Python后端 -- 万字长文全面解析Django框架

Django是一款开源的Web框架，基于Python语言开发，旨在帮助开发者快速构建高质量的Web应用程序。它采用了MVT（Model-View-Template）设计模式，与经典的MVC模式类似但更加灵活。Django的宗旨是"Don't Repeat Yourself"（别重复造轮子），通过封装常见的Web开发任务，减少开发者的工作量。

Django适合的场景

内容管理系统（CMS）
电商网站
REST API后端
数据驱动的动态网站

2. Django的特点

快速开发： 提供大量开箱即用的功能模块，如用户认证、管理后台、ORM等。
安全性高： 内置常见的安全机制，防止SQL注入、跨站脚本（XSS）和跨站请求伪造（CSRF）。
可扩展性强： 丰富的插件生态系统，支持自定义开发。
强大的社区支持： 丰富的文档和活跃的开发者社区。

3. 环境搭建

在开始学习Django之前，需要准备开发环境，包括Python解释器和Django框架本身。

步骤一：检查或安装Python

python 复制代码

# 检查是否已安装Python

python --version

如果未安装，前往Python官网下载最新版本并安装。

步骤二：创建虚拟环境

为避免依赖冲突，推荐在虚拟环境中安装Django：

python 复制代码

python -m venv myenv
source myenv/bin/activate  # macOS/Linux
myenv\Scripts\activate     # Windows

步骤三：安装Django

使用pip安装Django：

python 复制代码

pip install django

#检查
django-admin --version

4. 创建第一个Django项目

创建一个新项目

python 复制代码

django-admin startproject myproject
cd myproject

项目目录结构如下：

python 复制代码

myproject/
    manage.py
    myproject/
        __init__.py
        settings.py
        urls.py
        asgi.py
        wsgi.py

启动开发服务器

python 复制代码

python manage.py runserver



#打开浏览器访问http://127.0.0.1:8000/，可以看到默认的欢迎页面。

Django项目结构解析

在上一部分，我们成功安装了Django，并创建了第一个Django项目。接下来，我们将深入了解Django项目的结构，搞清楚每个文件和目录的作用，从而为后续的开发工作奠定扎实的基础。

1. 项目与应用的区别

Django中的"项目"和"应用"是两个核心概念，理解它们的区别对项目组织非常重要。

项目（Project）： 一个Django项目是一个整体的Web服务或网站，包含一系列设置和配置文件，用于定义网站的全局行为。
应用（App）： 应用是项目中的一个子模块，负责实现某一特定功能，例如博客、论坛、用户管理等。一个项目可以包含多个应用。

类比示例：

将项目比作一本书，书中每一章就是一个应用。项目定义了书的标题、封面和大纲，而应用则实现了具体的内容。

2. Django项目目录结构

创建项目时生成的默认目录结构如下：

python 复制代码

myproject/
    manage.py
    myproject/
        __init__.py
        settings.py
        urls.py
        asgi.py
        wsgi.py

manage.py

一个命令行工具，用于与Django项目进行交互。例如启动服务器、执行数据库迁移等。

python 复制代码

python manage.py runserver    # 启动开发服务器
python manage.py makemigrations  # 创建数据库迁移文件
python manage.py migrate     # 应用数据库迁移
python manage.py createsuperuser  # 创建管理员账号

`init.py`

一个空文件，表明该目录是一个Python包。

`settings.py`

全局配置文件，包括数据库设置、已安装的应用、静态文件路径等。

python 复制代码

INSTALLED_APPS = [  # 已安装的应用
    'django.contrib.admin',
    'django.contrib.auth',
    ...
]

DATABASES = {  # 数据库配置
    'default': {
        'ENGINE': 'django.db.backends.sqlite3',
        'NAME': BASE_DIR / 'db.sqlite3',
    }
}

`urls.py`

全局URL配置文件，用于定义项目的路由规则。

python 复制代码

from django.contrib import admin
from django.urls import path

urlpatterns = [
    path('admin/', admin.site.urls),
]

