一、Flask是什么，为什么选择它¶
- Flask 是基于 Python 的轻量级 Web 应用框架，诞生于 2010 年，其核心依赖 Werkzeug WSGI 工具包和 Jinja2 模板引擎 。它就像是一个小巧灵活的工具箱，仅提供了 Web 开发所需的核心功能，如简单的路由系统、请求处理和模板渲染等。这种轻量级的设计使得 Flask 非常适合快速搭建小型 Web 应用或进行项目原型开发。
- 与其他 Python Web 框架相比，Flask 的独特魅力在于它的轻量与灵活。
- 而 Flask 则截然不同，它没有过多的内置功能和强制的项目结构，开发者可以根据项目的具体需求自由选择和集成各种扩展和工具。
二、环境搭建¶
2.1 安装 Python¶
从 Python 官方网站（https://www.python.org/downloads/windows/ ）下载适合你系统的 Python 安装包（例如，Windows x86-64 executable installer 对于 64 位系统）。下载完成后，双击运行安装程序，在安装过程中，务必勾选 “Add Python to PATH” 选项，这样才能在命令行中直接运行 Python。安装完成后，按下 Win+R 键，打开运行窗口，输入 “cmd” 打开命令行界面，输入 “python -V”（注意有空格），如果看到版本号显示出来（如 Python 3.10.0），则说明 Python 已经成功安装。
2.2 创建虚拟环境¶
虚拟环境是一种工具，它允许你为不同的项目创建隔离的 Python 运行环境，这样可以避免不同项目之间的依赖包冲突。
- 1.进入anaconda根目录，打开命令行工具
- 2.创建虚拟环境，名叫myenvs：conda create -n myenvs python=3.13
- 3.激活环境：conda activate myenvs
2.3 安装 Flask¶
激活虚拟环境后，就可以使用 Python 的包管理器pip来安装 Flask 了。在命令行中输入以下命令：
pip install Flask
安装完成后，可以通过以下命令验证 Flask 是否安装成功：
pip show Flask
如果安装成功，会显示 Flask 的相关信息，包括名称、版本、摘要、主页、作者、作者邮箱、许可证、安装位置以及依赖项等
三、深入理解 Flask 核心概念¶
3.1 应用对象¶
在 Flask 中，Flask类的实例就是我们的应用对象，它代表整个 Web 应用。应用对象是 Flask 应用的入口点，所有的请求都会通过它来进行分发和处理 。它还提供了一系列方法和属性，方便我们对应用进行定制和扩展。
3.2 路由系统¶
路由系统是 Flask 的核心功能之一，它负责将不同的 URL 映射到对应的视图函数上，使得应用能够根据用户请求的 URL 来执行相应的代码逻辑 。
在 Flask 中，使用@app.route装饰器来定义路由，除了静态路由，Flask 还支持动态路由，即 URL 中可以包含参数。动态路由的参数使用<参数名>的形式定义，视图函数中可以接收这些参数。
Flask 支持的动态路由参数类型除了int（整数），还有string（字符串，默认类型，可不写类型声明）、float（浮点数）、path（路径，可包含斜杠）等
3.3 请求与响应¶
在 Web 开发中，请求与响应是客户端（通常是浏览器）和服务器之间交互的基本方式。当用户在浏览器中输入 URL 并访问时，浏览器会向服务器发送一个 HTTP 请求，服务器接收到请求后进行处理，然后返回一个 HTTP 响应给浏览器。
在 Flask 中，处理请求和返回响应是通过视图函数来完成的。Flask 会自动将客户端发送的请求信息封装成request对象，视图函数可以通过这个对象获取请求的各种信息，如请求方法（GET、POST 等）、请求参数、请求头、请求体等 。
四、模板引擎¶
在 Web 开发中，我们常常需要根据不同的用户请求或数据生成动态的 HTML 页面，这就离不开模板引擎的帮助。Flask 默认使用 Jinja2 作为模板引擎，它功能强大且灵活，能够很好地满足 Web 开发中动态页面生成的需求
4.1 Jinja2 模板引擎¶
Jinja2 是一个用 Python 编写的模板引擎，它的设计思想借鉴了 Django 的模板引擎，并在此基础上进行了扩展，提供了更加丰富和强大的功能。Jinja2 的主要特点包括：
- 简洁的语法：采用类似于 Python 的语法，易于学习和使用
- 强大的控制结构：支持完整的 Python 控制结构，如条件语句（if-else）、循环语句（for、while）等，使得在模板中可以进行复杂的逻辑处理
- 丰富的过滤器：过滤器用于在渲染变量之前对其进行处理和转换，Jinja2 内置了大量常用的过滤器，如capitalize（将字符串首字母大写）、lower（将字符串转换为小写）、upper（将字符串转换为大写）、trim（去除字符串两端的空白字符）、join（将列表元素连接成字符串）、format（格式化字符串）等
- 模板继承：允许创建一个基础模板，然后其他模板可以继承这个基础模板，并根据需要覆盖其中的部分内容。这在创建具有统一布局和风格的 Web 应用时非常有用，可以大大减少重复代码
- 宏定义：类似于 Python 中的函数，宏允许在模板中定义可重用的代码块，通过传递不同的参数来实现不同的功能
4.2 在 Flask 中使用 Jinja2 模板¶
在 Flask 中使用 Jinja2 模板非常简单，Flask 提供了render_template函数来渲染模板。
假设我们要创建一个简单的博客应用，展示文章列表。首先，在项目目录下创建一个templates文件夹（Flask 会自动从这个文件夹中查找模板文件），然后在其中创建一个index.html模板文件，内容如下：
