Python 库打包分发、setup.py 编写、混合 C 扩展打包的简易指南（转载）

转载自：http://blog.konghy.cn/2018/04/29/setup-dot-py/

Python 有非常丰富的第三方库可以使用，很多开发者会向 pypi 上提交自己的 Python 包。要想向 pypi 包仓库提交自己开发的包，首先要将自己的代码打包，才能上传分发。

一、distutils 简介

distutils 是标准库中负责建立 Python 第三方库的安装器，使用它能够进行 Python 模块的安装和发布。distutils 对于简单的分发很有用，但功能缺少。大部分Python用户会使用更先进的setuptools模块

二、setuptools 简介

setuptools 是 distutils 增强版，不包括在标准库中。其扩展了很多功能，能够帮助开发者更好的创建和分发 Python 包。大部分 Python 用户都会使用更先进的 setuptools 模块。

Setuptools 有一个 fork 分支是 distribute。它们共享相同的命名空间，因此如果安装了 distribute，import setuptools 时实际上将导入使用 distribute 创建的包。Distribute 已经合并回 setuptools。

还有一个大包分发工具是 distutils2，其试图尝试充分利用distutils，detuptools 和 distribute 并成为 Python 标准库中的标准工具。但该计划并没有达到预期的目的，且已经是一个废弃的项目。

因此，setuptools 是一个优秀的，可靠的 Pthon 包安装与分发工具。以下设计到包的安装与分发均针对 setuptools，并不保证 distutils 可用。

三、包格式

Python 库打包的格式包括 Wheel 和 Egg。Egg 格式是由 setuptools 在 2004 年引入，而 Wheel 格式是由 PEP427 在 2012 年定义。使用 Wheel 和 Egg 安装都不需要重新构建和编译，其在发布之前就应该完成测试和构建。

Egg 和 Wheel 本质上都是一个 zip 格式包，Egg 文件使用 .egg 扩展名，Wheel 使用 .whl 扩展名。Wheel 的出现是为了替代 Egg，其现在被认为是 Python 的二进制包的标准格式。

以下是 Wheel 和 Egg 的主要区别：

• Wheel 有一个官方的 PEP427 来定义，而 Egg 没有 PEP 定义
• Wheel 是一种分发格式，即打包格式。而 Egg 既是一种分发格式，也是一种运行时安装的格式，并且是可以被直接 import
• Wheel 文件不会包含 .pyc 文件
• Wheel 使用和 PEP376 兼容的 .dist-info 目录，而 Egg 使用 .egg-info 目录
• Wheel 有着更丰富的命名规则。
• Wheel 是有版本的。每个 Wheel 文件都包含 wheel 规范的版本和打包的实现
• Wheel 在内部被 sysconfig path type 管理，因此转向其他格式也更容易

详细描述可见：Wheel vs Egg

3.1 setup.py 文件

Python 库打包分发的关键在于编写 setup.py 文件。setup.py 文件编写的规则是从 setuptools 或者 distuils 模块导入 setup 函数，并传入各类参数进行调用。

# coding:utf-8

from setuptools import setup
# or
# from distutils.core import setup  

setup(
        name='demo',     # 包名字
        version='1.0',   # 包版本
        description='This is a test of the setup',   # 简单描述
        author='huoty',  # 作者
        author_email='sudohuoty@163.com',  # 作者邮箱
        url='https://www.konghy.com',      # 包的主页
        packages=['demo'],                 # 包
)

3.2 参数概述

setup 函数常用的参数如下：

参数	说明
name	包名称
version	包版本
author	程序的作者
author_email	程序的作者的邮箱地址
maintainer	维护者
maintainer_email	维护者的邮箱地址
url	程序的官网地址
license	程序的授权信息
description	程序的简单描述
long_description	程序的详细描述
platforms	程序适用的软件平台列表
classifiers	程序的所属分类列表
keywords	程序的关键字列表
packages	需要处理的包目录(通常为包含 init.py 的文件夹)
py_modules	需要打包的 Python 单文件列表
download_url	程序的下载地址
cmdclass	添加自定义命令
package_data	指定包内需要包含的数据文件
include_package_data	自动包含包内所有受版本控制(cvs/svn/git)的数据文件
exclude_package_data	当 include_package_data 为 True 时该选项用于排除部分文件
data_files	打包时需要打包的数据文件，如图片，配置文件等
ext_modules	指定扩展模块
scripts	指定可执行脚本,安装时脚本会被安装到系统 PATH 路径下
package_dir	指定哪些目录下的文件被映射到哪个源码包
requires	指定依赖的其他包
provides	指定可以为哪些模块提供依赖
install_requires	安装时需要安装的依赖包
entry_points	动态发现服务和插件，下面详细讲
setup_requires	指定运行 setup.py 文件本身所依赖的包
dependency_links	指定依赖包的下载地址
extras_require	当前包的高级/额外特性需要依赖的分发包
zip_safe	不压缩包，而是以目录的形式安装