`asgi.py`

异步服务器网关接口配置，用于支持异步请求处理。

`wsgi.py`

Web服务器网关接口配置，用于生产环境部署。

3. Django应用的基本构造

在Django中，应用是实现具体功能的基本单位。我们可以通过以下命令创建一个应用：

python 复制代码

python manage.py startapp myapp

生成的应用目录结构如下：

python 复制代码

myapp/
    admin.py
    apps.py
    models.py
    tests.py
    views.py
    migrations/
        __init__.py

`admin.py`

配置Django管理后台中的数据展示。

python 复制代码

from django.contrib import admin
from .models import MyModel

admin.site.register(MyModel)

`apps.py`

配置应用的元信息。

`models.py`

定义数据库模型。

`tests.py`

用于编写单元测试。

`views.py`

定义视图逻辑，用于处理用户请求并返回响应。

`migrations/`

用于存储数据库迁移文件。

4. 注册应用

在创建应用后，需将其注册到项目中，使Django识别该应用。步骤如下：

打开settings.py文件。
在INSTALLED_APPS中添加应用名称：

python 复制代码

INSTALLED_APPS = [
    ...
    'myapp',
]

5. Django中的重要文件总结

Django项目和应用中的核心文件共同构成了项目的开发框架：

settings.py： 全局配置中心。
urls.py： 路由管理。
models.py： 数据库模型设计。
views.py： 处理请求并返回响应。
admin.py： 管理后台配置。

Django模型层（Models）

Django模型（Models）是框架的重要组成部分，用于处理与数据库的交互。通过Django的ORM（Object-Relational Mapping，对象关系映射），开发者可以直接使用Python代码操作数据库，而无需编写繁琐的SQL语句。本部分将从模型的定义、关系设计到数据库操作，带你全面了解Django的模型层。

1. ORM概述

Django的ORM是一种将Python对象与数据库表对应起来的技术。通过ORM，开发者可以：

定义数据库表结构。
使用Python代码进行增删改查操作。
轻松切换数据库（如SQLite、PostgreSQL、MySQL）。

优点

简化了数据库操作的复杂度。
提高了代码的可读性和可维护性。
提供了一致的API接口，支持多种数据库。

2. 模型的定义

在Django中，模型是Python类，每个类对应一个数据库表，类中的属性对应表中的字段。

基本模型定义

创建一个名为models.py的文件，并定义模型：

python 复制代码

from django.db import models

class Author(models.Model):
    name = models.CharField(max_length=100)  # 字符串字段
    email = models.EmailField()             # 邮箱字段
    bio = models.TextField(blank=True, null=True)  # 可选字段

    def __str__(self):
        return self.name

字段类型

Django提供了多种字段类型，常用字段包括：

CharField： 用于存储短文本，需指定max_length。
TextField： 用于存储长文本。
IntegerField： 存储整数。
FloatField： 存储浮点数。
DateField/DateTimeField： 存储日期或日期时间。
BooleanField： 存储布尔值。
EmailField： 用于存储并验证邮箱格式。
FileField/ImageField： 用于存储文件或图片。

字段选项

字段支持多个选项，用于控制数据库行为：

null=True： 数据库中该字段可以为空。
blank=True： 表单中该字段可以为空。
default=value： 设置字段的默认值。
choices=： 定义字段的枚举值。

python 复制代码

class Book(models.Model):
    GENRE_CHOICES = [
        ('FIC', 'Fiction'),
        ('NF', 'Non-Fiction'),
        ('SF', 'Science Fiction'),
    ]

    title = models.CharField(max_length=200)
    genre = models.CharField(max_length=3, choices=GENRE_CHOICES)
    published_date = models.DateField()

3. 模型的关系

Django支持一对一、一对多和多对多关系。

一对一关系

使用OneToOneField定义一对一关系：

python 复制代码

class Profile(models.Model):
    user = models.OneToOneField('auth.User', on_delete=models.CASCADE)
    bio = models.TextField()

一对多关系

使用ForeignKey定义一对多关系：

python 复制代码

class Article(models.Model):
    title = models.CharField(max_length=100)
    author = models.ForeignKey(Author, on_delete=models.CASCADE)

多对多关系

使用ManyToManyField定义多对多关系：

python 复制代码

class Student(models.Model):
    name = models.CharField(max_length=100)

class Course(models.Model):
    name = models.CharField(max_length=100)
    students = models.ManyToManyField(Student)

