Flask 或 Django 簡介：構建 Web 應用程序

網絡開發領域提供了豐富的工具和框架，而 Python 作為一門多功能的語言，在構建健壯且可擴展的 Web 應用方面脫穎而出。本課程將作為你使用 Python 進行 Web 開發的入門指南，特別聚焦于兩個流行的框架：Flask 和 Django。我們將探討這些框架背后的基本概念，為你創建動態 Web 應用和 RESTful API 奠定基礎。理解這些框架對于將 AI 模型集成到 Web 應用中至關重要，這是全棧 AI 開發的關鍵環節。

Web 框架簡介：Flask 和 Django

Web 框架為構建 Web 應用程序提供結構，簡化了路由、模板和數據庫交互等常見任務。它們提供預構建的組件和工具，使開發者能夠專注于應用程序的獨特功能，而不是重新發明輪子。Flask 和 Django 是兩個最流行的 Python Web 框架，每個都有其自身的優勢和適用場景。

Flask：一個微框架

Flask 通常被描述為一個微框架，因為它只提供了構建 Web 應用所需的必要工具和庫。它輕量級、靈活，并賦予開發者對其使用結構和組件的高度控制。

• Flask 的主要功能：

  • 輕量級和靈活： Flask 的極簡設計允許開發者選擇他們需要的組件，使其非常適合小型項目或具有特定需求的應用。
  • 路由：?Flask 的路由系統允許你將 URL 映射到特定的函數，從而輕松定義應用程序的不同端點。
  • 模板化： Flask 使用 Jinja2 作為其默認模板引擎，允許您通過在模板中嵌入 Python 代碼來創建動態 HTML 頁面。
  • WSGI 兼容性： Flask 是一個符合 WSGI（Web 服務器網關接口）規范的框架，這意味著它可以在多種 Web 服務器上部署。
  • 可擴展：?Flask 的擴展系統允許您輕松地為應用程序添加功能，例如數據庫集成、身份驗證等。

  示例：?想象一下你正在構建一個簡單的個人網站。Flask 的輕量級特性讓你能夠快速為你的主頁、關于頁面和聯系表單設置路由，而無需承擔大型框架的額外負擔。

  反例：?如果你正在構建一個具有復雜用戶管理、訂單處理和產品目錄的大型電子商務平臺，與 Django 相比，Flask 可能需要更多的手動配置和外部庫的集成。

Django：一個功能完備的框架

Django 是一個高級的 Python Web 框架，為構建復雜的 Web 應用程序提供了一套全面的工具和功能。它遵循“開箱即用”的理念，為用戶認證、數據庫管理和表單處理等常見任務提供了內置組件。

• Django 的主要功能：

  • ORM（對象關系映射器）：?Django 的 ORM 允許你使用 Python 代碼與數據庫交互，抽象了 SQL 的復雜性。
  • 管理界面：?Django 會自動生成一個管理界面，用于管理應用程序的數據，使創建、讀取、更新和刪除記錄變得容易。
  • 安全特性：?Django 包含內置的安全特性，例如防范跨站腳本（XSS）、跨站請求偽造（CSRF）和 SQL 注入。
  • 模板引擎：?Django 有自己的模板引擎，它類似于 Jinja2，但有一些 Django 特有的功能。
  • 可擴展性：?Django 被設計用來處理大量的流量和數據，因此它適合構建可擴展的 Web 應用程序。

  示例：?考慮構建一個社交網站。Django 的內置用戶認證、數據庫管理和安全功能將顯著加快開發速度，并為復雜應用程序提供一個堅實的基礎。

  反例：?如果你正在創建一個功能簡單、單頁面的應用程序，Django 的豐富功能可能會過于繁瑣，而 Flask 可能是一個更合適的選擇。

在 Flask 和 Django 之間進行選擇

Flask 和 Django 之間的選擇取決于你項目的具體需求。

特性	Flask	Django
尺寸	微型框架	功能全面的框架
學習曲線	初始學習更簡單	學習曲線更陡峭
靈活性	高度靈活，更多控制	靈活性較低，更具主觀性
內置功能	極簡，需要更多擴展	許多內置功能
用例	中小型應用程序，API	大型復雜應用程序，內容管理系統

