第 2-8 课：虚拟环境与依赖管理
一、本课目标
完成本课后，你将能够：
- 解释虚拟环境是什么，以及为什么需要它；
- 在 Windows PowerShell 中创建、激活和退出虚拟环境；
- 确认命令实际使用的是哪个 Python 解释器；
- 使用
python -m pip查看、安装和卸载第三方依赖； - 使用
requirements.txt记录与恢复项目依赖； - 理解版本固定的基本作用；
- 知道
.venv不应提交到 Git。
二、前置知识
学习本课前，需要掌握：
- 在 PowerShell 中进入目录并运行 Python 文件；
- 模块与导入；
- 文件和路径；
- 基础异常处理；
- 类型注解。
三、什么是第三方依赖
Python 自带的模块组成标准库（Standard Library），例如 pathlib、sys 和 platform，使用它们通常不需要安装额外内容。
第三方依赖（Third-Party Dependency）是其他开发者发布、项目需要额外安装的软件包。例如以后 Web 阶段会使用 FastAPI、Django 等框架。
安装依赖后，我们可以在代码中导入它：
import package_name
这里的 package_name 只是格式示例，不要求本课安装这个不存在的软件包。
四、为什么不能把所有依赖都装在同一个环境
假设有两个项目：
- 项目 A 需要某个软件包的旧版本；
- 项目 B 需要同一个软件包的新版本。
如果两个项目共用一个 Python 环境，升级项目 B 的依赖可能导致项目 A 无法运行。
还可能遇到：
- 不知道某个依赖属于哪个项目；
- 删除一个依赖时误伤其他项目；
- 自己的机器能运行，换一台机器却缺少依赖；
- 项目依赖越来越杂乱。
五、什么是虚拟环境
虚拟环境（Virtual Environment）是为一个项目准备的独立 Python 运行环境。它拥有自己的 Python 入口和依赖安装位置。
可以把它理解为每个项目自己的“工具箱”：
项目 A → 自己的虚拟环境 → 自己的依赖
项目 B → 自己的虚拟环境 → 自己的依赖
虚拟环境不会复制整个操作系统，也不会删除系统 Python。它只是隔离 Python 解释器入口和软件包目录。
六、创建虚拟环境
本项目统一把虚拟环境放在项目根目录的 .venv 中。
先在 PowerShell 进入项目根目录：
cd D:\Code\Python
创建环境：
python -m venv .venv
逐段理解：
python：使用当前 Python；-m venv：运行标准库中的venv模块；.venv：创建的环境目录名称。
创建可能需要几秒钟。成功后根目录会出现 .venv，但项目根目录的 .gitignore 已忽略它。
七、激活虚拟环境
PowerShell 中执行：
.\.venv\Scripts\Activate.ps1
激活后，命令提示符前通常会出现：
(.venv)
激活的作用主要是临时调整当前终端的命令查找顺序，让 python 和 pip 优先指向 .venv。
激活只影响当前终端窗口。关闭终端后，下次需要重新激活。
八、遇到 PowerShell 脚本限制怎么办
部分机器可能阻止运行 Activate.ps1。本课不要求为了激活环境而修改整台电脑的执行策略。
即使不激活，也可以直接使用虚拟环境中的 Python：
.\.venv\Scripts\python.exe --version
.\.venv\Scripts\python.exe .\02_python进阶\2_8_虚拟环境与依赖管理\environment_example.py
这种写法目标明确，也能保证使用 .venv。如果遇到执行策略错误，保留英文错误原文，再说明你执行的命令，我会帮助判断。
九、确认正在使用哪个 Python
激活前后都可以执行：
python -c "import sys; print(sys.executable)"
激活虚拟环境后，输出路径应指向项目中的 .venv\Scripts\python.exe。
还可以执行本课示例：
python .\02_python进阶\2_8_虚拟环境与依赖管理\environment_example.py
示例通过比较：
sys.prefix != sys.base_prefix
判断当前是否处于普通 venv 虚拟环境。
十、退出虚拟环境
激活后执行：
deactivate
退出只会恢复当前终端的命令环境，不会删除 .venv。
以后重新使用时再次运行激活命令即可。
十一、什么是 pip
pip 是 Python 常用的软件包安装工具。它可以从软件包仓库下载和管理第三方依赖。
本课推荐始终使用：
python -m pip 命令
而不是只写：
pip 命令
python -m pip 能更明确地表示：“使用当前这个 Python 对应的 pip”，减少多个 Python 环境之间装错位置的风险。
十二、查看依赖
查看 pip 版本和安装位置：
python -m pip --version
查看当前环境已安装的软件包：
python -m pip list
查看某个已安装软件包的信息：
python -m pip show 软件包名称
检查已安装依赖之间是否存在已知的不兼容：
python -m pip check
十三、安装与卸载依赖
安装命令格式：
python -m pip install 软件包名称
安装指定版本：
python -m pip install 软件包名称==版本号
卸载：
python -m pip uninstall 软件包名称
安装和卸载会修改当前 Python 环境。执行前必须先确认解释器路径，避免改动错误环境。本课不强制安装任何第三方依赖，也不要把示例中的占位名称原样执行。