4. 迁移与数据库操作

定义模型后，需要将其同步到数据库中。Django提供了迁移工具来完成这一任务。

创建迁移文件

运行以下命令生成迁移文件：

python 复制代码

python manage.py makemigrations

生成的迁移文件描述了数据库的变更。

应用迁移

运行以下命令将迁移应用到数据库：

python 复制代码

python manage.py migrate

5. 数据库操作

Django提供了对模型的增删改查操作的API。

python 复制代码

创建记录
author = Author(name="John Doe", email="john@example.com")
author.save()

查询所有记录
Author.objects.all()
条件查询：
Author.objects.filter(name="John Doe")
获取单个对象：
Author.objects.get(id=1)

更新记录
author = Author.objects.get(id=1)
author.email = "new_email@example.com"
author.save()

删除记录
author = Author.objects.get(id=1)
author.delete()

排序：
Author.objects.order_by('name')

分页：
Author.objects.all()[:10]

6. 模型管理器（Manager）

Django的objects是模型的默认管理器，可以通过自定义管理器扩展其功能：

python 复制代码

class AuthorManager(models.Manager):
    def active_authors(self):
        return self.filter(is_active=True)

class Author(models.Model):
    name = models.CharField(max_length=100)
    is_active = models.BooleanField(default=True)

    objects = AuthorManager()



#调用自定义方法
active_authors = Author.objects.active_authors()

Django视图层（Views）

在Django中，视图（Views）是处理用户请求并返回响应的核心部分。通过视图，我们可以定义应用的业务逻辑，将模型数据传递给模板，最终生成动态的网页内容。本部分将详细讲解视图的基本概念、类型及其在项目中的实际应用。

1. 视图的基本概念

Django视图是一个Python函数或类，接收HTTP请求对象（HttpRequest），处理逻辑后返回HTTP响应对象（HttpResponse）。

视图的职责

处理用户请求。
执行业务逻辑（如查询数据库）。
渲染模板并返回响应。

2. 函数视图（Function-Based Views, FBV）

Django的函数视图是最基本的视图形式，定义为普通的Python函数。

示例：简单的函数视图

python 复制代码

from django.http import HttpResponse

def hello_world(request):
    return HttpResponse("Hello, World!")

视图绑定URL

在urls.py中绑定视图函数到特定的URL：

python 复制代码

from django.urls import path
from . import views

urlpatterns = [
    path('hello/', views.hello_world),
]

访问http://127.0.0.1:8000/hello/时，将返回Hello, World!。

视图中的逻辑处理

视图可以包含复杂的逻辑，例如查询数据库并动态生成响应：

python 复制代码

from django.shortcuts import render
from .models import Article

def article_list(request):
    articles = Article.objects.all()
    return render(request, 'articles.html', {'articles': articles})

render：用于渲染模板。
'articles.html'：模板文件的名称。
{'articles': articles}：上下文数据传递给模板。

3. 类视图（Class-Based Views, CBV）

Django提供了类视图，便于处理复杂的逻辑。类视图将请求处理拆分为多个方法，增强了代码的可复用性。

基本类视图

定义一个简单的类视图：

python 复制代码

from django.http import HttpResponse
from django.views import View

class HelloWorldView(View):
    def get(self, request):
        return HttpResponse("Hello, World from Class-Based View!")

绑定URL

python 复制代码

from django.urls import path
from .views import HelloWorldView

urlpatterns = [
    path('hello/', HelloWorldView.as_view()),
]

通用类视图（Generic Views）

Django内置了一些通用类视图，用于处理常见任务，如显示列表或详细信息。

ListView： 显示对象列表。

DetailView：显示单个对象的详细信息。

python 复制代码

from django.views.generic import ListView
from .models import Article

class ArticleListView(ListView):
    model = Article
    template_name = 'articles.html'
    context_object_name = 'articles'

绑定URL

python 复制代码

urlpatterns = [
    path('articles/', ArticleListView.as_view(), name='article_list'),
]

4. 视图中的请求与响应

视图需要处理用户的请求，并生成适当的响应。

HttpRequest对象

request对象包含了与用户请求相关的所有信息：

request.method： 请求方法（GET、POST等）。
request.GET： 获取查询参数。
request.POST： 获取表单提交数据。

示例：

python 复制代码

def search(request):
    query = request.GET.get('q')
    return HttpResponse(f"Search query: {query}")

