12. 虚拟环境和包

12.1. 简介

Python 应用程序经常会使用一些不属于标准库的包和模块。应用程序有时候需要某个特定版本的库，因为它需要一个特定的 bug 已得到修复的库或者它是使用了一个过时版本的库的接口编写的。

这就意味着可能无法安装一个 Python 来满足每个应用程序的要求。如果应用程序 A 需要一个特定模块的 1.0 版本但是应用程序 B 需要该模块的 2.0 版本，这两个应用程序的要求是冲突的，安装版本 1.0 或者版本 2.0 将会导致其中一个应用程序不能运行。

这个问题的解决方案就是创建一个 虚拟环境 （通常简称为 “virtualenv”），包含一个特定版本的 Python，以及一些附加的包的独立的目录树。

不同的应用程序可以使用不同的虚拟环境。为了解决前面例子中的冲突，应用程序 A 可以有自己的虚拟环境，其中安装了特定模块的 1.0 版本。而应用程序 B 拥有另外一个安装了特定模块 2.0 版本的虚拟环境。如果应用程序 B 需求一个库升级到 3.0 的话，这也不会影响到应用程序 A 的环境。

12.2. 创建虚拟环境

用于创建和管理虚拟环境的脚本叫做 pyvenv。pyvenv 通常会安装你可用的 Python 中最新的版本。这个脚本也能指定安装一个特定的版本的 Python，因此如果在你的系统中有多个版本的 Python 的话，你可以运行 pyvenv-3.5 或者你想要的任何版本来选择一个指定的 Python 版本。

要创建一个 virtualenv，首先决定一个你想要存放的目录接着运行 pyvenv 后面携带着目录名:

  1. pyvenv tutorial-env

如果目录不存在的话，这将会创建一个 tutorial-env 目录，并且也在目录里面创建一个包含 Python 解释器，标准库，以及各种配套文件的 Python “副本”。

一旦你已经创建了一个虚拟环境，你必须激活它。

在 Windows 上，运行:

  1. tutorial-env/Scripts/activate

在 Unix 或者 MacOS 上，运行:

  1. source tutorial-env/bin/activate

（这个脚本是用 bash shell 编写的。如果你使用 csh 或者 fish shell，你应该使用 activate.csh 和 activate.fish 来替代。）

激活了虚拟环境会改变你的 shell 提示符，显示你正在使用的虚拟环境，并且修改了环境以致运行 python 将会让你得到了特定的 Python 版本。例如:

  1. -> source ~/envs/tutorial-env/bin/activate
  2. (tutorial-env) -> python
  3. Python 3.5.2+ (3.4:c7b9645a6f35+, May 22 2015, 09:31:25)
  4.   ...
  5. >>> import sys
  6. >>> sys.path
  7. ['', '/usr/local/lib/python35.zip', ...,
  8. '~/envs/tutorial-env/lib/python3.5/site-packages']
  9. >>>

12.3. 使用 pip 管理包

一旦你激活了一个虚拟环境，可以使用一个叫做 pip 程序来安装，升级以及删除包。默认情况下 pip 将会从 Python Package Index，<https://pypi.python.org/pypi>， 中安装包。你可以通过 web 浏览器浏览它们，或者你也能使用 pip 有限的搜索功能:

  1. (tutorial-env) -&gt; pip search astronomy
  2. skyfield               - Elegant astronomy for Python
  3. gary                   - Galactic astronomy and gravitational dynamics.
  4. novas                  - The United States Naval Observatory NOVAS astronomy library
  5. astroobs               - Provides astronomy ephemeris to plan telescope observations
  6. PyAstronomy            - A collection of astronomy related tools for Python.
  7. ...

pip 有许多子命令：“搜索”，“安装”，“卸载”，“freeze”（译者注：这个词语暂时没有合适的词语来翻译），等等。（请参考 installing-index 指南获取 pip 更多完整的文档。）

你可以安装一个包最新的版本，通过指定包的名称:

  1. -> pip install novas
  2. Collecting novas
  3.   Downloading novas-3.1.1.3.tar.gz (136kB)
  4. Installing collected packages: novas
  5.   Running setup.py install for novas
  6. Successfully installed novas-3.1.1.3

你也能安装一个指定版本的包，通过给出包名后面紧跟着 == 和版本号:

  1. -> pip install requests==2.6.0
  2. Collecting requests==2.6.0
  3.   Using cached requests-2.6.0-py2.py3-none-any.whl
  4. Installing collected packages: requests
  5. Successfully installed requests-2.6.0

如果你重新运行命令（pip install requests==2.6.0），pip 会注意到要求的版本已经安装，不会去做任何事情。你也可以提供一个不同的版本号来安装，或者运行 pip install --upgrade 来升级包到最新版本:

  1. -> pip install --upgrade requests
  2. Collecting requests
  3. Installing collected packages: requests
  4.   Found existing installation: requests 2.6.0
  5.     Uninstalling requests-2.6.0:
  6.       Successfully uninstalled requests-2.6.0
  7. Successfully installed requests-2.7.0

pip uninstall 后跟一个或者多个包名将会从虚拟环境中移除这些包。

pip show 将会显示一个指定的包的信息:

  1. (tutorial-env) -&gt; pip show requests
  2. ---
  3. Metadata-Version: 2.0
  4. Name: requests
  5. Version: 2.7.0
  6. Summary: Python HTTP for Humans.
  7. Home-page: http://python-requests.org
  8. Author: Kenneth Reitz
  9. Author-email: me@kennethreitz.com
  10. License: Apache 2.0
  11. Location: /Users/akuchling/envs/tutorial-env/lib/python3.4/site-packages
  12. Requires:

pip list 将会列出所有安装在虚拟环境中的包:

  1. (tutorial-env) -> pip list
  2. novas (3.1.1.3)
  3. numpy (1.9.2)
  4. pip (7.0.3)
  5. requests (2.7.0)
  6. setuptools (16.0)

pip freeze 将会生成一个类似需要安装的包的列表，但是输出采用了 pip install 期望的格式。常见的做法就是把它们放在一个 requirements.txt 文件:

  1. (tutorial-env) -> pip freeze > requirements.txt
  2. (tutorial-env) -> cat requirements.txt
  3. novas==3.1.1.3
  4. numpy==1.9.2
  5. requests==2.7.0

requirements.txt 能够被提交到版本控制中并且作为一个应用程序的一部分。用户们可以使用 install -r 安装所有必须的包:

  1. -> pip install -r requirements.txt
  2. Collecting novas==3.1.1.3 (from -r requirements.txt (line 1))
  3.   ...
  4. Collecting numpy==1.9.2 (from -r requirements.txt (line 2))
  5.   ...
  6. Collecting requests==2.7.0 (from -r requirements.txt (line 3))
  7.   ...
  8. Installing collected packages: novas, numpy, requests
  9.   Running setup.py install for novas
  10. Successfully installed novas-3.1.1.3 numpy-1.9.2 requests-2.7.0

pip 还有更多的选项。请参考 installing-index 指南获取关于 pip 完整的文档。当你编写一个包并且在 Python Package Index 中也出现的话，请参考 distributing-index 指南。