<!DOCTYPEhtml><html lang="en"><head><meta charset="UTF-8"><title>My Blog</title></head><body><h1>My Blog</h1><ul>{% for post in posts %}<li><a href="{{ post.url }}">{{ post.title }}</a> - {{ post.author }} - {{ post.published_date }}</li>{% endfor %}</ul></body></html>
在上述模板中，{{ post.title }}、{{ post.author }}、{{ post.published_date }}等是变量占位符，它们将在渲染时被实际的数据替换；{% for post in posts %}和{% endfor %}是循环控制结构，用于遍历posts列表并为每个文章项生成一个< li>元素
接下来，在 Flask 应用中，我们需要准备数据并调用render_template函数来渲染这个模板。在app.py中添加如下代码:
fromflaskimport Flask, render_templateapp = Flask(__name__)# 模拟文章数据posts = [{'title': 'First Post','author': 'John','published_date': '2024-10-01','url': '/posts/1'},{'title': 'Second Post','author': 'Jane','published_date': '2024-10-02','url': '/posts/2'}]@app.route('/')defindex():return render_template('index.html', posts=posts)if __name__ == '__main__':app.run(debug=True)
在index视图函数中，我们将posts列表作为参数传递给render_template函数，这样在index.html模板中就可以使用posts变量了。运行 Flask 应用后，访问 http://127.0.0.1:5000/ ，就可以看到渲染后的页面，其中展示了文章列表
4.3 模板继承与宏¶
模板继承是 Jinja2 的一个重要特性，它允许我们创建一个基础模板（通常包含网站的通用结构，如页眉、页脚、导航栏等），然后其他模板可以继承这个基础模板，并覆盖其中的特定块，从而实现代码的复用和页面结构的统一 。
例如，创建一个基础模板base.html：
<!DOCTYPEhtml><html lang="en"><head><meta charset="UTF-8"><title>{% block title %}My Site{% endblock %}</title></head><body><header><h1>My Awesome Site</h1><nav><a href="/">Home</a> | <a href="/about">About</a></nav></header><main>{% block content %}{% endblock %}</main><footer><p>© 2024 My Company</p></footer></body></html>
在这个基础模板中，{% block title %}{% endblock %}和{% block content %}{% endblock %}定义了两个可替换的块，子模板可以根据需要覆盖这些块的内容 。
然后，创建一个继承自base.html的子模板index.html：
{% extends "base.html" %}{% block title %}Home Page{% endblock %}{% block content %}<h2>Welcome to my home page</h2><p>This is the content of the home page.</p>{% endblock %}
在index.html中，{% extends "base.html" %}表示继承base.html模板，{% block title %}和{% block content %}分别覆盖了base.html中相应块的内容 。
宏则是 Jinja2 中可重用的模板代码块，类似于函数
在templates文件夹中创建一个macros.html文件，定义一个用于渲染表单输入框的宏：
{% macro render_input(name, type='text', value='') %}<input type="{{ type }}" name="{{ name }}" value="{{ value }}">{% endmacro %}
在其他模板中，可以通过{% from "macros.html" import render_input %}导入这个宏，然后使用{{ render_input('username') }}这样的方式来调用宏，传入不同的参数来生成不同的表单输入框
五、表单处理¶
在 Web 应用中，表单是实现用户与服务器交互的重要方式，用户可以通过表单输入数据，如注册信息、登录凭证、搜索关键词等，然后将这些数据提交给服务器进行处理。Flask 提供了基本的表单处理功能，结合一些扩展库（如 Flask - WTF），可以更方便地实现表单验证、数据获取等操作
5.1 创建 HTML 表单¶
首先，我们需要在 HTML 中创建表单。表单的method属性通常设置为POST（也可以是GET，但POST更安全，适合提交敏感数据或大数据量的表单），action属性指定表单数据提交的目标 URL，通常是 Flask 应用中的某个路由
例如，创建一个简单的登录表单login.html：