HttpResponse对象

HttpResponse用于返回自定义的响应：

HttpResponse(content)： 返回纯文本内容。
HttpResponseRedirect(url)： 重定向到指定URL。
JsonResponse(data)： 返回JSON数据。

5. 视图与模板结合

通常，视图通过模板引擎生成动态网页。

使用`render`渲染模板

render函数简化了模板渲染的过程：

python 复制代码

from django.shortcuts import render

def home(request):
    context = {'title': 'Welcome to Django'}
    return render(request, 'home.html', context)

在模板中使用上下文数据

模板文件home.html示例：

python 复制代码

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <title>{{ title }}</title>
</head>
<body>
    <h1>{{ title }}</h1>
</body>
</html>

6. 处理错误和异常

Django视图可以通过内置方法处理错误或异常，提供更友好的用户体验。

自定义404页面是的404！

在views.py中定义404视图：

python 复制代码

from django.http import HttpResponseNotFound

def custom_404_view(request, exception):
    return HttpResponseNotFound("Page not found!")



# 在settings.py中配置：
handler404 = 'myapp.views.custom_404_view'

7. 中间件与视图

中间件可以在请求到达视图之前或响应返回用户之前，处理一些通用任务。例如，认证、日志记录等。

示例：记录请求路径的中间件：

python 复制代码

class LogMiddleware:
    def __init__(self, get_response):
        self.get_response = get_response

    def __call__(self, request):
        print(f"Request path: {request.path}")
        return self.get_response(request)

在settings.py中注册：

python 复制代码

MIDDLEWARE = [
    ...,
    'myapp.middleware.LogMiddleware',
]

Django模板层（Templates）

Django模板层（Templates）负责将动态数据渲染为HTML页面，向用户呈现最终的内容。模板系统采用一种简洁的语法，让开发者专注于页面结构，而将复杂的逻辑留在视图层。本部分将详细介绍Django模板语言的语法、模板继承机制以及静态文件的管理。

1. 模板语言语法

Django模板语言（Django Template Language，DTL）是一种简洁的标记语言，用于动态渲染HTML内容。其语法由变量、标签和过滤器组成。

1.1 变量

模板中的变量使用双花括号包裹：

python 复制代码

<p>{{ variable_name }}</p>

标签是控制模板逻辑的核心，使用{% ... %}表示。常见标签包括：

**{% if %}：条件语句。
**{% for %}：循环语句。
**{% include %}：包含其他模板。

示例：

python 复制代码

{% if user_name %}
    <p>Hello, {{ user_name }}!</p>
{% else %}
    <p>Hello, Guest!</p>
{% endif %}

过滤器用于格式化变量，语法为{``{ variable|filter_name }}。常见过滤器：

date：格式化日期。
lower：将字符串转为小写。
length：获取列表长度。

示例：

python 复制代码

<p>{{ current_date|date:"Y-m-d" }}</p>
<p>{{ user_name|lower }}</p>

2. 模板的使用

模板文件通常存放在项目的templates目录下，需在settings.py中配置模板路径：

python 复制代码

TEMPLATES = [
    {
        'BACKEND': 'django.template.backends.django.DjangoTemplates',
        'DIRS': [BASE_DIR / 'templates'],  # 自定义模板目录
        'APP_DIRS': True,
        ...
    },
]

创建模板文件：项目目录结构：

python 复制代码

myproject/
    templates/
        home.html

渲染模板：在视图中调用render：

python 复制代码

def home(request):
    return render(request, 'home.html', {'title': 'Welcome to Django'})

模板内容：

python 复制代码

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <title>{{ title }}</title>
</head>
<body>
    <h1>{{ title }}</h1>
</body>
</html>

3. 模板继承与模块化

模板继承机制允许定义通用的页面结构，并通过子模板进行扩展，从而减少重复代码。

3.1 定义父模板

父模板通常定义页面的通用结构：

python 复制代码

<!-- templates/base.html -->
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <title>{% block title %}My Site{% endblock %}</title>
</head>
<body>
    <header>
        <h1>My Website Header</h1>
    </header>
    <main>
        {% block content %}{% endblock %}
    </main>
    <footer>
        <p>My Website Footer</p>
    </footer>
</body>
</html>