假設場景：?你需要構建一個簡單的 API 端點，從傳感器接收數據并將其存儲在數據庫中。Flask 的簡單性和靈活性使它成為這項任務的理想選擇。你可以快速設置一個路由，使用 SQLAlchemy（我們稍后會介紹）連接到數據庫，并處理數據。

設置開發環境

在開始使用 Flask 或 Django 構建 Web 應用程序之前，你需要設置一個開發環境。這通常涉及安裝 Python、創建虛擬環境以及安裝必要的包。

安裝 Python

如果你還沒有安裝 Python，可以從官方 Python 網站（https://www.python.org/downloads/）下載。確保下載最新版的穩定版 Python 3。

創建虛擬環境

虛擬環境是一個自包含的目錄，其中包含特定的 Python 解釋器以及為特定項目安裝的任何包。這有助于將您項目的依賴項與其他項目以及系統范圍的 Python 安裝隔離開來。

要創建虛擬環境，您可以使用 Python 3 自帶的?venv?模塊。

python3 -m venv venv

此命令在名為?venv?的目錄中創建一個虛擬環境。

要激活虛擬環境，請使用以下命令：

• 在 macOS 和 Linux 上：

  source venv/bin/activate
  

• 在 Windows 上：

  venv\Scripts\activate
  

虛擬環境激活后，您的 shell 提示符將帶有環境的名稱作為前綴（例如，(venv)）。

安裝 Flask 或 Django

虛擬環境激活后，您可以使用 Python 包管理器 pip 安裝 Flask 或 Django。

• 要安裝 Flask:

  pip install flask
  

• 要安裝 Django:

  pip install django
  

構建一個簡單的"Hello, World!"應用程序

讓我們使用 Flask 和 Django 創建一個基本的"Hello, World!"應用程序，以說明每個框架的基本概念。

Flask “你好，世界！”

1. 創建一個名為?app.py?的文件：

   from flask import Flaskapp = Flask(__name__)@app.route('/')
   def hello_world():return 'Hello, World!'if __name__ == '__main__':app.run(debug=True)
   

   解釋：

   • from flask import Flask: 從 flask 包中導入 Flask 類。
   • app = Flask(__name__): 創建 Flask 類的實例。__name__?參數是一個特殊的 Python 變量，表示當前模塊的名稱。
   • @app.route('/'): 這是一個裝飾器，告訴 Flask 哪個 URL 應該觸發我們的函數。在這種情況下，/?URL（根 URL）將觸發?hello_world()?函數。
   • def hello_world():: 當訪問?/?URL 時，這個函數會被調用。它返回字符串 ‘Hello, World!’，這個字符串將在瀏覽器中顯示。
   • if __name__ == '__main__':: 這是一個標準的 Python 慣用法，確保只有在腳本直接運行時（而不是作為模塊導入時）才會執行?app.run()?這一行。
   • app.run(debug=True): 啟動 Flask 開發服務器。參數?debug=True?啟用調試模式，提供有用的錯誤信息，并在你修改代碼時自動重新加載服務器。

2. 運行應用程序：

   python app.py
   

   這將啟動 Flask 開發服務器。打開你的網頁瀏覽器并前往?http://127.0.0.1:5000/（或終端中顯示的地址）。你應該能看到"Hello, World!"消息。

Django “你好，世界！”

1. 創建一個新的 Django 項目：

   django-admin startproject helloworld
   cd helloworld
   

   這會創建一個名為?helloworld?的新 Django 項目。

2. 創建一個新的 Django 應用：

   python manage.py startapp hello
   

   這會創建一個名為?hello?的新 Django 應用。

3. 編輯?helloworld/settings.py:

   在?INSTALLED_APPS?列表中添加?'hello'：

   INSTALLED_APPS = ['django.contrib.admin','django.contrib.auth','django.contrib.contenttypes','django.contrib.sessions','django.contrib.messages','django.contrib.staticfiles','hello',  # Add this line
   ]
   

4. 創建一個名為?hello/views.py?的文件：

   from django.http import HttpResponsedef hello_world(request):return HttpResponse("Hello, World!")
   