<!DOCTYPEhtml><html lang="en"><head><meta charset="UTF-8"><title>Login</title></head><body><h1>Login</h1><form action="{{ url_for('login') }}" method="post"><label for="username">Username:</label><input type="text" id="username" name="username" required><br><label for="password">Password:</label><input type="password" id="password" name="password" required><br><input type="submit" value="Login"></form></body></html>
在这个表单中，action="{{ url_for('login') }}"表示表单数据将提交到名为login的 Flask 路由；method="post"指定使用 POST 方法提交表单；required属性是 HTML5 的验证属性，确保用户在提交表单时必须填写这两个字段，否则浏览器会弹出提示框阻止表单提交
5.2 处理表单数据¶
在 Flask 应用中，需要定义一个路由来接收表单数据，并在相应的视图函数中处理这些数据。通过request对象的form属性可以获取 POST 请求中的表单数据
在app.py中添加如下代码:
fromflaskimport Flask, render_template, request, redirect, url_forapp = Flask(__name__)@app.route('/login', methods=['GET', 'POST'])deflogin():if request.method == 'POST':username = request.form.get('username')password = request.form.get('password')# 这里可以进行用户认证等处理，例如检查用户名和密码是否匹配if username == 'admin' and password == '123456':return redirect(url_for('dashboard'))else:return 'Login failed. Please check your username and password.'return render_template('login.html')@app.route('/dashboard')defdashboard():return 'Welcome to the dashboard, admin!'if __name__ == '__main__':app.run(debug=True)
在login视图函数中，首先判断请求方法是否为 POST，如果是，则从request.form中获取username和password字段的值。然后进行简单的用户认证，若认证成功，使用redirect函数重定向到dashboard路由；若认证失败，返回错误提示信息。如果请求方法是 GET，则直接渲染login.html模板，显示登录表单
5.3 表单验证¶
表单验证是确保用户输入数据有效性的重要环节，可以防止非法数据进入系统，提高系统的安全性和稳定性 。虽然 Flask 本身不提供强大的表单验证功能，但结合 WTForms 库（通常通过 Flask - WTF 扩展使用），可以很方便地实现表单验证
安装 Flask - WTF 扩展：
pip install flask-wtf
在app.py中定义一个表单类，并使用验证器来验证表单字段:
fromflaskimport Flask, render_template, request, redirect, url_forfromflask_wtfimport FlaskFormfromwtformsimport StringField, PasswordField, SubmitFieldfromwtforms.validatorsimport DataRequired, Lengthapp = Flask(__name__)app.secret_key = 'your_secret_key' # 用于CSRF保护，必须设置classLoginForm(FlaskForm):username = StringField('Username', validators=[DataRequired(), Length(min=3, max=20)])password = PasswordField('Password', validators=[DataRequired(), Length(min=6, max=50)])submit = SubmitField('Login')@app.route('/login', methods=['GET', 'POST'])deflogin():form = LoginForm()if form.validate_on_submit():username = form.username.datapassword = form.password.data# 进行用户认证等处理if username == 'admin' and password == '123456':return redirect(url_for('dashboard'))else:return 'Login failed. Please check your username and password.'return render_template('login.html', form=form)@app.route('/dashboard')defdashboard():return 'Welcome to the dashboard, admin!'if __name__ == '__main__':app.run(debug=True)
在上述代码中，LoginForm类继承自FlaskForm，定义了username、password和submit三个字段。DataRequired验证器确保字段不为空，Length验证器限制了字段的长度范围。在login视图函数中，使用form.validate_on_submit()方法来验证表单数据，如果验证通过，则进行后续处理；如果验证失败，form对象会包含错误信息，这些错误信息可以在模板中显示给用户
