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Contents

  1. PCS2 交互环境之iPython
    1. 概述
    2. 使用
      1. Windows下的iPython安装
      2. GNU/Linux下的iPython安装
      3. 使用iPython
    3. 小结

PCS2 交互环境之iPython

概述

iPython是一个Python的交互式Shell，比默认的Python Shell好用得多，功能也更强大。她支持语法高亮，自动完成，代码调试，对象自省，支持 Bash Shell 命令，内置了许多很有用的功能和函式等等，非常容易使用。

使用

目前，最新稳定的iPython版本是0.8.4，支持多种操作系统，如GNU/Linux，Unix，Mac OS X，Windows等等，这里详细介绍在GNU/Linux和Windows下的安装过程。其他系统下的安装过程可参见http://ipython.scipy.org/moin/Download(精巧地址: http://bit.ly/1sRzxv)上的具体说明。

Windows下的iPython安装

在Windows下安装iPython可分为以下几步：

(1) 下载ipython-0.8.4.win32-setup.exe和pyreadline-1.5-win32-setup.exe。

(2) 双击运行安装程序，只需经过四步即可完成安装：

  • 显示一些提示信息，直接Next；

    输入Python安装目录及iPython安装位置，因为之前把Python默认安装“C:\Python25\”了，所以这里两个都为默认设置，直接Next。若之前Python不是在“C:\Python25\”需要改变为Python所在目录；

    出现进度条，需等待一会儿，完毕后Next；

    显示完成，成功安装iPython。

(3) 安装pyreadline。直接双击安装，如下图所示：

接下去，只需下一步直至安装完毕即可。

(4) 设置环境变量Path里面加上Python安装目录下面的scripts目录:

(5) 安装完成后，进入Windows命令行，输入ipython，即可以进入iPython交互环境。

GNU/Linux下的iPython安装

(1) 下载 ipython-0.8.4.tar.gz。

(2) 进入终端，输入如下几条命令，分别是解压、进入目录、编译、安装，一切ok的话就顺利安装iPython。 

~$ tar xvzf ipython-0.8.4.tar.gz
~$ cd ipython-0.8.4
~/ipython-0.8.4$ python setup.py build  #这步可以省略
~/ipython-0.8.4$ sudo python setup.py install

(3) 在Ubuntu下，可以通过输入命令sudo apt-get install ipython即可完成安装，非常方便。

使用iPython

在顺利安装好iPython之后，就可以进入该交互环境使用了。下面介绍在GNU/Linux下iPython的使用方式，Windows下也是很类似的。下面内容很多参考自：

非常不错的资料！

进入终端，输入ipython，即可进入如下图所示的iPython交互环境。

注意：若是第一次运行ipython时会自动生成配置目录 $HOME/.ipython，包含了一些配置文件适用于不同的环境：ipythonrc， ipythonrc-math， ipythonrc-numeric， ipythonrc-physics， ipythonrc-pysh， ipythonrc-scipy以及 ipythonrc-tutorial。先可以不用管它，直接使用默认就好了。

在交互环境中，和在Python默认交互环境中一样，编写代码进行调试、测试等等。但比默认Python环境好的几点是：

(1) Magic。iPython有一些"magic"关键字: 

%Exit, %Pprint, %Quit, %alias, %autocall, %autoindent, %automagic,
%bookmark, %cd, %color_info, %colors, %config, %dhist, %dirs, %ed,
%edit, %env, %hist, %logoff, %logon, %logstart, %logstate, %lsmagic,
%macro, %magic, %p, %page, %pdb, %pdef, %pdoc, %pfile, %pinfo, %popd,
%profile, %prun, %psource, %pushd, %pwd, %r, %rehash, %rehashx, %reset,
%run, %runlog, %save, %sc, %sx, %system_verbose, %unalias, %who,
%who_ls, %whos, %xmode

iPython会检查传给它的命令是否包含magic关键字。如果命令是一个magic关键字，iPython就自己来处理。如果不是magic关键字，就交给 Python 去处理。如果automagic打开（默认），不需要在magic关键字前加%符号。相反，如果automagic是关闭的，则%是必须的。在命令提示符下输入命令magic就会显示所有magic关键字列表以及它们的简短的用法说明。良好的文档对于一个软件的任何一部分来说都是重要的，从在线iPython用户手册到内嵌文档（%magic），iPython当然不会在这方面有所缺失。下面介绍些常用的magic函式，如： 

