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Python网络编程：Web框架基础（Flask/Django）

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Python作为一种功能强大且易于使用的编程语言，广泛应用于Web开发领域。Python的丰富生态系统中，有两个非常流行的Web框架：Flask和Django。本博文将详细介绍这两个框架的基础知识，并通过综合示例展示如何使用它们构建Web应用。

一、Flask基础

1.1 Flask简介

Flask是一个轻量级的Web框架，设计简单且易于扩展。Flask遵循WSGI标准，采用模块化设计，允许开发者根据需要选择和配置组件。

1.2 安装Flask

在安装Flask之前，确保你已经安装了Python。你可以使用以下命令来安装Flask：

pip install Flask
1.3 第一个Flask应用

创建一个名为app.py的文件，并添加以下代码：

from flask import Flask

app = Flask(__name__)

@app.route('/')
def home():
    return "Hello, Flask!"

if __name__ == '__main__':
    app.run(debug=True)

运行应用：

python app.py

在浏览器中访问http://127.0.0.1:5000/，你会看到“Hello, Flask!”的输出。

1.4 路由和视图函数

Flask通过路由将URL映射到视图函数。视图函数处理请求并返回响应。

@app.route('/hello')
def hello():
    return "Hello, World!"

你还可以使用URL变量：

@app.route('/user/<name>')
def user(name):
    return f"Hello, {name}!"
1.5 模板渲染

Flask使用Jinja2作为模板引擎。创建一个templates目录，并在其中创建一个名为index.html的文件：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <title>Home</title>
</head>
<body>
    <h1>{{ message }}</h1>
</body>
</html>

修改视图函数以渲染模板：

from flask import render_template

@app.route('/')
def home():
    return render_template('index.html', message="Hello, Flask!")
1.6 表单处理

Flask-WTF扩展提供了对表单处理的支持。首先安装Flask-WTF：

pip install Flask-WTF

创建一个表单类：

from flask_wtf import FlaskForm
from wtforms import StringField, SubmitField
from wtforms.validators import DataRequired

class NameForm(FlaskForm):
    name = StringField('Name', validators=[DataRequired()])
    submit = SubmitField('Submit')

在视图函数中处理表单：

from flask import Flask, render_template, flash, redirect, url_for
from forms import NameForm

app = Flask(__name__)
app.config['SECRET_KEY'] = 'your_secret_key'

@app.route('/', methods=['GET', 'POST'])
def home():
    form = NameForm()
    if form.validate_on_submit():
        flash(f'Hello, {form.name.data}!')
        return redirect(url_for('home'))
    return render_template('index.html', form=form

在模板中渲染表单：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <title>Home</title>
</head>
<body>
    <form method="POST">
        {{ form.hidden_tag() }}
        {{ form.name.label }} {{ form.name() }}
        {{ form.submit() }}
    </form>
    {% with messages = get_flashed_messages() %}
    {% if messages %}
    <ul>
        {% for message in messages %}
        <li>{{ message }}</li>
        {% endfor %}
    </ul>
    {% endif %}
    {% endwith %}
</body>
</html>
1.7 数据库集成

Flask-SQLAlchemy扩展提供了对数据库的支持。首先安装Flask-SQLAlchemy：

pip install Flask-SQLAlchemy

配置数据库：

from flask_sqlalchemy import SQLAlchemy

app.config['SQLALCHEMY_DATABASE_URI'] = 'sqlite:///app.db'
db = SQLAlchemy(app)

定义模型：

class User(db.Model):
    id = db.Column(db.Integer, primary_key=True)
    username = db.Column(db.String(80), unique=True, nullable=False)
    email = db.Column(db.String(120), unique=True, nullable=False)

    def __repr__(self):
        return f'<User {self.username}>'

创建数据库：

python
>>> from app import db
>>> db.create_all()
1.8 用户认证

Flask-Login扩展提供了对用户认证的支持。首先安装Flask-Login：

pip install Flask-Login

配置Flask-Login：

from flask_login import LoginManager, UserMixin, login_user, logout_user, login_required, current_user

login_manager = LoginManager()
login_manager.init_app(app)
login_manager.login_view = 'login'

class User(UserMixin, db.Model):
    # ...