在login.html模板中，可以通过form.errors来显示错误信息
<!DOCTYPEhtml><html lang="en"><head><meta charset="UTF-8"><title>Login</title></head><body><h1>Login</h1><form method="post">{{ form.hidden_tag() }}<div>{{ form.username.label }}: {{ form.username() }}{% if form.username.errors %}<ul>{% for error in form.username.errors %}<li>{{ error }}</li>{% endfor %}</ul>{% endif %}</div><div>{{ form.password.label }}: {{ form.password() }}{% if form.password.errors %}<ul>{% for error in form.password.errors %}<li>{{ error }}</li>{% endfor %}</ul>{% endif %}</div>{{ form.submit() }}</form></body></html>
{{ form.hidden_tag() }}用于生成一个隐藏的 CSRF 令牌，防止跨站请求伪造攻击 。当表单验证失败时，会在相应字段下方显示错误信息，帮助用户了解输入错误并进行修正
六、数据库操作：持久化数据¶
在实际的 Web 应用中，数据的持久化存储是至关重要的，数据库就是实现这一功能的关键工具。Flask 本身并没有内置的数据库处理模块，但它提供了很好的扩展性，我们可以通过使用各种数据库扩展来实现与不同类型数据库的交互，其中 SQLAlchemy 是一个非常流行且强大的选择
6.1 SQLAlchemy 简介¶
SQLAlchemy 是 Python 的一个数据库抽象层库，它提供了一套丰富的工具和 API，让开发者可以使用 Python 代码与各种关系型数据库（如 MySQL、PostgreSQL、SQLite 等）进行交互，而无需直接编写 SQL 语句，这种方式被称为对象关系映射（ORM） 。ORM 的核心思想是将数据库中的表映射为 Python 中的类，表中的行映射为类的实例，表中的列映射为类的属性，这样我们就可以通过操作 Python 对象来实现对数据库的增删改查等操作，大大提高了开发效率和代码的可维护性
6.2 使用 SQLAlchemy 连接数据库¶
需要安装flask_sqlalchemy扩展：
pip install flask_sqlalchemy
安装完成后，在 Flask 应用中进行配置。假设我们使用MySQL数据库，在app.py中添加如下代码：
fromflaskimport Flaskfromflask_sqlalchemyimport SQLAlchemyapp = Flask(__name__)# 配置数据库连接，这里使用MySQL数据库的用户名是root，密码是123456，主机是localhost，端口是3306，数据库名为mydbapp.config['SQLALCHEMY_DATABASE_URI'] ='mysql://root:123456@localhost:3306/mydb'# 关闭对模型修改的监控，以减少不必要的开销，因为这个功能会消耗额外的内存和性能，在生产环境中如果不需要实时追踪模型的修改情况，可以将其关闭 app.config['SQLALCHEMY_TRACK_MODIFICATIONS'] = False# 创建SQLAlchemy实例，这个实例将用于定义数据库模型和执行数据库操作db = SQLAlchemy(app)
这里需要注意，连接 MySQL 数据库还需要安装 MySQL 的 Python 驱动，如mysqlclient或pymysql，可以使用pip install mysqlclient或pip install pymysql进行安装
6.3 定义数据库模型¶
数据库模型是数据库表在 Python 中的映射，通过定义模型类，我们可以方便地操作数据库表。模型类需要继承自db.Model，其中的属性对应数据库表中的列
例如，我们要创建一个用户表User，包含id（主键，自增长）、username（用户名，字符串类型，唯一且不能为空）、email（邮箱，字符串类型，唯一且不能为空）字段，在app.py中添加如下代码：
classUser(db.Model):__tablename__ = 'user' # 定义表名，若不指定，默认使用类名的小写形式作为表名id = db.Column(db.Integer, primary_key=True, autoincrement=True)username = db.Column(db.String(80), unique=True, nullable=False)email = db.Column(db.String(120), unique=True, nullable=False)def__repr__(self):return f'<User {self.username}>'
- __tablename__指定了数据库表名，如果不设置，SQLAlchemy 会自动将类名的小写形式作为表名
- db.Column用于定义表中的列，第一个参数指定列的数据类型，如db.Integer表示整数类型，db.String(80)表示最大长度为 80 的字符串类型；后面的参数primary_key=True表示该列是主键，autoincrement=True表示主键自增长，unique=True表示该列的值必须唯一，nullable=False表示该列不能为空
- __repr__方法是一个特殊的方法，用于定义对象的字符串表示形式，方便在调试和打印对象时查看对象的信息
6.4 基本数据库操作¶