3.2 定义子模板

子模板继承父模板，并重写指定的块内容：

python 复制代码

<!-- templates/home.html -->
{% extends 'base.html' %}

{% block title %}Home Page{% endblock %}

{% block content %}
    <p>Welcome to the home page!</p>
{% endblock %}

3.3 使用模板继承的页面渲染

视图调用子模板：

python 复制代码

def home(request):
    return render(request, 'home.html')

4. 模板中的静态文件

静态文件（CSS、JavaScript、图片等）用于增强页面的视觉和交互效果。Django提供了一套机制来管理静态文件。

配置静态文件

在settings.py中配置静态文件路径：

python 复制代码

STATIC_URL = '/static/'
STATICFILES_DIRS = [BASE_DIR / 'static']



# 确保在模板文件中加载静态文件标签：
{% load static %}


# 引用静态文件：
<link rel="stylesheet" href="{% static 'css/styles.css' %}">
<img src="{% static 'images/logo.png' %}" alt="Logo">

5. 模板的自定义标签和过滤器

当Django内置的标签和过滤器无法满足需求时，可以自定义。

python 复制代码

# 在应用目录下创建一个templatetags目录，添加自定义过滤
# myapp/templatetags/custom_filters.py
from django import template

register = template.Library()

@register.filter
def add_prefix(value, prefix):
    return f"{prefix}{value}"

python 复制代码

# 在模板中加载并使用：


{% load custom_filters %}
<p>{{ 'World'|add_prefix:'Hello, ' }}</p>

Django URL解析

在一个Web应用中，URL是用户与应用交互的入口。Django通过URL解析将用户请求与视图关联起来，并根据URL模式决定调用哪个视图处理请求。本部分将深入讲解Django的URL解析机制、动态URL配置以及命名空间和反向解析的使用。

1. URL配置的基础

Django通过urls.py文件将URL模式映射到视图。

python 复制代码

# 项目的urls.py文件
from django.contrib import admin
from django.urls import path
from myapp import views  # 引入应用视图

# 定义URL模式列表
urlpatterns = [
    path('admin/', admin.site.urls),  # 管理后台
    path('home/', views.home, name='home'),  # 静态路径绑定到视图
]

# 示例视图：返回简单的响应
# myapp/views.py
from django.http import HttpResponse

def home(request):
    return HttpResponse("Welcome to the Home Page!")

访问路径 /home/ 将调用 home 视图，返回 "Welcome to the Home Page!"。

2. 动态URL

动态URL允许捕获路径参数并传递到视图中。

python 复制代码

# 定义动态URL
urlpatterns = [
    path('article/<int:article_id>/', views.article_detail, name='article_detail'),
]

# 视图函数处理动态参数
def article_detail(request, article_id):
    return HttpResponse(f"Article ID: {article_id}")

访问 /article/42/，将显示 Article ID: 42。
<int:article_id> 捕获整数类型的路径参数。

支持的动态参数类型：

<str>：字符串（默认）。
<int>：整数。
<slug>：短字符串。
<path>：带斜杠的字符串。
<uuid>：UUID格式。

3. 命名空间与反向解析

为提高可维护性，可以为URL模式命名，并通过反向解析动态生成URL。

python 复制代码

# 定义带名称的URL
urlpatterns = [
    path('home/', views.home, name='home'),  # 给URL模式命名为 'home'
]

# 视图中使用反向解析生成URL
from django.urls import reverse

def redirect_to_home(request):
    home_url = reverse('home')  # 根据名称动态生成URL
    return HttpResponse(f"The URL for 'home' is: {home_url}")

# 模板中反向解析URL
# home.html
<a href="{% url 'home' %}">Go to Home</a>

reverse('home') 返回 /home/。
模板中的 {% url 'home' %} 动态生成链接。

4. 命名空间

在大型项目中，可以为每个应用的URL配置添加命名空间。

python 复制代码

# 应用的urls.py文件
from django.urls import path

app_name = 'myapp'  # 定义命名空间

urlpatterns = [
    path('home/', views.home, name='home'),  # 定义命名URL
]

