虚拟环境与第三方模块管理

默认情况下，当我们直接使用pip进行第三方模块安装时，Python会将第三方包放入一个全局的site-packages目录中，直接使用系统或用户主目录下的 Python 解释器环境；我们可以使用 python -m site查看所有site-packages的列表。

那么使用全局环境管理是不是就足够了？它有什么优缺点呢？

优点：

尽管不被推荐，但全局环境在某些特定场景下确实有其优势

操作简便、学习曲线低：

无需理解“激活”、“路径切换”等概念。对于刚刚接触 Python 的初学者，直接 pip install 即可运行代码，门槛最低；对于学习阶段我觉得这个是最主要的原因。
节省磁盘空间：

包只安装一次。如果有 10 个项目都用到 numpy，全局安装只需占用一份空间（约 100-200MB），而每个项目都开虚拟环境则会占用 1-2GB。
减少环境配置时间：

对于一次性的、临时性的脚本编写，跳过环境创建步骤可以快速进入开发状态。

缺点：

依赖版本冲突（最致命问题）

场景：项目 A 依赖 pandas 1.0，项目 B 因为需要新功能必须使用 pandas 2.0

后果：由于全局只能存在一个版本，安装 B 的依赖会直接覆盖 A 的依赖，导致项目 A 无法运行
系统稳定性风险（Linux/macOS）

风险：许多操作系统（如 Ubuntu, Fedora）本身的部分管理工具是基于 Python 编写的

后果：如果你使用 sudo pip install 升级了系统自带的某个库，可能会导致系统自带的软件管理器（如 apt）或显示管理器崩溃，修复代价极高
环境污染与难以迁移

污染：随着时间推移，全局 site-packages 会积累成百上千个包。你很难分清哪些是正在用的，哪些是几个月前测试后遗忘的

迁移难：当你需要把项目部署到服务器时，pip freeze 会导出全局所有包，生成一个巨大的、包含大量无关项的 requirements.txt，导致服务器部署失败

在进行实际项目开发时，尤其是多人协作的，如果使用全局环境管理第三方依赖，它的缺点会带来灾难性问题。基于此，Python提供了一种 虚拟环境 机制，用于不同的项目拥有自己的Python解释器和自己的依赖管理。

一、虚拟环境

此节介绍Python版本内置的标准模块venv，venv用于创建轻量级的“虚拟环境”。

venv仅作环境的管理，第三方依赖的安装管理需要依赖pip

工作原理：

建立目录结构：创建一个包含 bin/ (Linux/mac) 或 Scripts/ (Windows) 的文件夹。
符号链接/副本：将系统中的 Python 解释器链接或拷贝到该目录下。
环境隔离：修改环境变量（主要是 PATH），使得在该环境下运行 python 或 pip 时，系统会优先查找虚拟环境内部的路径。

创建虚拟环境语法：

1	`python -m venv <dir> --system-site-packages --clear`

dir：虚拟环境目录名称，通常采用 .venv
--system-site-packages：允许虚拟环境访问全局的 site-packages（默认是完全隔离的）
--clear：在创建前如果目录已存在，先清空目录
--prompt <name>：指定激活环境后命令行显示的提示符前缀，默认情况prompt为虚拟环境目录名，即和dir相同

创建好环境以后，一定要先激活环境，在安装依赖，此时依赖才会安装在虚拟环境下

其他常用操作命令：

任务	Windows (PowerShell/CMD)	macOS / Linux (Bash/Zsh)
激活环境	`.venv\Scripts\activate`	`source .venv/bin/activate`
检查路径	`where python`	`which python`
退出环境	`deactivate`	`deactivate`
导出依赖	`pip freeze > requirements.txt`	`pip freeze > requirements.txt`
安装依赖	`pip install -r requirements.txt`	`pip install -r requirements.txt`

操作示例：

# 使用默认参数创建环境
duwei@probiecoder:~/workspace/python/base-python$ ls -a
.  ..  data.txt  db.sqlite  test_copy.txt  test_move.txt  test.py  .vscode
duwei@probiecoder:~/workspace/python/base-python$ python -m venv .venv
duwei@probiecoder:~/workspace/python/base-python$ ls -a
.  ..  data.txt  db.sqlite  test_copy.txt  test_move.txt  test.py  .venv  .vscode