@login_manager.user_loader
def load_user(user_id):
    return User.query.get(int(user_id))

定义登录视图：

@app.route('/login', methods=['GET', 'POST'])
def login():
    form = LoginForm()
    if form.validate_on_submit():
        user = User.query.filter_by(username=form.username.data).first()
        if user and user.check_password(form.password.data):
            login_user(user)
            return redirect(url_for('dashboard'))
    return render_template('login.html', form=form)

定义登出视图：

@app.route('/logout')
@login_required
def logout():
    logout_user()
    return redirect(url_for('home'))

二、Django基础

2.1 Django简介

Django是一个功能全面的Web框架，提供了内置的ORM、表单处理、用户认证、管理后台等功能，适合开发大型复杂的Web应用。

2.2 安装Django

你可以使用以下命令来安装Django：

pip install Django
2.3 创建Django项目

使用以下命令创建一个新的Django项目：

django-admin startproject myproject

进入项目目录：

cd myproject
2.4 应用与路由

在Django中，项目由多个应用组成。使用以下命令创建一个新的应用：

python manage.py startapp myapp

在settings.py中添加应用：

INSTALLED_APPS = [
    # ...
    'myapp',
]

配置路由：

from django.contrib import admin
from django.urls import path
from myapp import views

urlpatterns = [
    path('admin/', admin.site.urls),
    path('', views.home, name='home'),
]

定义视图：

from django.shortcuts import render

def home(request):
    return render(request, 'home.html')
2.5 模板渲染

Django使用Django模板引擎。创建一个templates目录，并在其中创建一个名为home.html的文件：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <title>Home</title>
</head>
<body>
    <h1>Welcome to Django</h1>
</body>
</html>
2.6 表单处理

Django提供了强大的表单处理功能。创建一个表单类：

from django import forms

class NameForm(forms.Form):
    name = forms.CharField(label='Your name', max_length=100)

在视图中处理表单：

from django.shortcuts import render, redirect
from .forms import NameForm

def home(request):
    if request.method == 'POST':
        form = NameForm(request.POST)
        if form.is_valid():
            # 处理数据
            return redirect('success')
    else:
        form = NameForm()
    return render(request, 'home.html', {'form': form})

在模板中渲染表单：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <title>Home</title>
</head>
<body>
    <form method="post">
        {% csrf_token %}
        {{ form.as_p }}
        <button type="submit">Submit</button>
    </form>
</body>
</html>
2.7 数据库操作

Django内置了ORM，可以轻松地进行数据库操作。定义模型：

from django.db import models

class User(models.Model):
    username = models.CharField(max_length=80, unique=True)
    email = models.EmailField(unique=True)

    def __str__(self):
        return self.username

在admin.py中注册模型：

from django.contrib import admin
from .models import User

admin.site.register(User)

创建数据库表：

python manage.py makemigrations
python manage.py migrate
2.8 用户认证

Django提供了内置的用户认证系统。在settings.py中配置登录URL：

LOGIN_URL = '/login/'
LOGIN_REDIRECT_URL = '/'

创建登录视图：

from django.contrib.auth import authenticate, login
from django.shortcuts import render, redirect
from .forms import LoginForm

def login_view(request):
    if request.method == 'POST':
        form = LoginForm(request.POST)
        if form.is_valid():
            username = form.cleaned_data.get('username')
            password = form.cleaned_data.get('password')
            user = authenticate(request, username=username, password=password)
            if user is not None:
                login(request, user)
                return redirect('home')
    else:
        form = LoginForm()
    return render(request, 'login.html', {'form': form})

创建登出视图：

from django.contrib.auth import authenticate, login
from django.shortcuts import render, redirect
from .forms import LoginForm

def login_view(request):
    if request.method == 'POST':
        form = LoginForm(request.POST)
        if form.is_valid():
            username = form.cleaned_data.get('username')
            password = form.cleaned_data.get('password')
            user = authenticate(request, username=username, password=password)
            if user is not None:
                login(request, user)
                return redirect('home')
    else:
        form = LoginForm()
    return render(request, 'login.html', {'form': form})

