Python虚拟环境详解与使用教程

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在使用Python编程时，我们通常依赖pip来安装第三方库。然而，由于pip的特性，系统中只能安装每个库的一个版本。然而，在实际的项目开发中，不同的项目可能需要不同版本的第三方库。Python通过虚拟环境提供了解决方案。顾名思义，虚拟环境是一个隔离的Python运行环境，每个项目可以拥有自己的虚拟环境，独立使用pip安装所需的第三方库，避免不同项目间的冲突。本文将介绍创建虚拟环境所需的工具。

在众多工具中，virtualenv是最经典且广泛使用的。它支持Python 2和Python 3。不过，Python 3新增了一个名为venv的工具，将在后面详细介绍。

安装virtualenv的最简单方式是使用pip：

pip install virtualenv

安装后即可创建虚拟环境，指定虚拟环境的路径为ENV：

virtualenv ENV

这将生成ENV/lib/、ENV/include和ENV/bin（Windows系统下为ENV/Scripts）几个文件夹，构成一个完整的Python环境。ENV/lib/中包含pip等工具，用于安装第三方库，与系统中已安装的Python互不干扰。

在创建虚拟环境时，可以使用--system-site-packages参数，使虚拟环境继承主环境的所有第三方库。如果希望虚拟环境独立，则不使用此参数。

要激活虚拟环境，需运行其中的activate脚本（注意Windows和Linux系统的差异）：

\path\to\env\Scripts\activate

激活后，所有Python命令和pip包都在虚拟环境中，不影响主Python环境。

退出虚拟环境，执行以下命令：

\path\to\env\Scripts\deactivate

在Windows系统下，使用Powershell需先更新脚本执行策略：

PS C:\> Set-ExecutionPolicy AllSigned

然后运行activate.ps1脚本进入虚拟环境。

删除虚拟环境只需删除相应目录即可。

virtualenv还有一些高级特性，如配置文件和扩展能力，详细信息请参考官方文档。

Python 3引入了标准库中的venv，仅适用于Python 3，吸收了virtualenv的优点，但由于其局限性，使用率较低。如果只在Python 3环境中工作，可以考虑使用venv。

在Python 3.3和3.4中，存在一个名为pyvenv的包，但在Python 3.6中已被废弃，建议使用venv。

创建venv虚拟环境与virtualenv类似，指定虚拟环境的目录即可：

python3 -m venv /path/to/new/virtual/environment

venv也会创建同样的目录，并生成一个pyvenv.cfg配置文件，记录主环境和虚拟环境的属性：

home = C:\Program Files\Python37include-system-site-packages = falseversion = 3.7.0

venv的使用方法与virtualenv类似，扩展性方面可能存在差异，但本文仅介绍基本用法。详细信息请参考官方文档12. Virtual Environments and Packages以及PEP 405。

本文主要介绍了虚拟环境的概念和工具，但Python中还有其他名为XXenv的包容易混淆，下面简要介绍一下。

首先是pyenv，注意它没有带v，不是用于创建虚拟环境的，而是管理多版本Python的工具。pyenv通过在系统环境变量前插入“垫片”路径来实现Python版本的切换，方便在不同版本间切换。

关于pyenv的详细内容，我已在另一篇文章中介绍，这里不再赘述。

pipenv是较新的工具，模仿npm等包管理器，集成了创建虚拟环境和依赖管理功能。pipenv官方网站强调对Windows系统的支持，其作者Kenneth Reitz以开发requests、requests-html等库闻名。pipenv底层使用virtualenv等工具创建虚拟环境，并支持与pyenv配合使用。

pipenv的主要功能包括：

1. 创建虚拟环境。pipenv可以使用系统中已安装的Python创建虚拟环境，并通过一条命令切换到其他版本，自动重新安装依赖包。由于pipenv只能搜索已安装的Python，可能需要与pyenv配合使用。
2. 依赖管理。pipenv通过Pipfile和lock文件管理依赖，安装第三方包时，依赖信息保存到配置文件中，方便项目在其他环境中快速恢复。此外，pipenv还提供终端彩色输出、显示依赖图等特色功能。由于其实用性，许多公司已开始使用pipenv，例如heroku在部署Python项目时要求使用pipenv。

关于pipenv的详细用法，我也已在另一篇文章中介绍，这里不再重复。