更多参数可见：https://setuptools.readthedocs.io/en/latest/setuptools.html

3.2.1 find_packages

对于简单工程来说，手动增加 packages 参数是容易。而对于复杂的工程来说，可能添加很多的包，这是手动添加就变得麻烦。Setuptools 模块提供了一个 find_packages 函数,它默认在与 setup.py 文件同一目录下搜索各个含有 init.py 的目录做为要添加的包。

find_packages(where='.', exclude=(), include=('*',))

find_packages 函数的第一个参数用于指定在哪个目录下搜索包，参数 exclude 用于指定排除哪些包，参数 include 指出要包含的包。

默认默认情况下 setup.py 文件只在其所在的目录下搜索包。如果不用 find_packages，想要找到其他目录下的包，也可以设置 package_dir 参数，其指定哪些目录下的文件被映射到哪个源码包，如: package_dir={'': 'src'} 表示 “root package” 中的模块都在 src 目录中。

3.3 包含数据文件

• package_data：该参数是一个从包名称到 glob 模式列表的字典。如果数据文件包含在包的子目录中，则 glob 可以包括子目录名称。其格式一般为 {'package_name': ['files']}，比如：package_data={'mypkg': ['data/*.dat'],}。

• include_package_data：该参数被设置为 True 时自动添加包中受版本控制的数据文件，可替代 package_data，同时，exclude_package_data 可以排除某些文件。注意当需要加入没有被版本控制的文件时，还是仍然需要使用 package_data 参数才行。

• data_files：该参数通常用于包含不在包内的数据文件，即包的外部文件，如：配置文件，消息目录，数据文件。其指定了一系列二元组，即(目的安装目录，源文件) ，表示哪些文件被安装到哪些目录中。如果目录名是相对路径，则相对于安装前缀进行解释。

• manifest template：manifest template 即编写 MANIFEST.in 文件，文件内容就是需要包含在分发包中的文件。一个 MANIFEST.in 文件如下：

  include *.txt
  recursive-include examples *.txt *.py
  prune examples/sample?/build
  MANIFEST.in 文件的编写规则可参考：https://docs.python.org/3.6/distutils/sourcedist.html
  

3.4 生成脚本

有两个参数 scripts 参数或 console_scripts 可用于生成脚本。

entry_points 参数用来支持自动生成脚本，其值应该为是一个字典，从 entry_point 组名映射到一个表示 entry_point 的字符串或字符串列表，如：

setup(
    # other arguments here...
    entry_points={
        'console_scripts': [
            'foo=foo.entry:main',
            'bar=foo.entry:main',
        ],    
    }
)

scripts 参数是一个 list，安装包时在该参数中列出的文件会被安装到系统 PATH 路径下。如：

scripts=['bin/foo.sh', 'bar.py']

用如下方法可以将脚本重命名，例如去掉脚本文件的扩展名(.py、.sh):

from setuptools.command.install_scripts import install_scripts

class InstallScripts(install_scripts):

    def run(self):
        setuptools.command.install_scripts.install_scripts.run(self)

        # Rename some script files
        for script in self.get_outputs():
            if basename.endswith(".py") or basename.endswith(".sh"):
                dest = script[:-3]
            else:
                continue
            print("moving %s to %s" % (script, dest))
            shutil.move(script, dest)

setup(
    # other arguments here...
    cmdclass={
        "install_scripts": InstallScripts
    }
)

