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摘要

本文聚焦pip install安装Pillow（Python Imaging Library）时出现的“fatal error: png.h: No such file or directory”编译报错，该报错核心是系统缺失libpng开发库（包含png.h头文件和编译所需的静态/动态链接库），导致Pillow源码编译过程中无法找到PNG图像处理的核心依赖。文章从报错本质、系统差异、依赖逻辑出发，拆解Linux、macOS、Windows三大系统下的报错根源（系统依赖缺失、编译环境不完整、依赖链断裂等），提供分系统的精准解决方案：Linux下安装libpng开发包、macOS通过Homebrew补全libpng依赖、Windows优先使用预编译包规避编译；同时覆盖“安装依赖后仍报错”的高频排障场景，搭配详细命令、操作步骤与验证方法，帮助开发者彻底解决该编译报错，同时给出预防策略（优先预编译包、提前配置系统依赖），避免同类问题复发。

一、报错核心认知：不是Pillow问题，是系统编译依赖缺失

“fatal error: png.h: No such file or directory”是Python第三方库安装中典型的系统级编译依赖缺失报错，而非Pillow包本身的问题，新手极易误判为“Pillow安装包损坏”或“网络下载失败”，但本质逻辑是：

• Pillow作为处理图像的Python库，底层依赖C语言编写的libpng库实现PNG格式解析，pip安装Pillow时，若系统无预编译的Pillow二进制包（whl），会自动下载源码并本地编译；
• 编译过程中，编译器需要读取libpng的png.h头文件（定义PNG处理的核心函数/结构体）和libpng.so/libpng.dylib/libpng.lib链接库，若系统未安装libpng开发包，这些文件缺失，编译直接中断并抛出该报错；
• 报错高发场景：纯命令行的Linux服务器（最小化安装）、未配置Xcode Command Line Tools的macOS、未安装Visual Studio Build Tools的Windows，以及所有未手动安装libpng开发依赖的环境。

1.1 典型报错输出（不同系统）

场景1：Linux（Ubuntu/Debian）

pipinstallpillow Collecting pillow Downloading Pillow-10.1.0.tar.gz(5.5MB)|████████████████████████████████|5.5MB1.2MB/s Preparing metadata(setup.py)... error error: subprocess-exited-with-error × python setup.py egg_info did not run successfully. │exitcode:1╰─>[Pillow setup.py 编译日志]running egg_info writing src/Pillow.egg-info/PKG-INFO writing dependency_links to src/Pillow.egg-info/dependency_links.txt writing top-level names to src/Pillow.egg-info/top_level.txt reading manifestfile'src/Pillow.egg-info/SOURCES.txt'reading manifest template'MANIFEST.in'warning: no files found matching'*.c'under directory'src/PIL'warning: no files found matching'*.h'under directory'src/PIL'warning: no files found matching'*.sh'under directory'src/PIL'adding licensefile'LICENSE'writing manifestfile'src/Pillow.egg-info/SOURCES.txt'running build_ext building'PIL._imaging'extension gcc -pthread -Wno-unused-result -Wsign-compare -DNDEBUG -g -fwrapv -O2 -Wall -g -fstack-protector-strong -Wformat -Werror=format-security -g -fwrapv -O2 -fPIC -I/usr/include/python3.10 -c src/_imaging.c -o build/temp.linux-x86_64-3.10/src/_imaging.o src/_imaging.c:76:10: fatal error: png.h: No suchfileor directory76|#include "png.h"|^~~~~~~ compilation terminated. error:command'/usr/bin/gcc'failed withexitcode1[end of output]note: This error originates from a subprocess, and is likely not a problem with pip. error: metadata-generation-failed × Encountered errorwhilegenerating package metadata. ╰─>See aboveforoutput. note: This is an issue with the package mentioned above, not pip. hint: See abovefordetails.