三、Flask与Django的比较

3.1 灵活性与功能

Flask是一个微框架，灵活性高，适用于中小型项目。它提供了基本的Web开发功能，开发者可以根据需求选择合适的扩展库。

Django是一个功能全面的框架，适用于大型项目。它内置了ORM、表单处理、身份验证、管理后台等功能，减少了开发者的工作量。

3.2 学习曲线

Flask的学习曲线较为平缓，适合初学者快速上手。其简单易懂的设计理念使得开发者能够快速构建Web应用。

Django的学习曲线相对陡峭，但其强大的功能和一致的设计使得开发大型项目变得更加高效。一旦掌握了Django，开发者能够在短时间内构建功能丰富的Web应用。

3.3 社区与文档

Flask和Django都有活跃的社区和丰富的文档。Flask的文档简洁明了，Django的文档详尽全面，开发者可以根据需求选择合适的框架。

四、综合示例

4.1 Flask综合示例

创建一个名为flask_app的目录，并在其中创建以下文件：

4.1.1 app.py
from flask import Flask, render_template, redirect, url_for, flash
from flask_sqlalchemy import SQLAlchemy
from flask_wtf import FlaskForm
from wtforms import StringField, PasswordField, SubmitField
from wtforms.validators import DataRequired
from flask_login import LoginManager, UserMixin, login_user, logout_user, login_required, current_user

app = Flask(__name__)
app.config['SECRET_KEY'] = 'your_secret_key'
app.config['SQLALCHEMY_DATABASE_URI'] = 'sqlite:///app.db'
db = SQLAlchemy(app)
login_manager = LoginManager(app)
login_manager.login_view = 'login'

class User(UserMixin, db.Model):
    id = db.Column(db.Integer, primary_key=True)
    username = db.Column(db.String(80), unique=True, nullable=False)
    password = db.Column(db.String(120), nullable=False)

    def __repr__(self):
        return f'<User {self.username}>'

@login_manager.user_loader
def load_user(user_id):
    return User.query.get(int(user_id))

class RegisterForm(FlaskForm):
    username = StringField('Username', validators=[DataRequired()])
    password = PasswordField('Password', validators=[DataRequired()])
    submit = SubmitField('Register')

class LoginForm(FlaskForm):
    username = StringField('Username', validators=[DataRequired()])
    password = PasswordField('Password', validators=[DataRequired()])
    submit = SubmitField('Login')

@app.route('/')
def home():
    return render_template('home.html')

@app.route('/register', methods=['GET', 'POST'])
def register():
    form = RegisterForm()
    if form.validate_on_submit():
        user = User(username=form.username.data, password=form.password.data)
        db.session.add(user)
        db.session.commit()
        flash('You have been registered!', 'success')
        return redirect(url_for('login'))
    return render_template('register.html', form=form)

@app.route('/login', methods=['GET', 'POST'])
def login():
    form = LoginForm()
    if form.validate_on_submit():
        user = User.query.filter_by(username=form.username.data).first()
        if user and user.password == form.password.data:
            login_user(user)
            flash('Login successful!', 'success')
            return redirect(url_for('home'))
    return render_template('login.html', form=form)

@app.route('/logout')
@login_required
def logout():
    logout_user()
    flash('You have been logged out.', 'info')
    return redirect(url_for('home'))

if __name__ == '__main__':
    db.create_all()
    app.run(debug=True)
4.1.2 templates/home.html
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <title>Home</title>
</head>
<body>
    <h1>Welcome to Flask</h1>
    {% if current_user.is_authenticated %}
        <p>Hello, {{ current_user.username }}!</p>
        <a href="{{ url_for('logout') }}">Logout</a>
    {% else %}
        <a href="{{ url_for('login') }}">Login</a>
        <a href="{{ url_for('register') }}">Register</a>
    {% endif %}
</body>
</html>
4.1.3 templates/register.html
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <title>Register</title>
</head>
<body>
    <h1>Register</h1>
    <form method="POST">
        {{ form.hidden_tag() }}
        {{ form.username.label }} {{ form.username() }}
        {{ form.password.label }} {{ form.password() }}
        {{ form.submit() }}
    </form>
</body>
</html>
4.1.4 templates/login.html
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <title>Login</title>
</head>
<body>
    <h1>Login</h1>
    <form method="POST">
        {{ form.hidden_tag() }}
        {{ form.username.label }} {{ form.username() }}
        {{ form.password.label }} {{ form.password() }}
        {{ form.submit() }}
    </form>
</body>
</html>
4.2 Django综合示例

创建一个名为django_app的目录，并在其中创建以下文件：

4.2.1 创建Django项目
django-admin startproject django_app
cd django_app
python manage.py startapp main
4.2.2 配置settings.py

在settings.py中添加应用：

INSTALLED_APPS = [
    # ...
    'main',
    'django.contrib.sites',
    'django.contrib.messages',
]