其中，cmdclass 参数表示自定制命令，后文详述。

3.4.1 ext_modules

ext_modules 参数用于构建 C 和 C++ 扩展扩展包。其是 Extension 实例的列表，每一个 Extension 实例描述了一个独立的扩展模块，扩展模块可以设置扩展包名，头文件、源文件、链接库及其路径、宏定义和编辑参数等。如：

setup(
    # other arguments here...
    ext_modules=[
        Extension('foo',
                  glob(path.join(here, 'src', '*.c')),
                  libraries = [ 'rt' ],
                  include_dirs=[numpy.get_include()])
    ]
)

详细了解可参考：https://docs.python.org/3.6/distutils/setupscript.html#preprocessor-options

3.4.2 zip_safe

zip_safe 参数决定包是否作为一个 zip 压缩后的 egg 文件安装，还是作为一个以 .egg 结尾的目录安装。因为有些工具不支持 zip 压缩文件，而且压缩后的包也不方便调试，所以建议将其设为 False，即 zip_safe=False。

3.5 自定义命令

Setup.py 文件有很多内置的的命令，可以使用 python setup.py --help-commands 查看。如果想要定制自己需要的命令，可以添加 cmdclass 参数，其值为一个 dict。实现自定义命名需要继承 setuptools.Command 或者 distutils.core.Command 并重写 run 方法。

from setuptools import setup, Command

class InstallCommand(Command):
    description = "Installs the foo."
    user_options = [
        ('foo=', None, 'Specify the foo to bar.'),
    ]
    def initialize_options(self):
        self.foo = None
    def finalize_options(self):
        assert self.foo in (None, 'myFoo', 'myFoo2'), 'Invalid foo!'
    def run(self):
        install_all_the_things()

setup(
    ...,
    cmdclass={
        'install': InstallCommand,
    }
)

3.5.1 依赖关系

如果包依赖其他的包，可以指定 install_requires 参数，其值为一个 list，如：

install_requires=[
    'requests>=1.0',
    'flask>=1.0'
]

指定该参数后，在安装包时会自定从 pypi 仓库中下载指定的依赖包安装。

此外，还支持从指定链接下载依赖，即指定 dependency_links 参数，如：

dependency_links = [
    "http://packages.example.com/snapshots/foo-1.0.tar.gz",
    "http://example2.com/p/bar-1.0.tar.gz",
]

3.6 分类信息

classifiers 参数说明包的分类信息。所有支持的分类列表见：https://pypi.org/pypi?%3Aaction=list_classifiers

示例：

classifiers = [
    # 发展时期,常见的如下
    #   3 - Alpha
    #   4 - Beta
    #   5 - Production/Stable
    'Development Status :: 3 - Alpha',

    # 开发的目标用户
    'Intended Audience :: Developers',

    # 属于什么类型
    'Topic :: Software Development :: Build Tools',

    # 许可证信息
    'License :: OSI Approved :: MIT License',

    # 目标 Python 版本
    'Programming Language :: Python :: 2',
    'Programming Language :: Python :: 2.7',
    'Programming Language :: Python :: 3',
    'Programming Language :: Python :: 3.3',
    'Programming Language :: Python :: 3.4',
    'Programming Language :: Python :: 3.5',
]

四、setup.py 命令

setup.py 文件有很多内置命令可供使用，查看所有支持的命令：

python setup.py --help-commands

此处列举一些常用命令：

• build：构建安装时所需的所有内容

• sdist：构建源码分发包，在 Windows 下为 zip 格式，Linux 下为 tag.gz 格式 。执行 sdist 命令时，默认会被打包的文件：

  所有 py_modules 或 packages 指定的源码文件
  所有 ext_modules 指定的文件
  所有 package_data 或 data_files 指定的文件
  所有 scripts 指定的脚本文件
  README、README.txt、setup.py 和 setup.cfg文件
  该命令构建的包主要用于发布，例如上传到 pypi 上。
  

• bdist：构建一个二进制的分发包。

• bdist_egg：构建一个 egg 分发包，经常用来替代基于 bdist 生成的模式

• install：安装包到系统环境中。

• develop：以开发方式安装包，该命名不会真正的安装包，而是在系统环境中创建一个软链接指向包实际所在目录。这边在修改包之后不用再安装就能生效，便于调试。

• register、upload：用于包的上传发布，后文详述。

五、setup.cfg 文件

setup.cfg 文件用于提供 setup.py 的默认参数，详细的书写规则可参考：https://docs.python.org/3/distutils/configfile.html

六、版本命名

包版本的命名格式应为如下形式:

