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有效管理Python套件(Package)的工具及概念

Photo by Kevin Bhagat on Unsplash
在實務上發展應用程式時，除了可以自行開發模組(Module)與套件(Package)外，很多時候會安裝使用第三方套件(Package)，來提升專案的開發效率。

所以本文將介紹如何在PyPI中搜尋所需的Python套件(Package)，並且以Windows作業系統及Visual Studio Code開發工具為例，瞭解Python強大的套件管理工具，讓您有效管理專案中的Python套件(Package)。

由於是在Visual Studio Code的Terminal視窗中下指令的方式來操作，所以使用命令提示字元視窗，也可以達到相同的效果。本文重點包含：
  • PyPI(Python Package Index)
  • pip套件管理工具
  • pipenv套件管理工具
  • Pipfile及Pipfile.lock檔案

一、PyPI(Python Package Index)

PyPI是一個套件庫，位於https://pypi.org，其中包含了各式各樣的Python套件(Package)，在開發應用程式的過程中，可以到這邊來搜尋是否有所需的功能套件(Package)，安裝後透過引用的方式來進行使用，藉此提升開發效率。

 現在就來介紹幾個在使用PyPI時，需要瞭解的基本功能。首先，PyPI的首頁如下圖：
各位可以在搜尋的地方查詢所需的套件，例如搜尋常應用在網路爬蟲的beautifulsoup4套件(Package)，從查詢結果可以看到許多相關的套件(Package)，如下圖：
以beautifulsoup4 4.8.2為例，點進此套件(Package)後，可以看到安裝的指令及最新版的發佈日期，如下圖：
一個套件(Package)要如何使用，一定會有文件可以參考，往下即可看到Documentation的連結，如下圖：
而套件(Package)的版本演進歷史則可以透過左邊的Release history來查看，如下圖：
以上是在使用PyPI上查找套件(Package)時，較常使用的部分，接下來，就來教大家如何透過指令來安裝套件(Package)吧。

二、pip套件管理工具

pip是一個全域環境的套件管理工具，用來安裝及管理PyPI上的Python套件(Package)，也就是說利用pip指令所安裝的Python套件(Package)，所有專案皆可使用。其中包含了幾個常用的操作方式，將以beautifulsoup4套件(Package)來進行示範。
  • 安裝套件
使用pip install加上套件名稱，如下範例：
如果在執行安裝的指令後，出現以下的警告訊息：
代表pip有新的版本，需透過它最後所提供的指令進行升級後，再執行安裝的指令，如下範例：
pip升級完成並且執行pip install安裝指令後，將會安裝此套件(Package)的最新版本，以此範例來說，目前beautifulsoup4套件(Package)的最新版為4.8.2，如果想要安裝特定的版本4.8.0，則可加上 == 符號，特別注意 == 符號前後不能有空白，否則會出現錯誤訊息，如下範例：
另外，如果想要安裝版號為4.7開頭的最新版，也就是4.7.1，則可以使用 * 符號來進行安裝，如下範例：
同樣的，如果想要安裝版號為4開頭的最新版，也就是4.8.2，則可執行以下指令：
  • 升級套件
使用pip install --upgrade加上套件名稱來進行升級，如下範例：
  • 列出套件清單
使用pip list來檢視電腦中目前已安裝的套件及版本，如下範例：
執行結果
  • 移除套件
使用pip uninstall加上套件名稱來進行移除的動作，如下範例：

三、pipenv套件管理工具

利用pip套件管理工具所安裝的套件(Package)，是在全域環境(Global)中，當今天有兩個專案需要beautifulsoup4不同的版本，這時候將無法達成，因為全域環境無法並存兩個相同的套件(Package)。

 所以就可以使用整合了pip及虛擬環境的pipenv套件管理工具，為專案建立一個獨立的虛擬環境(Virtual Environment)，並且將所需的套件(Package)安裝在裡面，這樣其中的套件(Package)就不會和全域環境及其他專案互相影響。