%bg function
    把function放到后台执行，例如: %bg myfunc(x, y, z=1)，之后可以用jobs将其结果取回。myvar = jobs.result(5) 或 myvar = jobs[5].result。另外，jobs.status() 可以查看现有任务的状态。
%ed 或 %edit
    编辑一个文件并执行，如果只编辑不执行，用 ed -x filename 即可。
%env
    显示环境变量
%hist 或 %history
    显示历史记录
%macro name n1-n2 n3-n4 ... n5 .. n6 ...
    创建一个名称为 name 的宏，执行 name 就是执行 n1-n2 n3-n4 ... n5 .. n6 ... 这些代码。
%pwd
    显示当前目录
%pycat filename
    用语法高亮显示一个 Python 文件(不用加.py后缀名)
%save filename n1-n2 n3-n4 ... n5 .. n6 ...
    将执行过多代码保存为文件
%time statement
    计算一段代码的执行时间
%timeit statement
    自动选择重复和循环次数计算一段代码的执行时间，太方便了。

(2) iPython中用!表示执行shell命令，用$将Python 的变量转化成 Shell 变量。通过这两个符号，就可以做到和Shell 命令之间的交互，可以非常方便地做许多复杂的工作。比如可以很方便地创建一组目录： 

for i in range(10):
    s = "dir%s" % i
    !mkdir $s

不过写法上还是有一些限制，$ 后面只能跟变量名，不能直接写复杂表达式，$"dir%s"%i 就是错误的写法了，所以要先完全产生 Python 的变量以后再用。例如： 

for i in !ls:
    print i

这样的写法也是错的，可以这样： 

a = !ls
for i in a:
    print i

还有一点需要说明，就是执行普通的 Shell 命令中如果有 $ 的话需要用两个 $。比如原来的echo $PATH现在得写成!echo $$PATH。

(3) Tab自动补全。iPython一个非常强大的功能是tab自动补全。标准Python交互式解释器也可以tab自动补全： 

~$ python
Python 2.5.1 (r251:54863, Mar  7 2008, 04:10:12) 
[GCC 4.1.3 20070929 (prerelease) (Ubuntu 4.1.2-16ubuntu2)] on linux2
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> import rlcompleter, readline
>>> readline.parse_and_bind('tab: complete')
>>> h
hasattr  hash     help     hex

标准Python交互式解释器和iPython都支持“普通”自动补全和菜单补全。

使用自动补全，要先输入一个匹配模型，然后按Tab键。如果是“普通”自动补全模式（默认），Tab后会：

  • 匹配模型按最大匹配展开。
  • 列出所有匹配的结果。

    例如：

    In [1]: import os

In [2]: os.po
os.popen os.popen2 os.popen3 os.popen4

In [2]: os.popen
    输入os.po然后按Tab键，os.po被展开成os.popen（就象在In [2]:提示符显示的那样），并显示os所有以po开头的模块，类和函式，它们是popen，popen2，popen3和popen4。

而菜单补全稍有不同。关闭默认Tab补全，使用菜单补全，需修改配置文件$HOME/.ipython/ipythonrc。 

注释掉：
readline_parse_and_bind tab: complete
取消注释:
readline_parse_and_bind tab: menu-complete

不同于“普通”自动补全的显示当前命令所有匹配列表，菜单补全会随着每按一次Tab键而循环显示匹配列表中的项目。例如：

In [1]: import os

In [2]: os.po

结果是：

In [3]: os.popen

接下来每次按Tab键就会循环显示匹配列表中的其它项目：popen2，popen3，popen4，最后回到po。菜单补全模式下查看所有匹配列表的快捷键是Ctrl-L。

(4) 自省。Python有几个内置的函式用于自省。iPython不仅可以调用所有标准Python函式，对于那些Python shell内置函式同样适用。典型的使用标准Python shell进行自省是使用内置的dir()函式： 