# 自定义虚拟环境名称
duwei@probiecoder:~/workspace/python/base-python$ ls -a
.  ..  data.txt  db.sqlite  test_copy.txt  test_move.txt  test.py  .vscode
duwei@probiecoder:~/workspace/python/base-python$ python -m venv .vvv
duwei@probiecoder:~/workspace/python/base-python$ ls -a
.  ..  data.txt  db.sqlite  test_copy.txt  test_move.txt  test.py  .vscode  .vvv

# 自定义 prompt
duwei@probiecoder:~/workspace/python/base-python$ python -m venv .venv --prompt ^_^^_^
duwei@probiecoder:~/workspace/python/base-python$ source .venv/bin/activate
(^_^^_^) duwei@probiecoder:~/workspace/python/base-python$

二、PIP依赖管理

pip (Package Installer for Python) 是 Python 的官方包管理工具，用于从 PyPI (Python Package Index) 下载、安装和管理第三方库。

完成虚拟环境的创建以后，我们就可以使用pip安装第三方依赖。

1、子命令概览

子命令	功能描述	常用场景
`install`	安装包	安装第三方库、从 requirements 文件批量安装
`download`	下载包但不安装	离线部署、准备离线安装包
`uninstall`	卸载包	移除不再需要的库
`freeze`	导出已安装包及其版本	生成 `requirements.txt`
`list`	列出已安装的包	查看当前环境有哪些库、检查过期版本
`show`	显示已安装包的详细信息	查看安装路径、依赖关系、作者信息
`check`	检查已安装包的依赖完整性	排查版本冲突、依赖缺失
`config`	管理本地和全局配置	修改镜像源、设置默认参数
`wheel`	根据依赖构建 Wheel格式(`.whl`) 包	打包自己的项目
`cache`	管理 pip 的缓存	清理缓存以节省磁盘空间
`hash`	计算软件包档案的哈希值	安全校验

2. 命令选项

2.1 `install` - 安装包

用于从 PyPI 或其他源安装软件包。

常用选项	说明	示例
`==<version>`	安装特定版本	`pip install requests==2.31.0`
`>=, <=, !=`	范围安装或排除特定版本	`pip install "requests>=2.0,<3.0"`
`-r, --requirement <file>`	从 requirements 文件批量安装	`pip install -r requirements.txt`
`-U, --upgrade`	升级指定的包	`pip install -U requests`
`-i <url>`	指定镜像源地址	`pip install numpy -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple`
`--no-cache-dir`	禁用缓存，每次都重新下载	`pip install torch --no-cache-dir`
`--force-reinstall`	如果包已经按照，再次安装会提示已安装，也强制重新安装	`pip install --force-reinstall requests`

在按照依赖的时候，可能会遇到下载很慢的情况，此时我们可以变更依赖镜像源为国内源。

设置为清华源：

1	`pip config set global.index-url https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/pypi/web/simple`

# 从镜像源下载包

# 从本地 wheel 文件安装

2.2 `download` - 下载包

下载软件包到本地，但不进行安装。常用于离线部署。

常用选项	说明	示例
`-d, --dest <dir>`	指定下载目录	`pip download requests -d ./pkgs`
`--python-version`	指定 Python 版本，默认为当前`python`解释器版本主版本号.次版本号.补丁号或去掉点号	`pip download django --python-version 310`

2.3 `uninstall` - 卸载包

从当前环境中移除软件包。

常用选项	说明	示例
`-y, --yes`	卸载时不询问确认	`pip uninstall requests -y`
`-r <file>`	批量卸载文件中的包	`pip uninstall -r requirements.txt`