   解釋：

   • from django.http import HttpResponse?: 導入?HttpResponse?類，該類用于向客戶端發送 HTTP 響應。
   • def hello_world(request):: 當我們下一步定義的 URL 收到請求時，這個函數會被調用。它接受一個?request?對象作為參數，該對象包含了關于請求的信息。
   • return HttpResponse("Hello, World!")?: 這行代碼創建了一個?HttpResponse?對象，其內容為字符串"Hello, World!"，并將其返回。這將作為發送給瀏覽器的響應。

5. 創建一個名為?hello/urls.py?的文件：

   from django.urls import path
   from . import viewsurlpatterns = [path('', views.hello_world, name='hello_world'),
   ]
   

   解釋：

   • from django.urls import path: 導入?path?函數，該函數用于定義 URL 模式。
   • from . import views: 從當前目錄（即?hello?應用）導入?views?模塊。
   • urlpatterns = [...]: 這個列表定義了?hello?應用的 URL 模式。
   • path('', views.hello_world, name='hello_world')?: 這行代碼定義了一個 URL 模式，將根 URL（''）映射到?hello_world?視圖函數，該函數位于?views?模塊中。name?參數用于為 URL 模式命名，該名稱可用于在模板和其他代碼部分中引用它。

6. 編輯?helloworld/urls.py:

   包含?hello?應用的 URLs:

   from django.contrib import admin
   from django.urls import include, pathurlpatterns = [path('admin/', admin.site.urls),path('', include('hello.urls')),  # Add this line
   ]
   

   解釋：

   • from django.urls import include, path?: 導入?include?函數，用于包含其他應用中的 URL 模式。
   • path('', include('hello.urls'))?: 這行代碼包含了在?hello/urls.py?文件中定義的 URL 模式。這意味著所有以?/?開頭的 URL 都將由?hello?應用處理。

7. 運行遷移：

   python manage.py migrate
   

   此命令應用任何待處理的數據庫遷移。由于我們尚未定義任何模型，這將僅創建默認的 Django 表。

8. 運行開發服務器：

   python manage.py runserver
   

   這將啟動 Django 開發服務器。打開你的網頁瀏覽器并前往?http://127.0.0.1:8000/。你應該能看到"Hello, World!"的消息。

路由和 URL 處理

路由是將 URL 映射到 Web 應用程序中特定函數或視圖的過程。Flask 和 Django 都提供了定義路由和處理 URL 參數的機制。

Flask 路由

在 Flask 中，你使用?@app.route()?裝飾器來定義路由。該裝飾器以一個 URL 模式作為參數，并將其與一個函數關聯起來。

from flask import Flaskapp = Flask(__name__)@app.route('/')
def index():return 'Index Page'@app.route('/hello')
def hello():return 'Hello, World'@app.route('/user/<username>')
def show_user_profile(username):# show the user profile for that userreturn f'User {username}'@app.route('/post/<int:post_id>')
def show_post(post_id):# show the post with the given id, the id is an integerreturn f'Post {post_id}'

解釋：

• @app.route('/'): 將根 URL（/）映射到?index()?函數。
• @app.route('/hello'): 將?/helloURL 映射到?hello()?函數。
• @app.route('/user/<username>')?: 將類似?/user/john?或?/user/jane?的 URL 映射到?show_user_profile()?函數。<username>?部分是一個變量，將被作為參數傳遞給函數。
• @app.route('/post/<int:post_id>')?: 將類似?/post/123?或?/post/456?的 URL 映射到?show_post()?函數。其中?<int:post_id>?部分是一個變量，它將被作為整數參數傳遞給該函數。而?int:?部分則指定該變量應為整數。