要使用pipenv套件管理工具，需利用pip來進行安裝，如下範例：
安裝完成後，即可透過pipenv套件管理工具來為專案建立虛擬環境及安裝套件(Package)，如下範例：
範例中pipenv套件管理工具為專案建立一個虛擬環境，並且在裡面安裝beautifulsoup4套件(Package)。而這個虛擬環境在哪裡呢?可以利用pipenv --ven來查看，如下範例：
各位可以看到，虛擬環境並不在我們的專案中，這讓我們的專案容量，不會受到開發規模擴大時，隨著安裝的套件(Package)增多而越來越大。有了虛擬環境，接著即可透過pipenv shell進入，如下範例：
執行後會發現目錄的前方多顯示了虛擬環境的名稱，代表已成功進入，如下範例：
這邊要注意的地方是，由於pipenv套件管理工具在虛擬環境中安裝套件(Package)，所以必須進入虛擬環境後再執行應用程式，否則其中所引用的套件(Package)將會找不到而發生錯誤。

 另外，利用exit指令離開虛擬環境。這時候在目錄前面則不會顯示虛擬環境的名稱，如下範例：

四、Pipfile及Pipfile.lock檔案

當執行pipenv install指令安裝套件(Package)時，會發現專案中增加了兩個檔案，分別為Pipfile及Pipfile.lock，這兩個檔案負責管理專案的套件相依性及版本。首先，我們來看Pipfile的內容，如下圖：
其中的source區塊指明了安裝套件的來源。dev-package區塊為測試環境所需的套件(Package)。而packages區塊包含了專案所安裝的套件(Package)，可以看到beautifulsoup4套件等於 * 符號，代表最新的版本。最後requires區塊則是執行此專案所需的Python版本。

 而Pipfile.lock是一個JSON格式的檔案，其中列出了各套件詳細的版本及相依性，如下圖：
從圖中可以看到，beautifulsoup4 4.8.2套件(Package)的相依性套件有soupsieve 1.9.5，當在安裝beautifulsoup4套件時，Python會自動將其相依性套件一起安裝，並且記錄於Pipfile.lock檔案中。

 有了Pipfile及Pipfile.lock檔案，就可以很容易的在不同的電腦中，快速建立一模一樣的開發環境。舉例來說，各位可以把剛才所建立的虛擬環境檔案(\.virtualenvs\HelloPython-B6krgkNh)刪除，來模擬另一台電腦中只有專案原始碼而沒有虛擬環境，這時候只要執行以下指令：
無須指定任何套件名稱，pipenv套件管理工具即會自動依據專案中，Pipfile檔案的package區塊來安裝套件(Package)。

 如果想要基於Pipfile.lock檔案，利用其中記錄的特定版本套件來安裝，則可以執行--ignore-pipfile指令：
此指令即忽略Pipfile檔案，而依據Pipfile.lock檔案進行安裝。

五、小結

以上是在開發Python應用程式時，套件管理工具的使用方式及重要概念，熟悉以上的用法，將有助於快速且容易的管理套件相依性及建置開發環境。如果在練習的過程中，有碰到任何問題歡迎留言分享。

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  1. 小米2020年10月26日 下午1:47

    喜歡你的 Python 教學文章...
    但比較混亂, 如果可以有文章整理的次序就更好...如
    入門教學 (一) (二) ...(五)
    可以有次序看...事半功倍

    回覆刪除
    回覆
    1. 你的Py教練Mike2020年11月1日 上午11:22

      您好：
      感謝您的建議，後續會考量在系列的教學文標題加上次序，謝謝 :)

      刪除
  2. SteveLin2021年6月2日 晚上10:16

    Mike你好，我是以前想學Python但中途放棄許多次的學生
    感謝你寫了這麼好懂的文章，彷彿讓我開竅般
    希望你能繼續持續下去！幫助更多人

    回覆刪除

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