目前 pip uninstall 只会移除指定包本身，依赖包不会关联删除

2.4 `freeze` - 导出依赖

以 requirements 格式输出已安装的包，通常用于环境锁定。

常用选项	说明	示例
`--all`	包含 pip 等基础工具本身	`pip freeze --all`

1 2	`# 导出到文件 pip freeze > requirements.txt`

2.5 `list` - 列出已安装包

查看当前环境下安装的所有库。

常用选项	说明	示例
`-o, --outdated`	列出可更新的包	`pip list -o`
`-u, --uptodate`	列出已是最新版本的包	`pip list -u`
`--format`	输出格式 (`columns, json, freeze`)，默认`columns`	`pip list --format json`
`--not-required`	列出不被其他包依赖的包	`pip list --not-required`

2.6 `show` - 查看包详情

显示特定安装包的详细信息（路径、依赖、作者等）。

常用选项	说明	示例
`-f, --files`	列出该包安装的所有文件列表	`pip show requests -f`

(.venv) duwei@probiecoder:~/workspace/python/base-python$ pip show requests 
Name: requests
Version: 2.31.0
Summary: Python HTTP for Humans.
Home-page: https://requests.readthedocs.io
Author: Kenneth Reitz
Author-email: me@kennethreitz.org
License: Apache 2.0
Location: /home/duwei/workspace/python/base-python/.venv/lib64/python3.14/site-packages
Requires: certifi, charset-normalizer, idna, urllib3
Required-by:

2.7 `check` - 检查依赖冲突

验证已安装的包是否有不兼容的依赖关系。

1 2	`(.venv) duwei@probiecoder:~/workspace/python/base-python$ pip check No broken requirements found.`

2.8 `config` - 管理配置

管理 pip 的local global配置文件（如镜像源）。

local：针对当前所在环境生效
global：全局，针对所有项目的所有环境生效

常用选项	说明	示例
`list`	列出当前所有配置	`pip config list`
`set`	设置配置项	`pip config set global.index-url <url>`
`unset`	删除配置项	`pip config unset global.index-url`
`get`	获取配置项	`pip config get global.index-url`

2.9 `cache` - 缓存管理

管理 pip 下载产生的缓存文件。

常用选项	说明	示例
`dir`	显示缓存目录路径	`pip cache dir`
`info`	显示缓存统计信息	`pip cache info`
`purge`	清除所有缓存	`pip cache purge`
`remove <pattern>`	移除匹配特定名称的缓存，`pattern`可以是一个包名称或模糊匹配	`pip cache remove numpy`

2.10 `hash` - 计算哈希

计算软件包文件（特指.whl）的哈希值，用于安全校验。

常用选项	说明	示例
`-a, --algorithm`	指定哈希算法 (`sha256/384/512`)	`pip hash -a sha256 my_pkg.whl`

2.11 `wheel` - 构建包

用于将包及其所有依赖项下载并打包成二进制文件存储在本地。构建的wheel包可以用于离线安装避免编译。

选项	说明	示例
`-w --wheel-dir <dir>`	指定存放生成的 `.whl` 文件的目录	`pip wheel requests -w ./dist`
`-r --requirement <file>`	从需求文件中读取包名进行批量构建	`pip wheel -r requirements.txt`
`--no-deps`	不下载/不构建依赖项，仅处理指定的包，默认情况下会将依赖包一起构建	`pip wheel flask --no-deps`

3. 全局通用选项 (General Options)

这些选项可以配合任何子命令使用：

全局参数	说明	示例
`-h, --help`	显示帮助信息	`pip install --help`
`-v, --verbose`	输出详细日志 (可用三次)	`pip install -vvv requests`
`-q, --quiet`	静默模式，减少输出	`pip uninstall -q requests`
`--proxy <proxy>`	指定代理服务器	`pip install requests --proxy http://user:pass@host:port`
`--timeout <sec>`	设置连接超时时间	`pip install requests --timeout 120`

Python

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虚拟环境与第三方模块管理

一、虚拟环境

二、PIP依赖管理

1、子命令概览

2. 命令选项

2.1 install - 安装包

2.2 download - 下载包

2.3 uninstall - 卸载包

2.4 freeze - 导出依赖

2.5 list - 列出已安装包

2.6 show - 查看包详情

2.7 check - 检查依赖冲突

2.8 config - 管理配置

2.9 cache - 缓存管理

2.10 hash - 计算哈希

2.11 wheel - 构建包