_project && cd my_project  
   python -m venv .venv  
   source .venv/bin/activate  

2. 安装依赖

   pip install requests==2.28.1  # 指定精确版本  
   pip install "flask>=2.0,<3.0" # 版本范围  

3. 生成依赖清单

   pip freeze > requirements.txt  

4. 复现环境

   pip install -r requirements.txt  

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2.2 高级依赖管理工具

工具	特点	Java近似工具
pip-tools	生成精确版本锁文件	Maven版本锁
poetry	全生命周期管理（类似Gradle）	Gradle
conda	跨平台科学计算环境	SDKMAN

poetry示例：

# pyproject.toml（对比pom.xml）  
[tool.poetry]  
name = "myapp"  
version = "0.1.0"  

[tool.poetry.dependencies]  
python = "^3.8"  
requests = { version = "^2.28", extras = ["security"] }  

[build-system]  
requires = ["poetry-core>=1.0.0"]  
build-backend = "poetry.core.masonry.api"  

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三、打包与分发项目（1小时）

3.1 标准打包流程

项目结构：

my_package/  
├── setup.py  
├── pyproject.toml  
└── my_package/  
    └── __init__.py  

setup.py示例：

from setuptools import setup, find_packages  

setup(  
    name="my_package",  
    version="0.1",  
    packages=find_packages(),  
    install_requires=["requests"],  
    entry_points={  
        'console_scripts': [  
            'mycli=my_package.cli:main'  
        ]  
    }  
)  

构建与上传：

# 生成分发包（对比mvn package）  
python -m build  

# 上传到PyPI（类似Maven Central）  
twine upload dist/*  

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3.2 现代打包标准（PEP 621）

# pyproject.toml  
[project]  
name = "my_package"  
version = "0.1.0"  
dependencies = ["requests>=2.28"]  

[project.scripts]  
mycli = "my_package.cli:main"  

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四、实战项目：API客户端开发（1小时）

4.1 项目需求

• 开发一个GitHub API客户端

• 功能：获取用户仓库列表

• 依赖：requests库

• 打包为可安装模块

4.2 分步实现

步骤1：初始化环境

mkdir github_client && cd github_client  
python -m venv .venv  
source .venv/bin/activate  

步骤2：安装依赖

pip install requests  
pip freeze > requirements.txt  

步骤3：编写代码

# github_client/client.py  
import requests  

class GitHubClient:  
    def __init__(self, token=None):  
        self.base_url = "https://api.github.com"  
        self.headers = {"Authorization": f"Bearer {token}"} if token else {}  

    def get_user_repos(self, username):  
        url = f"{self.base_url}/users/{username}/repos"  
        response = requests.get(url, headers=self.headers)  
        response.raise_for_status()  
        return response.json()  

步骤4：打包配置

# pyproject.toml  
[project]  
name = "github_client"  
version = "0.1.0"  
dependencies = ["requests>=2.28"]  

步骤5：安装测试

pip install .  
python -c "from github_client import GitHubClient; print(GitHubClient().get_user_repos('torvalds'))"  

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五、Java开发者注意事项

1. 依赖范围差异

   • Python无provided作用域，通过extras实现可选依赖

   [project.optional-dependencies]  
   dev = ["pytest", "black"]  

2. 多模块管理

   • Python通过namespace packages实现，需在__init__.py中声明

   __path__ = __import__('pkgutil').extend_path(__path__, __name__)  

3. 依赖冲突解决

   • 使用pipdeptree分析依赖树

   pip install pipdeptree  
   pipdeptree --warn silence  

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六、扩展练习

1. 依赖安全审计

   pip install safety  
   safety check -r requirements.txt  

2. 私有仓库配置

   # ~/.pip/pip.conf  
   [global]  
   extra-index-url = https://private.pypi.com/simple  

3. Docker集成

   FROM python:3.10-slim  
   COPY requirements.txt .  
   RUN pip install -r requirements.txt  
   COPY . .  
   CMD ["python", "main.py"]  

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通过第五天的学习，您将掌握Python生态的依赖管理精髓，关键要点：
1️⃣ 虚拟环境是项目隔离的必备工具
2️⃣ requirements.txt是最基础的依赖管理方式，但pyproject.toml是未来趋势
3️⃣ 打包分发机制与Java有显著差异，需重点理解setup.py与__init__.py的作用

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