场景2：macOS

pipinstallpillow Collecting pillow Using cached Pillow-10.1.0.tar.gz(5.5MB)Preparing metadata(setup.py)... error error: subprocess-exited-with-error × python setup.py egg_info did not run successfully. │exitcode:1╰─>[Pillow setup.py 编译日志]running egg_info writing src/Pillow.egg-info/PKG-INFO... running build_ext building'PIL._imaging'extension clang -Wno-unused-result -Wsign-compare -Wunreachable-code -fno-common -dynamic -DNDEBUG -g -fwrapv -O3 -Wall -isysroot /Library/Developer/CommandLineTools/SDKs/MacOSX14.0.sdk -I/Library/Developer/CommandLineTools/SDKs/MacOSX14.0.sdk/usr/include -I/Library/Developer/CommandLineTools/SDKs/MacOSX14.0.sdk/System/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/3.11/include/python3.11 -c src/_imaging.c -o build/temp.macosx-14.0-x86_64-3.11/src/_imaging.o src/_imaging.c:76:10: fatal error:'png.h'filenot found#include "png.h"^~~~~~~1error generated. error:command'/usr/bin/clang'failed withexitcode1[end of output]

场景3：Windows（PowerShell）

pipinstallpillow Collecting pillow Downloading Pillow-10.1.0.tar.gz(5.5MB)|████████████████████████████████|5.5MB2.1MB/s Preparing metadata(setup.py)... error error: subprocess-exited-with-error × python setup.py egg_info did not run successfully. │exitcode:1╰─>[Pillow setup.py 编译日志]running egg_info writing src\Pillow.egg-info\PKG-INFO... running build_ext building'PIL._imaging'extension cl.exe /c /nologo /Ox /W3 /GL /DNDEBUG /MD -Isrc -I"C:\Python311\include"-I"C:\Python311\Include"-IC:\Users\user\AppData\Local\Temp\pip-build-env-xxxx\overlay\Lib\site-packages\numpy\core\include -Tp src\_imaging.c /Fobuild\temp.win-amd64-cpython-311\Release\src\_imaging.obj _imaging.c src\_imaging.c(76): fatal error C1083: 无法打开包括文件: “png.h”: No suchfileor directory error:command'C:\\Program Files\\Microsoft Visual Studio\\2022\\BuildTools\\bin\\HostX64\\x64\\cl.exe'failed withexitcode2[end of output]

1.2 新手常见误判与无效操作

面对该报错，90%的新手会执行以下无效操作，浪费大量排查时间：

1. 反复执行pip install pillow，认为是“临时编译失败”，但报错持续；
2. 下载Pillow源码包手动执行python setup.py install，未解决libpng依赖缺失的核心问题；
3. 重装Python/Pip，忽略系统级依赖的缺失；
4. 仅安装libpng运行时库（如Linux的libpng16-16），未安装包含头文件的开发包（libpng-dev）；
5. Windows下直接下载png.h文件手动放到Python目录，未解决链接库缺失的问题；
6. 认为是“网络问题”，切换PyPI源后重试，却未意识到是本地编译依赖问题。

二、报错根源拆解：4大类核心诱因

该报错的底层逻辑是：pip install pillow → 无预编译whl包 → 触发源码编译 → 编译器查找png.h/libpng → 缺失 → 编译中断。核心诱因可分为4类：

2.1 系统层面缺失libpng开发库（核心原因）

libpng库分为“运行时库”和“开发库”两类，新手常混淆二者：

• 运行时库：如Linux的libpng16-16、macOS的libpng、Windows的libpng.dll，仅用于运行已编译好的程序，不包含png.h头文件；
• 开发库：如Linux的libpng-dev、macOS的libpng-devel、Windows的libpng-devel，包含png.h头文件、静态链接库（libpng.a）、动态链接库（libpng.so），是源码编译的必需依赖；
• 几乎所有最小化安装的系统（如Linux服务器、新装机的macOS/Windows）仅预装运行时库（甚至无），未安装开发库，导致编译失败。

2.2 编译环境未配置完整

即使安装了libpng开发库，缺少基础编译工具仍会触发报错（或后续连锁报错）：

• Linux：未安装gcc、make、pkg-config（用于定位libpng库路径）；
• macOS：未安装Xcode Command Line Tools（缺少clang编译器和系统头文件）；
• Windows：未安装Visual Studio Build Tools（缺少cl.exe编译器和Windows SDK），或未勾选“C++构建工具”组件。

2.3 Pillow依赖的其他图像库缺失（连锁报错）

Pillow不仅依赖libpng，还依赖libjpeg、libtiff、zlib等库处理不同格式图像，若仅安装libpng开发库，可能触发新的编译报错（如jpeg.h: No such file or directory），新手易误认为“libpng安装无效”。