>>> import SimpleXMLRPCServer
>>> dir(SimpleXMLRPCServer.SimpleXMLRPCServer)
['__doc__', '__init__', '__module__', '_dispatch',
'_marshaled_dispatch', 'address_family', 'allow_reuse_address',
'close_request', 'fileno', 'finish_request', 'get_request',
'handle_error', 'handle_request', 'process_request',
'register_function', 'register_instance',
'register_introspection_functions', 'register_multicall_functions',
'request_queue_size', 'serve_forever', 'server_activate', 'server_bind',
'server_close', 'socket_type', 'system_listMethods',
'system_methodHelp', 'system_methodSignature', 'system_multicall',
'verify_request']

因为dir()是一个内置函式，在 iPython中也能很好的使用它们。但是iPython的操作符?和??功能还要强大： 

In [3]: import SimpleXMLRPCServer

In [4]: ? SimpleXMLRPCServer
Base Class:       <type 'module'>
String Form:   <module 'SimpleXMLRPCServer' from '/usr/lib/python2.5/SimpleXMLRPCServer.pyc'>
Namespace:        Interactive
File:             /usr/lib/python2.5/SimpleXMLRPCServer.py
Docstring:
    Simple XML-RPC Server.
    
    This module can be used to create simple XML-RPC servers
    by creating a server and either installing functions, a
    class instance, or by extending the SimpleXMLRPCServer
    class.
    
    It can also be used to handle XML-RPC requests in a CGI
    environment using CGIXMLRPCRequestHandler.
    
    A list of possible usage patterns follows:
    
    1. Install functions:
    
    server = SimpleXMLRPCServer(("localhost", 8000))
    server.register_function(pow)
    server.register_function(lambda x,y: x+y, 'add')
:

?操作符会截断长的字符串。相反，??不会截断长字符串，如果有源代码的话还会以语法高亮形式显示它们。

(5) 历史。当在iPython shell下交互的输入了大量命令，语句等等，就象这样： 

In [1]: a = 1

In [2]: b = 2

In [3]: c = 3

In [4]: d = {}

In [5]: e = []

In [6]: for i in range(20):
   ...:     e.append(i)
   ...:     d[i] = b
   ...:

可以输入命令“hist”快速查看那些已输入的历史记录： 

In [7]: hist
1: a = 1
2: b =2
3: c = 3
4: d = {}
5: e = []
6:
for i in range(20):
    e.append(i)
    d[i] = b
    
7: _ip.magic("hist ")

要去掉历史记录中的序号（这里是1至7），使用命令“hist -n”: 

In [8]: hist -n
a = 1
b =2
c = 3
d = {}
e = []
for i in range(20):
    e.append(i)
    d[i] = b
    
_ip.magic("hist ")
_ip.magic("hist -n")

这样就可方便的将代码复制到一个文本编辑器中。要在历史记录中搜索，可以先输入一个匹配模型，然后按Ctrl-P。找到一个匹配后，继续按Ctrl-P会向后搜索再上一个匹配，Ctrl-N则是向前搜索最近的匹配。

(6) 编辑。当在Python提示符下试验一个想法时，经常需要通过编辑器修改源代码（甚至是反复修改）。在iPython下输入edit就会根据环境变量$ EDITOR调用相应的编辑器。如果$EDITOR为空，则会调用vi（Unix）或记事本（Windows）。要回到iPython提示符，直接退出编辑器即可。如果是保存并退出编辑器，输入编辑器的代码会在当前名字空间下被自动执行。如果不想这样，使用edit -x。如果要再次编辑上次最后编辑的代码，使用edit -p。在上一个特性里，提到使用hist -n可以很容易的将代码拷贝到编辑器。一个更简单的方法是edit加Python列表的切片（slice）语法。假定hist输出如下： 

In [29]: hist
1 : a = 1
2 : b = 2
3 : c = 3
4 : d = {}
5 : e = []
6 :
for i in range(20):
e.append(i)
d[i] = b

7 : %hist

现在要将第4，5，6句代码导出到编辑器，只要输入： 

edit 4:7

(7) Debugger接口。iPython 的另一特性是它与Python debugger的接口。在iPython Shell下输入magic关键字pdb就会在产生一个异常时开关自动debugging功能。在自动pdb呼叫启用的情况下，当Python遇到一个未处理的异常时Python debugger就会自动启动。在debugger中的当前行就是异常发生的那一行。iPython的作者说有时候当他需要在某行代码处debug时，他会在开始debug的地方放一个表达式1/0。启用pdb，在iPython中运行代码。当解释器处理到1/0那一行时，就会产生一个 ZeroDivisionError异常，然后他就在指定的代码处被带到一个debugging session中了。

