掌握 Python 命令行界面 (CLI)：综合指南

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介绍

python 以其多功能性和易用性而闻名，尤其是在构建命令行界面 (cli) 应用程序时。无论您是想自动执行日常任务、构建开发人员工具还是创建灵活的脚本，python 丰富的生态系统都提供了各种库来高效处理 cli。

在这篇博文中，我们将深入探讨如何使用 python 中的 cli，涵盖以下内容：

• 为什么要构建 cli？
• 用于构建 cli 的 python 模块
• 命令行参数的基础知识
• 使用 argparse 的高级功能
• 通过单击构建 cli 工具
• cli 工具中的错误处理
• 打包 cli 工具进行分发

在这篇文章结束时，您将能够创建强大且用户友好的命令行应用程序。

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为什么要构建 cli？

cli 广泛用于系统管理、数据处理和软件开发，因为它们提供：

1. 自动化：编写重复任务脚本以节省时间并减少错误。
2. 简单性：通过几次按键即可运行复杂的命令。
3. 可移植性：一个精心构建的 cli 工具可以在任何没有 gui 的机器上使用。
4. 开发者工具：许多开发工具（如 git、npm 和 pip）都是基于 cli 的。

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用于 cli 开发的 python 模块

python 提供了多个库来构建 cli 工具：

1. sys.argv：直接访问命令行参数，适合小型、简单的脚本。
2. argparse：用于处理命令行参数并自动生成帮助的内置模块。
3. click：一个强大而灵活的库，用于创建复杂的 cli 应用程序。
4. typer：一个基于 click 构建的现代库，它使用 python 类型提示以方便使用。

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使用 sys.argv

sys.argv 是访问命令行参数的基本方法。它将命令行参数存储为列表，其中第一个元素始终是脚本名称。

import sys

# command-line arguments
print(f"script name: {sys.argv[0]}")
print(f"arguments: {sys.argv[1:]}")

运行脚本：

$ python script.py arg1 arg2 arg3
script name: script.py
arguments: ['arg1', 'arg2', 'arg3']

sys.argv 的限制：

• 无类型检查：所有输入都被视为字符串。
• 没有内置帮助消息：您需要手动验证输入并显示使用信息。

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使用 argparse 构建 cli

argparse 模块是用于创建 cli 的 python 标准库。它提供比 sys.argv 更多的控制，并自动生成帮助消息和错误处理。

基本示例：

import argparse

parser = argparse.argumentparser(description="a simple cli tool")
parser.add_argument("name", help="your name")
parser.add_argument("--greet", help="custom greeting", default="hello")

args = parser.parse_args()

print(f"{args.greet}, {args.name}!")

运行脚本：

$ python script.py alice
hello, alice!

$ python script.py alice --greet hi
hi, alice!

argparse 的主要特性：

1. 位置和可选参数：轻松定义必需和可选参数。
2. 类型检查：确保用户提供正确的数据类型。
3. 选择：使用choices参数将输入限制为特定值。
4. 帮助消息：使用 -h 或 --help 标志自动生成帮助。

类型检查和选择示例：

parser.add_argument("age", type=int, help="your age")
parser.add_argument("--format", choices=["json", "xml"], help="output format")

运行脚本：

$ python script.py alice 30 --format json

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点击即可使用高级 cli 工具

click 是一个用于创建命令行界面的更高级的库。它提供了一种基于装饰器的方法来定义命令、子命令和选项。

为什么要使用点击？

• 更好的可读性：更pythonic、基于装饰器的语法。
• 自动参数验证：确保参数得到正确验证。
• 可重用组件：命令、选项和参数可以在应用程序的不同部分轻松重用。

使用点击的基本示例：

import click

@click.command()
@click.option('--name', prompt='your name', help='the person to greet.')
@click.option('--greet', default="hello", help='greeting to use.')
def greet(name, greet):
    """simple program that greets name with a greet."""
    click.echo(f'{greet}, {name}!')

if __name__ == '__main__':
    greet()

运行脚本：

$ python greet.py --name alice --greet hi
hi, alice!

点击子命令：

您可以使用多个子命令创建更复杂的 cli 工具。

import click

@click.group()
def cli():
    pass

@cli.command()
def start():
    click.echo("starting the application...")

@cli.command()
def stop():
    click.echo("stopping the application...")

if __name__ == '__main__':
    cli()

运行脚本：

$ python app.py start
starting the application...

$ python app.py stop
stopping the application...

cli 工具中的错误处理

无论您使用哪个库，错误处理对于提供流畅的用户体验都至关重要。

argparse 中的示例：

如果缺少必需的参数，argparse 将抛出错误并显示使用说明：

$ python script.py
usage: script.py [-h] name
script.py: error: the following arguments are required: name

点击错误处理：

在单击中，您可以使用装饰器引发自定义异常并优雅地处理错误。

@click.command()
@click.option('--count', type=int, help='number of repetitions')
def repeat(count):
    if count is none or count < 1:
        raise click.badparameter("count must be a positive integer.")
    click.echo('repeating...' * count)

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将 argparse 和 click 与其他库结合

要扩展 cli 功能，您可以将 argparse 或 click 与其他库（如操作系统、子进程，甚至自定义库）结合起来。

示例：将 argparse 与 os 结合

import os
import argparse

parser = argparse.argumentparser(description="file operations cli")
parser.add_argument("filename", help="name of the file to check")
parser.add_argument("--create", action="store_true", help="create the file if it does not exist")

args = parser.parse_args()

if os.path.exists(args.filename):
    print(f"{args.filename} already exists.")
else:
    if args.create:
        with open(args.filename, 'w') as f:
            f.write("new file created.")
        print(f"{args.filename} created.")
    else:
        print(f"{args.filename} does not exist.")

运行脚本：

$ python filecli.py example.txt --create
example.txt created.

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打包您的 cli 工具

要分发 cli 工具，您可以使用 setuptools 对其进行打包，并使其在任何系统上均可全局访问。

第1步：创建setup.py文件

from setuptools import setup

setup(
    name='greet-cli',
    version='0.1',
    py_modules=['greet'],
    install_requires=[
        'click',
    ],
    entry_points='''
        [console_scripts]
        greet=greet:greet
    ''',
)

第 2 步：在本地安装 cli

$ pip install --editable .

现在，greet 命令在全球可用：

$ greet --name alice
hello, alice!

在 pypi 上分发

要公开分发您的工具，请创建一个 pypi 帐户并按照以下步骤上传您的包：

1. 构建包：

   python setup.py sdist bdist_wheel

1. 上传包：

   twine upload dist/*

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构建 cli 的最佳实践

1. 提供清晰的帮助消息：始终包含 --help 来指导用户。
2. 验证输入：使用类型检查并优雅地处理异常。
3. 设计直观的命令：确保您的命令结构符合逻辑且易于使用。
4. 使用边缘情况进行测试：即使输入无效，也确保您的 cli 工具正常运行。
5. 模块化您的代码：将命令行逻辑与核心功能分开，以便于测试和维护。

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结论

python 提供了一个用于构建命令行界面 (cli) 应用程序的优秀工具包。无论您使用内置的 argparse 模块还是功能更丰富的 click，您都可以创建功能强大、用户友好的工具，这些工具可以自动化工作流程、处理数据并提高生产力。

现在您已经了解了在 python 中使用 cli 的基础知识和高级功能，是时候将其付诸实践了。构建您自己的工具，分享它，甚至在全球范围内分发它！

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