2.4 安装方式选择不当（源码编译vs预编译包）

pip优先安装预编译的whl包，仅在以下场景触发源码编译：

• 系统架构特殊（如ARM64、MIPS），PyPI无对应whl包；
• Python版本过新/过旧（如Python 3.12刚发布时，Pillow未及时适配）；
• Windows下未安装pipwin等工具，无法自动下载预编译包；
• 手动指定--no-binary :all:参数强制源码编译。

三、系统化解决步骤：分系统精准适配

解决该报错的核心逻辑是“先补全系统依赖，再优先安装预编译包，最后按需配置编译环境”，以下按系统分类提供详细方案（优先级：预编译包 > 安装开发库 > 配置编译环境）：

3.1 前置验证：确认报错与Pillow/libpng相关

先执行以下命令，确认报错根源：

# 1. 检查是否有预编译whl包（Linux/macOS）pip debug --verbose|greppillow# 输出包含“pillow-xxx-xxx.whl”说明有预编译包，无则触发源码编译# 2. 检查系统是否有png.h（Linux/macOS）find/usr /usr/local -name"png.h"# 无输出说明未安装libpng开发库# 3. Windows：检查是否安装Visual Studio Build Toolswhere cl.exe# 无输出说明未安装编译工具

3.2 Linux系统解决方案（覆盖90%服务器场景）

Linux不同发行版的包管理器不同，需针对性安装依赖：

子场景1.1：Debian/Ubuntu/Mint

步骤1：安装基础编译工具+libpng开发库

# 更新包索引sudoaptupdate# 安装基础编译工具（gcc/make/pkg-config）sudoaptinstall-y build-essential pkg-config# 安装libpng开发库（核心）sudoaptinstall-y libpng-dev# 可选：安装Pillow全依赖（避免后续jpeg/tiff报错）sudoaptinstall-y libjpeg-dev libtiff-dev libfreetype6-dev libwebp-dev zlib1g-dev

步骤2：安装Pillow（自动使用预编译包/编译）

# 优先安装预编译包pipinstallpillow --upgrade# 若仍触发编译，强制指定libpng路径（可选）PKG_CONFIG_PATH=/usr/lib/x86_64-linux-gnu/pkgconfig pipinstallpillow

子场景1.2：CentOS/RHEL/Fedora

步骤1：安装基础编译工具+libpng开发库

# CentOS/RHEL 7/8sudoyuminstall-y gccmakepkgconfig# CentOS/RHEL 9/Fedorasudodnfinstall-y gccmakepkgconfig# 安装libpng开发库（核心）sudoyuminstall-y libpng-devel# CentOS/RHELsudodnfinstall-y libpng-devel# Fedora# 可选：安装Pillow全依赖sudoyuminstall-y libjpeg-turbo-devel libtiff-devel freetype-devel libwebp-devel zlib-devel

步骤2：安装Pillow

pipinstallpillow --upgrade

子场景1.3：Arch Linux/Manjaro

# 安装libpng开发库sudopacman -S --needed libpng base-devel# 可选：安装Pillow全依赖sudopacman -S --needed libjpeg-turbo libtiff freetype2 libwebp zlib# 安装Pillowpipinstallpillow --upgrade

3.3 macOS系统解决方案

macOS依赖Homebrew包管理器（无则先安装）：

步骤1：安装Homebrew（若未安装）

# 执行官方安装脚本/bin/bash -c"$(curl-fsSL https://raw.githubusercontent.com/Homebrew/install/HEAD/install.sh)"# 配置环境变量（Intel芯片）echo'export PATH="/usr/local/bin:$PATH"'>>~/.zshrcsource~/.zshrc# 配置环境变量（M1/M2芯片）echo'export PATH="/opt/homebrew/bin:$PATH"'>>~/.zshrcsource~/.zshrc

步骤2：安装Xcode Command Line Tools（编译器）

# 安装命令行工具xcode-select --install# 确认安装成功xcode-select -p# 输出：/Library/Developer/CommandLineTools

步骤3：安装libpng开发库+Pillow

# 安装libpng（自动安装开发版）brewinstalllibpng# 可选：安装Pillow全依赖brewinstalllibjpeg libtiff freetype libwebp zlib# 安装Pillow（Homebrew会自动配置库路径）pipinstallpillow --upgrade