N.N[.N]+[{a|b|c|rc}N[.N]+][.postN][.devN]

从左向右做一个简单的解释：

• "N.N": 必须的部分，两个 "N" 分别代表了主版本和副版本号
• "[.N]": 次要版本号，可以有零或多个
• "{a|b|c|rc}": 阶段代号，可选, a, b, c, rc 分别代表 alpha, beta, candidate 和 release candidate
• "N[.N]": 阶段版本号，如果提供，则至少有一位主版本号，后面可以加无限多位的副版本号
• ".postN": 发行后更新版本号，可选
• ".devN": 开发期间的发行版本号，可选

七、easy_install 与 pip

easy_insall 是 setuptool 包提供的第三方包安装工具，而 pip 是 Python 中一个功能完备的包管理工具，是 easy_install 的改进版，提供更好的提示信息，删除包等功能。

pip 相对于 easy_install 进行了以下几个方面的改进:

• 所有的包是在安装之前就下载了，所以不可能出现只安装了一部分的情况
• 在终端上的输出更加友好
• 对于动作的原因进行持续的跟踪。例如，如果一个包正在安装，那么 pip 就会跟踪为什么这个包会被安装
• 错误信息会非常有用
• 代码简洁精悍可以很好的编程
• 不必作为 egg 存档，能扁平化安装(仍然保存 egg 元数据)
• 原生的支持其他版本控制系统(Git, Mercurial and Bazaar)
• 加入卸载包功能
• 可以简单的定义修改一系列的安装依赖，还可以可靠的赋值一系列依赖包

八、发布包

PyPI(Python Package Index) 是 Python 官方维护的第三方包仓库，用于统一存储和管理开发者发布的 Python 包。

如果要发布自己的包，需要先到 pypi 上注册账号。然后创建 ~/.pypirc 文件，此文件中配置 PyPI 访问地址和账号。如的.pypirc文件内容请根据自己的账号来修改。

典型的 .pypirc 文件

[distutils]
index-servers = pypi

[pypi]
username:xxx
password:xxx

接着注册项目：

python setup.py register

该命令在 PyPi 上注册项目信息，成功注册之后，可以在 PyPi 上看到项目信息。最后构建源码包发布即可：

python setup.py sdist upload

九、库包含 C 扩展的模块


setup.py 文件示例：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

import os
import subprocess

from setuptools import setup, Extension, find_packages
from setuptools.command.build_ext import build_ext


class CMakeExtension(Extension):
    def __init__(self, name, sourcedir=''):
        Extension.__init__(self, name, sources=[])
        self.sourcedir = os.path.abspath(sourcedir)


class CMakeBuild(build_ext):
    def run(self):
        for ext in self.extensions:
            self.build_extension(ext)

    def build_extension(self, ext):
        if not os.path.exists(self.build_temp):
            os.makedirs(self.build_temp)

        extdir = self.get_ext_fullpath(ext.name)
        if not os.path.exists(extdir):
            os.makedirs(extdir)

        # This is the temp directory where your build output should go
        install_prefix = os.path.abspath(os.path.dirname(extdir))
        cmake_args = '-DCMAKE_LIBRARY_OUTPUT_DIRECTORY={}'.format(install_prefix)

        subprocess.check_call(['cmake', ext.sourcedir, cmake_args], cwd=self.build_temp)
        subprocess.check_call(['cmake', '--build', '.'], cwd=self.build_temp)

setup(
    name='name',
    version='0.0.3',
    author='xxx',
    author_email='',
    description='',
    ext_modules=[CMakeExtension('.')],
    py_modules=['纯py模块的名称'],
    cmdclass=dict(build_ext=CMakeBuild),
    zip_safe=False
)

publish.sh 示例：

echo start build
rm -rf dist/*
python setup.py sdist bdist_wheel
twine upload --repository-url http://hostname/repository/pypi-hosted/ dist/* -u username -p password

参考资料

• Building and Distributing Packages with Setuptools
• https://blog.zengrong.net/post/2169.html
• Differences between distribute, distutils, setuptools and distutils2?
• https://www.ibm.com/developerworks/cn/opensource/os-pythonpackaging/index.html
• http://python-packaging-zh.readthedocs.io/zh_CN/latest/index.html
• How to extend distutils with a simple post install script?
• Why use pip over easy_install?