十四、什么是版本固定
版本固定（Version Pinning）表示明确记录项目使用的依赖版本：
some-package==1.2.3
它可以减少不同机器安装到不同版本而产生的差异。
需要注意：版本号必须来自项目实际验证过的环境，不要随意照抄教程中的旧版本。以后开始 FastAPI、Django 项目时，会根据实际环境选择并验证版本。
十五、使用 requirements.txt
requirements.txt 是常见的依赖清单文件，每行记录一个直接依赖或带版本的依赖：
package-a==1.2.3
package-b==4.5.6
在另一台机器或新虚拟环境中恢复依赖：
python -m pip install -r requirements.txt
根据当前环境导出所有已安装包：
python -m pip freeze > requirements.txt
pip freeze 会记录当前环境中的全部软件包，包括间接依赖。导出前要确认环境干净、确实属于当前项目，避免把无关包写入清单。
本课没有第三方依赖，因此不会提前创建包含虚假依赖的 requirements.txt。
十六、不要提交 .venv
.venv 可能包含大量文件，并带有当前机器的路径和平台信息，不适合提交到 Git。
应该提交的是：
- Python 源代码；
- 课程文档；
- 经过确认的依赖清单。
不应该提交的是：
.venv/；__pycache__/；- 本地密钥和
.env。
本项目根目录 .gitignore 已包含：
.venv/
venv/
十七、完整示例
示例文件：
02_python进阶/2_8_虚拟环境与依赖管理/environment_example.py
它只读取并输出：
- Python 版本；
- 当前解释器路径；
- 当前环境目录名称；
- 是否为普通
venv虚拟环境； - 当前环境的 pip 版本。
示例不会创建环境，也不会安装或卸载依赖。
十八、运行方法
未激活虚拟环境时运行：
python .\02_python进阶\2_8_虚拟环境与依赖管理\environment_example.py
创建环境后，不激活而直接运行：
.\.venv\Scripts\python.exe .\02_python进阶\2_8_虚拟环境与依赖管理\environment_example.py
完成代码练习后运行：
python .\02_python进阶\2_8_虚拟环境与依赖管理\practice.py
十九、预期结果
具体路径和版本因机器而异，格式类似：
Python 版本：3.x.x
Python 解释器：某个实际路径
当前环境目录：某个环境名称
是否为 venv 虚拟环境：是或否
pip 版本：某个实际版本
在普通环境中通常显示“否”；使用 .venv\Scripts\python.exe 运行时应显示“是”。
二十、常见错误
20.1 创建环境后仍然使用原 Python
创建 .venv 不等于已经切换环境。需要激活，或者直接调用 .venv\Scripts\python.exe。
20.2 把依赖安装到错误环境
安装前先执行：
python -c "import sys; print(sys.executable)"
确认路径后再使用 python -m pip install。
20.3 把 .venv 提交到 Git
虚拟环境是本地生成内容，应由 .gitignore 忽略。其他机器根据依赖清单重新创建。
20.4 把依赖清单当成虚拟环境
requirements.txt 只记录依赖名称和版本，不包含已安装文件。仍需先创建环境，再安装清单。
20.5 认为激活会永久改变系统
激活主要影响当前终端。执行 deactivate 或关闭终端即可退出。
20.6 随意修改 PowerShell 执行策略
激活脚本被阻止时，可以直接使用 .venv\Scripts\python.exe，本课不要求修改系统级策略。
二十一、课堂练习
练习分为两部分。
终端操作：
- 在普通环境运行
environment_example.py并记录结果； - 在项目根目录创建
.venv； - 激活环境，或直接使用
.venv\Scripts\python.exe； - 再次运行示例并比较解释器路径；
- 执行
python -m pip --version和python -m pip list； - 退出环境并确认解释器恢复。
代码练习：打开 practice.py，完成环境判断、版本读取、环境报告和输出函数。
二十二、参考答案
参考答案暂不写入练习文件。完成后，我会验证函数行为和类型注解，并分别在当前解释器与临时虚拟环境中运行，确认环境判断能够反映真实差异。
二十三、本课小结
- 虚拟环境为项目隔离 Python 解释器入口和依赖；
- 使用
python -m venv .venv创建环境； - 激活后，当前终端优先使用虚拟环境；
- 不激活时也可以直接调用虚拟环境中的 Python；
python -m pip能减少把依赖装错环境的风险；requirements.txt用于记录和恢复依赖；- 版本固定有助于保持不同机器的环境一致；
.venv是本地生成目录，不应提交到 Git。
二十四、验收标准
- 能解释虚拟环境解决的问题；
- 能创建、进入和退出
.venv； - 能确认当前 Python 解释器路径；
- 能使用
python -m pip查看依赖； - 能说明安装与卸载会修改当前环境；
- 能解释
requirements.txt的用途； - 能说明版本固定的基本作用；
- 能解释为什么
.venv不应提交； - 环境检查脚本在普通环境与
.venv中显示不同判断； - 没有把个人绝对路径或虚假依赖写入项目文件。