特殊场景：M1/M2芯片macOS

若编译报错“architecture mismatch”，强制指定ARM架构编译：

# 设置架构变量exportARCHFLAGS="-arch arm64"# 重新安装pipinstallpillow --upgrade --no-cache-dir

3.4 Windows系统解决方案（优先预编译包）

Windows下源码编译流程复杂，优先使用预编译包，仅在预编译包不可用时配置编译环境：

子场景1.1：推荐方案——安装预编译Pillow包（无需编译）

使用pipwin工具自动下载Windows预编译whl包：

步骤1：安装pipwin

# 以管理员身份运行PowerShellpip install pipwin

步骤2：通过pipwin安装Pillow

# 自动下载并安装适配的预编译包pipwin install pillow

子场景1.2：备选方案——配置编译环境（进阶）

若pipwin无法使用，手动配置编译环境：

步骤1：安装Visual Studio Build Tools

1. 下载地址：https://visualstudio.microsoft.com/visual-cpp-build-tools/
2. 运行安装程序，勾选以下组件：
   • “Desktop development with C++”（核心）；
   • “MSVC v143 - VS 2022 C++ x64/x86 build tools”；
   • “Windows 10/11 SDK”（匹配系统版本）；
3. 等待安装完成（约5GB），重启PowerShell。

步骤2：安装libpng开发库

1. 下载预编译的libpng开发包：https://sourceforge.net/projects/libpng/files/libpng16/1.6.40/
2. 解压到C:\libpng，确保路径包含include（png.h）和lib（libpng.lib）；
3. 配置环境变量：

   # 临时配置（本次PowerShell生效）$env:INCLUDE+=";C:\libpng\include"$env:LIB+=";C:\libpng\lib"# 永久配置：控制面板→系统→高级系统设置→环境变量→编辑PATH/INCLUDE/LIB

步骤3：安装Pillow

# 触发编译并指定libpng路径pip install pillow--upgrade

子场景1.3：极简方案——使用conda安装（避免编译）

若安装了Anaconda/Miniconda，直接通过conda安装（conda自动处理依赖）：

conda install-c anaconda pillow

3.5 验证安装效果

执行以下命令，确认Pillow安装成功且PNG功能正常：

# 打开Python交互环境python# 导入Pillow并测试PNG处理fromPILimportImage# 创建测试PNG图片img=Image.new('RGB',(100,100),color='red')img.save('test.png')# 无报错说明PNG功能正常# 读取测试图片test_img=Image.open('test.png')print(test_img.size)# 输出：(100, 100)

四、高频排障技巧：解决“安装依赖后仍报错”

4.1 安装libpng-dev后仍提示png.h缺失

原因：

1. libpng开发库安装路径未被pkg-config识别；
2. 编译器未找到libpng库路径；
3. 虚拟环境隔离导致系统依赖未加载。

解决方案：

# 1. 检查pkg-config是否识别libpngpkg-config --cflags libpng# 正常输出：-I/usr/include/libpng16# 无输出则手动指定路径（Linux）exportCFLAGS="-I/usr/include/libpng16"exportLDFLAGS="-L/usr/lib/x86_64-linux-gnu -lpng16"# 2. 虚拟环境中重新安装依赖sourcevenv/bin/activate# Linux/macOSvenv\Scripts\activate# Windowspipinstallpillow --upgrade --no-cache-dir# 3. 强制重新编译（清除缓存）pip uninstall -y pillow pipinstallpillow --no-binary :all: --force-reinstall

4.2 编译时提示其他头文件缺失（如jpeg.h、tiff.h）

原因：

仅安装了libpng开发库，未安装Pillow依赖的其他图像库。

解决方案：

# Linux（Debian/Ubuntu）sudoaptinstall-y libjpeg-dev libtiff-dev libfreetype6-dev libwebp-dev zlib1g-dev# Linux（CentOS/RHEL）sudoyuminstall-y libjpeg-turbo-devel libtiff-devel freetype-devel libwebp-devel zlib-devel# macOSbrewinstalllibjpeg libtiff freetype libwebp zlib# 重新安装Pillowpipinstallpillow --upgrade