MIDDLEWARE = [
    # ...
    'django.contrib.sessions.middleware.SessionMiddleware',
    'django.middleware.common.CommonMiddleware',
    'django.middleware.csrf.CsrfViewMiddleware',
    'django.contrib.auth.middleware.AuthenticationMiddleware',
    'django.contrib.messages.middleware.MessageMiddleware',
    'django.middleware.clickjacking.XFrameOptionsMiddleware',
]

TEMPLATES = [
    {
        'BACKEND': 'django.template.backends.django.DjangoTemplates',
        'DIRS': [BASE_DIR / 'templates'],
        'APP_DIRS': True,
        'OPTIONS': {
            'context_processors': [
                # ...
                'django.template.context_processors.request',
            ],
        },
    },
]

LOGIN_REDIRECT_URL = '/'
LOGOUT_REDIRECT_URL = '/'
4.2.3 创建模型

在main/models.py中定义模型：

from django.db import models
from django.contrib.auth.models import AbstractUser

class CustomUser(AbstractUser):
    pass

在main/admin.py中注册模型：

from django.contrib import admin
from .models import CustomUser

admin.site.register(CustomUser)
4.2.4 创建表单

在main/forms.py中定义表单：

from django import forms
from django.contrib.auth.forms import UserCreationForm, AuthenticationForm
from .models import CustomUser

class CustomUserCreationForm(UserCreationForm):
    class Meta(UserCreationForm.Meta):
        model = CustomUser
        fields = UserCreationForm.Meta.fields + ('email',)

class CustomAuthenticationForm(AuthenticationForm):
    class Meta:
        model

 = CustomUser
        fields = ('username', 'password')
4.2.5 配置URL和视图

在main/views.py中定义视图：

from django.shortcuts import render, redirect
from django.contrib.auth import login, logout
from .forms import CustomUserCreationForm, CustomAuthenticationForm

def home(request):
    return render(request, 'home.html')

def register(request):
    if request.method == 'POST':
        form = CustomUserCreationForm(request.POST)
        if form.is_valid():
            user = form.save()
            login(request, user)
            return redirect('home')
    else:
        form = CustomUserCreationForm()
    return render(request, 'register.html', {'form': form})

def login_view(request):
    if request.method == 'POST':
        form = CustomAuthenticationForm(request, data=request.POST)
        if form.is_valid():
            user = form.get_user()
            login(request, user)
            return redirect('home')
    else:
        form = CustomAuthenticationForm()
    return render(request, 'login.html', {'form': form})

def logout_view(request):
    logout(request)
    return redirect('home')

在django_app/urls.py中配置URL：

from django.contrib import admin
from django.urls import path
from main import views

urlpatterns = [
    path('admin/', admin.site.urls),
    path('', views.home, name='home'),
    path('register/', views.register, name='register'),
    path('login/', views.login_view, name='login'),
    path('logout/', views.logout_view, name='logout'),
]
4.2.6 创建模板

在项目根目录下创建一个templates目录，并在其中创建以下文件：

home.html

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <title>Home</title>
</head>
<body>
    <h1>Welcome to Django</h1>
    {% if user.is_authenticated %}
        <p>Hello, {{ user.username }}!</p>
        <a href="{% url 'logout' %}">Logout</a>
    {% else %}
        <a href="{% url 'login' %}">Login</a>
        <a href="{% url 'register' %}">Register</a>
    {% endif %}
</body>
</html>

register.html

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <title>Register</title>
</head>
<body>
    <h1>Register</h1>
    <form method="post">
        {% csrf_token %}
        {{ form.as_p }}
        <button type="submit">Register</button>
    </form>
</body>
</html>

login.html

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <title>Login</title>
</head>
<body>
    <h1>Login</h1>
    <form method="post">
        {% csrf_token %}
        {{ form.as_p }}
        <button type="submit">Login</button>
    </form>
</body>
</html>
4.2.7 运行项目

运行项目：

python manage.py runserver

在浏览器中访问http://127.0.0.1:8000/，你会看到Django应用的首页。

五、总结

通过本文的介绍，我们了解了Flask和Django两个流行的Python Web框架的基础知识。Flask作为一个轻量级框架，适合中小型项目，具有较高的灵活性。Django作为一个功能全面的框架，适合大型复杂项目，内置了丰富的功能。通过综合示例，我们展示了如何使用这两个框架构建Web应用，希望读者能够根据自己的需求选择合适的框架，并在实际项目中加以应用。

作者：Rjdeng
链接：https://juejin.cn/post/7398747326070865929

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