Django URL 處理

在 Django 中，你使用?urls.py?文件中的?path()?函數來定義 URL 模式。path()?函數接受一個 URL 模式、一個視圖函數和一個可選的名稱作為參數。

from django.urls import path
from . import viewsurlpatterns = [path('', views.index, name='index'),path('hello/', views.hello, name='hello'),path('user/<str:username>/', views.show_user_profile, name='show_user_profile'),path('post/<int:post_id>/', views.show_post, name='show_post'),
]

解釋：

• path('', views.index, name='index')?: 將根 URL（/）映射到?index?視圖函數。
• path('hello/', views.hello, name='hello')?: 將?/hello/URL 映射到?hello?視圖函數。
• path('user/<str:username>/', views.show_user_profile, name='show_user_profile')?: 將類似?/user/john/?或?/user/jane/?的 URL 映射到?show_user_profile?視圖函數。其中?<str:username>?部分是一個變量，將被作為字符串參數傳遞給該函數。
• path('post/<int:post_id>/', views.show_post, name='show_post')?: 將類似?/post/123/?或?/post/456/?的 URL 映射到?show_post?視圖函數。?<int:post_id>?部分是一個變量，它將被作為整數參數傳遞給該函數。

模板化

模板化允許您通過在模板中嵌入 Python 代碼來創建動態 HTML 頁面。Flask 和 Django 都有自己的模板引擎。

Flask 模板（Jinja2）

Flask 使用 Jinja2 作為其默認模板引擎。Jinja2 允許你在模板中使用變量、循環和條件語句。

1. 在您的?templates?文件與?app.py?文件相同的目錄下創建一個名為?templates?的目錄。

2. 在?templates?目錄下創建一個名為?index.html?的文件：

   <!DOCTYPE html>
   <html>
   <head><title>Flask Template Example</title>
   </head>
   <body><h1>Hello, {{ name }}!</h1><p>Welcome to my website.</p>
   </body>
   </html>
   

   解釋：

   • {{ name }}: 這是一個 Jinja2 變量，它將被從 Python 代碼中傳遞過來的?name?變量的值所替換。

3. 修改你的?app.py?文件：

   from flask import Flask, render_templateapp = Flask(__name__)@app.route('/template/<name>')
   def index(name):return render_template('index.html', name=name)if __name__ == '__main__':app.run(debug=True)
   

   解釋：

   • from flask import Flask, render_template?: 導入?render_template?函數，該函數用于渲染 Jinja2 模板。
   • return render_template('index.html', name=name)?: 這行代碼渲染了?index.html?模板，并將?name?變量傳遞給模板。

4. 運行應用程序：

   python app.py
   

   打開你的網頁瀏覽器并前往?http://127.0.0.1:5000/template/John?。你應該能看到 “Hello, John!” 的消息。

Django 模板

Django 有自己的模板引擎，它類似于 Jinja2，但有一些 Django 特有的功能。

1. 在你的?hello?應用目錄中創建一個名為?templates?的目錄。

2. 在?templates?目錄下創建一個名為?index.html?的文件：

   <!DOCTYPE html>
   <html>
   <head><title>Django Template Example</title>
   </head>
   <body><h1>Hello, {{ name }}!</h1><p>Welcome to my website.</p>
   </body>
   </html>
   

   解釋：

   • {{ name }}: 這是一個 Django 模板變量，它將被從 Python 代碼中傳遞過來的?name?變量的值所替換。

3. 修改你的?hello/views.py?文件：

   from django.shortcuts import renderdef index(request, name):return render(request, 'index.html', {'name': name})
   

   解釋：

   • from django.shortcuts import render?: 導入?render?函數，該函數用于渲染 Django 模板。
   • return render(request, 'index.html', {'name': name})?: 這行代碼渲染了?index.html?模板，并將?name?變量傳遞給模板。

4. 修改你的?hello/urls.py?文件：

   from django.urls import path
   from . import viewsurlpatterns = [path('template/<str:name>/', views.index, name='index'),
   ]
   

5. 運行開發服務器：

   python manage.py runserver
   

   打開你的網頁瀏覽器并前往?http://127.0.0.1:8000/template/John/?。你應該能看到 “Hello, John!” 的消息。