4.3 Windows下VS Build Tools安装后仍编译失败

原因：

1. 未以管理员身份运行PowerShell；
2. VS Build Tools环境变量未加载；
3. libpng路径配置错误。

解决方案：

1. 打开“x64 Native Tools Command Prompt for VS 2022”（VS自带的命令行，自动配置环境变量）；
2. 在该命令行中执行：

   pip install pillow --upgrade

3. 若仍报错，手动指定libpng路径：

   set INCLUDE=C:\libpng\include;%INCLUDE% set LIB=C:\libpng\lib;%LIB% pip install pillow --upgrade

4.4 虚拟环境中依赖不生效

原因：

虚拟环境隔离了系统级的库路径，未继承pkg-config配置。

解决方案：

# 激活虚拟环境sourcevenv/bin/activate# Linux/macOS# 手动配置pkg-config路径（Linux）exportPKG_CONFIG_PATH=/usr/lib/x86_64-linux-gnu/pkgconfig:$PKG_CONFIG_PATH# 重新安装Pillowpipinstallpillow --upgrade

4.5 权限不足导致编译失败

原因：

普通用户无权限写入Python安装目录或系统库目录。

解决方案：

# 方案1：使用--user参数安装到用户目录（推荐）pipinstall--user pillow --upgrade# 方案2：Linux/macOS提权安装sudopipinstallpillow --upgrade# 方案3：虚拟环境中安装（无需系统权限）python -m venv venvsourcevenv/bin/activate pipinstallpillow --upgrade

五、预防措施：避免同类编译报错复发

5.1 个人开发环境

1. 优先使用预编译包：
   • Linux/macOS：pip默认优先安装whl包，避免--no-binary :all:参数；
   • Windows：使用pipwin或conda安装依赖，减少源码编译；
2. 提前配置系统依赖：
   • Linux：新装系统后执行sudo apt install build-essential libpng-dev libjpeg-dev（Debian/Ubuntu）；
   • macOS：安装Homebrew后执行brew install libpng libjpeg；
   • Windows：预装Visual Studio Build Tools和pipwin；
3. 使用虚拟环境：虚拟环境中安装的依赖隔离且权限充足，避免系统级权限问题；
4. 固定Pillow版本：在requirements.txt中指定适配的Pillow版本（如pillow==10.1.0），避免自动升级触发编译。

5.2 企业开发环境

1. 搭建内网PyPI镜像：同步预编译的whl包，开发人员无需本地编译；
2. 标准化开发环境：
   • Linux：通过Docker镜像预装build-essential、libpng-dev等依赖；
   • Windows/macOS：通过Ansible/脚本自动配置编译环境和预编译包；
3. 使用容器化部署：在Dockerfile中提前安装所有系统依赖，示例：

   # Ubuntu基础镜像 FROM ubuntu:22.04 # 安装基础依赖 RUN apt update && apt install -y python3 python3-pip build-essential libpng-dev libjpeg-dev # 安装Pillow（预编译包） RUN pip3 install pillow==10.1.0

4. 避免最小化系统安装：服务器安装时选择“开发工具”组件，预装gcc、make等编译工具。

六、总结

pip install Pillow的“fatal error: png.h: No such file or directory”报错核心是系统缺失libpng开发库，而非Pillow本身的问题。解决关键在于：

1. 分系统补全依赖：Linux安装libpng-dev、macOS通过Homebrew安装libpng、Windows优先使用pipwin安装预编译包；
2. 配置完整编译环境：Linux安装gcc/make、macOS安装Xcode Command Line Tools、Windows安装VS Build Tools；
3. 优先规避源码编译：使用预编译whl包、conda或内网镜像，减少本地编译环节；
4. 排障抓核心：安装依赖后仍报错，优先检查库路径（pkg-config）、编译环境变量、权限问题。

通过以上方案，可彻底解决该编译报错，同时通过提前配置系统依赖、标准化开发环境，避免同类问题再次发生。

关键点回顾

1. png.h缺失的核心是未安装libpng开发库（而非运行时库）；
2. Linux/macOS优先通过包管理器安装开发库，Windows优先用预编译包；
3. 编译环境（gcc/clang/VS Build Tools）是源码编译的基础，缺一不可；
4. 虚拟环境和--user参数可解决大部分权限和路径隔离问题。

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