(8) 运行。有时候在一个交互式Shell中时，如果可以运行某个源文件中的内容将会很有用。运行magic关键字run带一个源文件名就可以在iPython解释器中运行一个文件了（例如run <源文件> <运行源文件所需参数>）。参数主要有以下这些：

  • -n 阻止运行源文件代码时__name__变量被设为"__main__"。这会防止if __name__ == "__main__":块中的代码被执行;

  • -i 源文件在就当前iPython的名字空间下运行而不是在一个新的名字空间中。如果你需要源代码可以使用在交互式session中定义的变量就会很有用。
  • -p 使用Python的profiler模块运行并分析源代码。使用该选项代码不会运行在当前名字空间。

(9) 宏。宏允许用户为一段代码定义一个名字，这样可在以后使用这个名字来运行这段代码。就象在magic关键字edit中提到的，列表切片法也适用于宏定义。假设有一个历史记录如下： 

In [3]: hist
1: l = []
2:
for i in l:
print i

可以这样来定义一个宏： 

In [4]: macro print_l 2
Macro `print_l` created. To execute, type its name (without quotes).
Macro contents:
for i in l:
print i

运行宏： 

In [5]: print_l
------> print_l()

在这里，列表l是空的，所以没有东西被输出。但这其实是一个很强大的功能，赋予列表l某些实际值，再次运行宏就会看到不同的结果： 

In [7]: l = range(5)

In [8]: print_l
------> print_l()
0
1
2
3
4

当运行一个宏时就好象你重新输入了一遍包含在宏print_l中的代码。它还可以使用新定义的变量l。由于Python语法中没有宏结构（也许永远也不会有），在一个交互式shell中它更显得是一个有用的特性。

(10) 环境（Profiles）。就象早前提到的那样，iPython安装了多个配置文件用于不同的环境。配置文件的命名规则是ipythonrc-。要使用特定的配置启动iPython，需要这样： 

ipython -p

一个创建自己环境的方法是在$HOME/.ipython目录下创建一个iPython配置文件，名字就叫做ipythonrc-，这里是你想要的环境的名字。如果同时进行好几个项目，而这些项目又用到互不相同的特殊的库，这时候每个项目都有自己的环境就很有用了。也可以为每个项目建立一个配置文件，然后在每个配置文件中import该项目中经常用到的模块。

(11) 使用操作系统的Shell。使用默认的iPython配置文件，有几个Unix Shell命令（当然，是在Unix系统上），cd，pwd和ls都能象在bash下一样工作。运行其它的shell命令需要在命令前加!或!!。使用magic关键字%sc和%sx可以捕捉shell命令的输出。pysh环境可以被用来替换掉shell。使用-p pysh参数启动的iPython，可以接受并执行用户$PATH中的所有命令，同时还可以使用所有的Python模块，Python关键字和内置函式。例如，想要创建500个目录，命名规则是从d_0_d到d_499_d，可以使用-p pysh启动iPython，然后就象这样： 

[~/ttt]|1> for i in range(500):
                      |.>     mkdir d_${i}_d
                      |.>

这就会创建500个目录： 

[~/ttt]|2> ls -d d* | wc -l
500

注意这里混合了Python的range函式和Unix的mkdir命令。注意，虽然ipython -p pysh提供了一个强大的shell替代品，但它缺少正确的job控制。在运行某个很耗时的任务时按下Ctrl-z将会停止iPython session而不是那个子进程。

最后，退出iPython。输入Ctrl-D（会要求你确认），也可以输入Exit或Quit（注意大小写）退出而不需要确认。

小结

经过本文对iPython的特性及其基本的使用方法的介绍，已经充分感受到iPython的强大功能了吧！那么，就把她作为一个有利的工具帮助我们开发吧！对于进一步的配置和更多的用途，有兴趣的同学可以在网络上发掘更丰富的资料。

-- Lizzie 2008-05-28 21:00:00

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