实现一个简易的 Python Web 框架：从零开始构建
Web 开发是当今软件开发中不可或缺的一部分。Python 作为一种简洁且功能强大的编程语言，拥有许多成熟的 Web 框架，如 Django 和 Flask。然而，对于初学者来说，直接使用这些框架可能会让人感到不知所措。因此，本文将引导你从零开始构建一个简易的 Python Web 框架，帮助你理解 Web 框架的核心原理和实现细节。
HTTP 协议简介
在深入探讨 Web 框架之前，我们先简要回顾一下 HTTP 协议。HTTP（HyperText Transfer Protocol）是用于客户端与服务器之间通信的应用层协议。它定义了请求和响应的消息格式，包括请求方法（GET、POST 等）、状态码（200、404 等）以及头信息等。
一个典型的 HTTP 请求如下：
GET /index.html HTTP/1.1Host: www.example.comUser-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64)Accept: text/html,application/xhtml+xml服务器收到请求后会返回一个响应：
HTTP/1.1 200 OKDate: Mon, 27 Jul 2009 12:28:53 GMTServer: ApacheContent-Type: text/html; charset=UTF-8<html> <body> <h1>Hello, World!</h1> </body></html>创建一个简单的 HTTP 服务器
为了更好地理解 HTTP 协议的工作原理，我们可以使用 Python 的内置模块 http.server 创建一个简单的 HTTP 服务器。这个模块提供了处理 HTTP 请求的基本功能。
from http.server import BaseHTTPRequestHandler, HTTPServerclass SimpleHTTPRequestHandler(BaseHTTPRequestHandler): def do_GET(self): self.send_response(200) self.send_header('Content-type', 'text/html') self.end_headers() self.wfile.write(b'Hello, World!')def run(server_class=HTTPServer, handler_class=SimpleHTTPRequestHandler, port=8000): server_address = ('', port) httpd = server_class(server_address, handler_class) print(f'Starting httpd server on port {port}...') httpd.serve_forever()if __name__ == '__main__': run()运行上述代码后，打开浏览器访问 http://localhost:8000，你将看到 "Hello, World!" 的页面。这表明我们已经成功创建了一个基本的 HTTP 服务器。
构建路由系统
接下来，我们将为我们的 Web 框架添加路由功能。路由是指根据不同的 URL 路径执行不同的处理逻辑。我们将使用字典来存储路由映射，并编写一个简单的路由解析器。
from http.server import BaseHTTPRequestHandler, HTTPServerimport urllib.parse as urlparseroutes = {}def route(path, method='GET'): def decorator(func): routes[(path, method)] = func return func return decoratorclass SimpleHTTPRequestHandler(BaseHTTPRequestHandler): def _set_headers(self, status_code=200, content_type='text/html'): self.send_response(status_code) self.send_header('Content-type', content_type) self.end_headers() def do_GET(self): parsed_path = urlparse.urlparse(self.path) path = parsed_path.path query_params = urlparse.parse_qs(parsed_path.query) if (path, 'GET') in routes: response = routes[(path, 'GET')](query_params) self._set_headers() self.wfile.write(response.encode('utf-8')) else: self._set_headers(404) self.wfile.write(b'404 Not Found')@route('/')def home_page(params): return '<h1>Welcome to the Home Page</h1>'@route('/about')def about_page(params): return '<h1>About Us</h1>'if __name__ == '__main__': run()在这个版本中，我们引入了装饰器 @route 来注册路由，并通过解析 URL 路径来匹配相应的处理函数。现在你可以通过访问 http://localhost:8000/ 和 http://localhost:8000/about 来查看不同的页面内容。
添加模板支持
为了使页面更加动态和灵活，我们可以引入模板引擎。这里我们使用 Python 内置的字符串模板功能作为简单的模板引擎。
首先，我们需要定义一些 HTML 模板文件。假设我们有两个模板文件 templates/home.html 和 templates/about.html，其内容分别为：
<!-- templates/home.html --><!DOCTYPE html><html><head> <title>Home Page</title></head><body> <h1>Welcome to the Home Page</h1> <p>This is the home page content.</p></body></html><!-- templates/about.html --><!DOCTYPE html><html><head> <title>About Us</title></head><body> <h1>About Us</h1> <p>This is the about us page content.</p></body></html>然后，我们在代码中读取这些模板文件并进行渲染：
import osfrom string import TemplateTEMPLATES_DIR = 'templates'def render_template(template_name, context=None): if context is None: context = {} template_path = os.path.join(TEMPLATES_DIR, template_name) with open(template_path, 'r', encoding='utf-8') as file: template_content = file.read() template = Template(template_content) return template.substitute(context)@route('/')def home_page(params): return render_template('home.html')@route('/about')def about_page(params): return render_template('about.html')if __name__ == '__main__': run()通过这种方式，我们可以轻松地管理和维护 HTML 模板文件，同时保持代码的清晰和可读性。
支持 POST 请求
除了 GET 请求，Web 应用通常还需要处理 POST 请求以接收用户提交的数据。下面我们将扩展我们的 Web 框架以支持 POST 请求。
import jsonclass SimpleHTTPRequestHandler(BaseHTTPRequestHandler): # ... 前面的代码不变 ... def do_POST(self): content_length = int(self.headers['Content-Length']) post_data = self.rfile.read(content_length).decode('utf-8') try: data = json.loads(post_data) except json.JSONDecodeError: self._set_headers(400) self.wfile.write(b'Invalid JSON format') return if (self.path, 'POST') in routes: response = routes[(self.path, 'POST')](data) self._set_headers() self.wfile.write(json.dumps(response).encode('utf-8')) else: self._set_headers(404) self.wfile.write(b'404 Not Found')@route('/submit', method='POST')def submit_form(data): name = data.get('name', '') message = f'Thank you, {name}!' return {'message': message}if __name__ == '__main__': run()现在，你可以通过发送 POST 请求到 /submit 接口来测试表单提交功能。例如，使用 curl 工具：
curl -X POST -H "Content-Type: application/json" -d '{"name": "Alice"}' http://localhost:8000/submit你应该会收到类似以下的响应：
{"message": "Thank you, Alice!"}总结
通过以上步骤，我们已经成功构建了一个简易的 Python Web 框架，具备了基本的 HTTP 服务器、路由系统、模板支持和 POST 请求处理功能。当然，这只是一个非常基础的框架，实际生产环境中的 Web 框架需要考虑更多因素，如安全性、性能优化、数据库集成等。希望这篇文章能够帮助你理解 Web 框架的工作原理，并激发你进一步探索的兴趣。
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