定义好数据库模型后，就可以进行基本的数据库操作了，如创建表、添加数据、查询数据、更新数据和删除数据，这些操作通常被称为 CRUD（Create, Read, Update, Delete）操作
七、项目结构优化¶
7.1 中型项目结构示例¶
这种中型项目结构将不同功能的代码分离到不同的文件和模块中，使得代码结构更加清晰，易于维护和扩展
- app/目录：是 Flask 应用的核心代码目录，包含了应用的主要逻辑
- __ init__.py：用于初始化 Flask 应用，通常会创建 Flask 应用实例，并配置一些扩展（如 SQLAlchemy 等），还可以导入和注册蓝图
- routes.py：专门用于定义应用的路由和视图函数，将不同功能的路由集中管理，提高代码的可读性和可维护性
使用Blueprint创建了一个名为main的蓝图，定义了根路由和/about路由及其对应的视图函数
fromflaskimport Blueprintbp = Blueprint('main', __name__)@bp.route('/')defhome():return 'This is the home page'@bp.route('/about')defabout():return 'This is the about page
然后在__init__.py中注册这个蓝图:
fromflaskimport Flaskfrom.routesimport bpapp = Flask(__name__)app.register_blueprint(bp)
- models.py：用于定义应用的数据模型，与数据库相关的操作都可以在这里进行定义。例如，如果使用 SQLAlchemy，会在这里定义数据库表对应的模型类。例如：
fromappimport dbclassUser(db.Model):__tablename__ = 'user'id = db.Column(db.Integer, primary_key=True, autoincrement=True)username = db.Column(db.String(80), unique=True, nullable=False)email = db.Column(db.String(120), unique=True, nullable=False)
- config.py文件：用于存放应用的配置信息，如数据库连接字符串、密钥、调试模式开关等。例如:
classConfig:SECRET_KEY = 'your_secret_key'SQLALCHEMY_DATABASE_URI ='sqlite:///test.db'SQLALCHEMY_TRACK_MODIFICATIONS = False
- requirements.txt文件：与简单项目结构中的作用相同，记录项目的依赖库及其版本，方便在新环境中安装依赖
- run.py文件：是项目的启动文件，通过运行这个文件来启动 Flask 应用 。内容如下:
fromappimport create_appapp = create_app()if __name__ == '__main__':app.run(debug=True)
7.2 大型项目结构设计¶
这种大型项目结构设计，可以将复杂的应用分解为多个相对独立的模块，每个模块负责特定的功能，模块之间通过清晰的接口进行交互 。这不仅有利于团队成员分工协作开发，还能提高代码的可维护性、可扩展性和可测试性
- app/目录：依然是应用的核心代码目录，但进一步细化了模块结构
- __ init__.py：除了初始化 Flask 应用和注册蓝图外，还可以进行一些全局的设置和初始化操作
- routes/目录：将不同功能模块的路由进一步分开管理，例如main.py中存放主业务模块的路由，auth.py中存放认证相关的路由 。以auth.py为例:
fromflaskimport Blueprint, render_template, request, redirect, url_forbp = Blueprint('auth', __name__)@bp.route('/login', methods=['GET', 'POST'])deflogin():if request.method == 'POST':# 处理登录逻辑return redirect(url_for('main.dashboard'))return render_template('auth/login.html')
- models/目录：存放各种数据模型类，每个模型类可以放在单独的文件中，如user.py中定义用户模型 。
- services/目录：用于存放业务逻辑相关的代码，将业务逻辑从路由和模型中分离出来，提高代码的复用性和可维护性。例如:user_service.py中可以定义与用户相关的业务逻辑方法，如用户注册、登录验证等 。
- templates/目录：存放 HTML 模板文件，按照功能模块进一步细分目录，如home/目录下存放主页相关的模板，auth/目录下存放认证相关的模板 。
- static/目录：存放静态文件，如 CSS 样式表、JavaScript 脚本文件等 。
- config/目录：专门用于存放配置文件，settings.py中可以定义各种配置类，如开发环境配置、生产环境配置等，通过在__ init__.py中进行导入和选择，方便在不同环境下切换配置 。
- migrations/目录：存放数据库迁移文件，用于管理数据库结构的版本控制，当数据模型发生变化时，可以通过数据库迁移工具（如 Flask - Migrate）生成迁移脚本，更新数据库结构 。
- tests/目录：存放测试代码，对应用的各个模块进行单元测试和集成测试，确保代码的正确性和稳定性 。例如，test_routes.py中可以测试路由的功能是否正常，test_models.py中可以测试数据模型的方法和行为是否符合预期 。
- requirements.txt文件：和前面的项目结构一样，记录项目依赖库 。
- run.py文件：启动 Flask 应用