# 主urls.py文件
from django.urls import include

urlpatterns = [
    path('myapp/', include('myapp.urls')),  # 引入应用URL
]

# 模板中使用命名空间的反向解析
<a href="{% url 'myapp:home' %}">Go to MyApp Home</a>

使用 myapp:home 指定命名空间和URL名称，避免冲突。

5. 正则表达式URL

对于复杂的路径需求，可以使用re_path结合正则表达式定义URL。

python 复制代码

from django.urls import re_path

# 定义正则表达式URL模式
urlpatterns = [
    re_path(r'^article/(?P<year>\d{4})/$', views.article_by_year, name='article_by_year'),
]

# 视图中接收正则表达式参数
def article_by_year(request, year):
    return HttpResponse(f"Articles from year: {year}")

URL /article/2024/ 将返回 Articles from year: 2024。
(?P<year>\d{4}) 捕获名为 year 的四位数字参数。

6. URL优化

Django提供了工具和技巧优化URL设计：

使用include组织URL： 将每个应用的URL配置拆分到独立文件中。

python 复制代码

# 主urls.py
from django.urls import include
urlpatterns = [
    path('blog/', include('blog.urls')),  # 引入博客应用URL配置
]

规范设计URL： 避免嵌套过深的路径，遵循RESTful设计原则，例如：
- /users/：用户列表。
- /users/<id>/：单个用户详情。

从初识Django，到逐步掌握模型、视图、模板，再到URL解析，如果你问我，Django最大的魅力是什么，我会说它的"有条不紊"。从后台逻辑到前端显示，从简单的Hello World到复杂的数据库查询，Django用一种条理清晰的方式让我们既能快速上手，又能应对复杂场景。就像一个好用的工具箱，拿出来就是各种好用的工具，一切都那么顺理成章。

你可能已经开始计划用Django做点什么了。是一个简单的博客，还是一个功能复杂的电商网站？无论如何，Django的学习远不止于此。它还有更多的高级特性等待你去探索，Enjoy coding，and keep building!

Python后端 -- 万字长文全面解析Django框架

Django简介与安装

1. Django是什么？

Django适合的场景

2. Django的特点

3. 环境搭建

步骤一：检查或安装Python

步骤二：创建虚拟环境

步骤三：安装Django

4. 创建第一个Django项目

创建一个新项目

启动开发服务器

Django项目结构解析

1. 项目与应用的区别

类比示例：

2. Django项目目录结构

manage.py

__init__.py

settings.py

urls.py

asgi.py

wsgi.py

3. Django应用的基本构造

admin.py

apps.py

models.py

tests.py

views.py

migrations/

4. 注册应用

5. Django中的重要文件总结

Django模型层（Models）

1. ORM概述

优点

2. 模型的定义

基本模型定义

字段类型

字段选项

3. 模型的关系

一对一关系

一对多关系

多对多关系

4. 迁移与数据库操作

创建迁移文件

应用迁移

5. 数据库操作

6. 模型管理器（Manager）

Django视图层（Views）

1. 视图的基本概念

视图的职责

2. 函数视图（Function-Based Views, FBV）

示例：简单的函数视图

视图绑定URL

视图中的逻辑处理

3. 类视图（Class-Based Views, CBV）

基本类视图

通用类视图（Generic Views）

DetailView： 显示单个对象的详细信息。

4. 视图中的请求与响应

HttpRequest对象

HttpResponse对象

5. 视图与模板结合

使用render渲染模板

在模板中使用上下文数据

6. 处理错误和异常

自定义404页面 是的404！

7. 中间件与视图

Django模板层（Templates）

1. 模板语言语法

1.1 变量

2. 模板的使用

3. 模板继承与模块化

3.1 定义父模板

3.2 定义子模板

3.3 使用模板继承的页面渲染

4. 模板中的静态文件

配置静态文件

5. 模板的自定义标签和过滤器

Django URL解析

1. URL配置的基础

`init.py`

`settings.py`

`urls.py`

`asgi.py`

`wsgi.py`

`admin.py`

`apps.py`

`models.py`

`tests.py`

`views.py`

`migrations/`

DetailView：显示单个对象的详细信息。

使用`render`渲染模板

自定义404页面是的404！