Python Argparse 教程

作者: Tshepang Lekhonkhobe

摘要

这篇教程旨在作为 argparse 的入门介绍，此模块是 Python 标准库中推荐的命令行解析模块。

备注

还有另外两个模块可以完成同样的任务，称为 getopt (对应于 C 语言中的 getopt() 函数) 和被弃用的 optparse。还要注意 argparse 是基于 optparse 的，因此用法与其非常相似。

概念

让我们利用 ls 命令来展示我们将要在这篇入门教程中探索的功能:

$ ls
cpython  devguide  prog.py  pypy  rm-unused-function.patch
$ ls pypy
ctypes_configure  demo  dotviewer  include  lib_pypy  lib-python ...
$ ls -l
total 20
drwxr-xr-x 19 wena wena 4096 Feb 18 18:51 cpython
drwxr-xr-x  4 wena wena 4096 Feb  8 12:04 devguide
-rwxr-xr-x  1 wena wena  535 Feb 19 00:05 prog.py
drwxr-xr-x 14 wena wena 4096 Feb  7 00:59 pypy
-rw-r--r--  1 wena wena  741 Feb 18 01:01 rm-unused-function.patch
$ ls --help
Usage: ls [OPTION]... [FILE]...
List information about the FILEs (the current directory by default).
Sort entries alphabetically if none of -cftuvSUX nor --sort is specified.
...

我们可以从这四个命令中学到几个概念:

ls 是一个即使在运行的时候没有提供任何选项，也非常有用的命令。在默认情况下他会输出当前文件夹包含的文件和文件夹。
如果我们想要使用比它默认提供的更多功能，我们需要告诉该命令更多信息。在这个例子里，我们想要查看一个不同的目录，pypy。我们所做的是指定所谓的位置参数。之所以这样命名，是因为程序应该如何处理该参数值，完全取决于它在命令行出现的位置。更能体现这个概念的命令如 cp，它最基本的用法是 cp SRC DEST。第一个位置参数指的是*你想要复制的*，第二个位置参数指的是*你想要复制到的位置*。
现在假设我们想要改变这个程序的行为。在我们的例子中，我们不仅仅只是输出每个文件的文件名，还输出了更多信息。在这个例子中，-l 被称为可选参数。
这是一段帮助文档的文字。它是非常有用的，因为当你遇到一个你从未使用过的程序时，你可以通过阅读它的帮助文档来弄清楚它是如何运行的。

基础

让我们从一个简单到（几乎）什么也做不了的例子开始:

import argparse
parser = argparse.ArgumentParser()
parser.parse_args()

以下是该代码的运行结果:

$ python3 prog.py
$ python3 prog.py --help
usage: prog.py [-h]

options:
  -h, --help  show this help message and exit
$ python3 prog.py --verbose
usage: prog.py [-h]
prog.py: error: unrecognized arguments: --verbose
$ python3 prog.py foo
usage: prog.py [-h]
prog.py: error: unrecognized arguments: foo

程序运行情况如下:

在没有任何选项的情况下运行脚本不会在标准输出显示任何内容。这没有什么用处。
第二行代码开始展现出 argparse 模块的作用。我们几乎什么也没有做，但已经得到一条很好的帮助信息。
--help 选项，也可缩写为 -h，是唯一一个可以直接使用的选项（即不需要指定该选项的内容）。指定任何内容都会导致错误。即便如此，我们也能直接得到一条有用的用法信息。

位置参数介绍

举个例子:

import argparse
parser = argparse.ArgumentParser()
parser.add_argument("echo")
args = parser.parse_args()
print(args.echo)

运行此程序:

$ python3 prog.py
usage: prog.py [-h] echo
prog.py: error: the following arguments are required: echo
$ python3 prog.py --help
usage: prog.py [-h] echo

positional arguments:
  echo

options:
  -h, --help  show this help message and exit
$ python3 prog.py foo
foo

程序运行情况如下:

我们增加了 add_argument() 方法，该方法用于指定程序能够接受哪些命令行选项。在这个例子中，我将选项命名为 echo，与其功能一致。
现在调用我们的程序必须要指定一个选项。
The parse_args() method actually returns some data from the options specified, in this case, echo.
这一变量是 argparse 免费施放的某种 “魔法”（即是说，不需要指定哪个变量是存储哪个值的）。你也可以注意到，这一名称与传递给方法的字符串参数一致，都是 echo。

然而请注意，尽管显示的帮助看起来清楚完整，但它可以比现在更有帮助。比如我们可以知道 echo 是一个位置参数，但我们除了靠猜或者看源代码，没法知道它是用来干什么的。所以，我们可以把它改造得更有用:

import argparse
parser = argparse.ArgumentParser()
parser.add_argument("echo", help="echo the string you use here")
args = parser.parse_args()
print(args.echo)

然后我们得到:

$ python3 prog.py -h
usage: prog.py [-h] echo

positional arguments:
  echo        echo the string you use here

options:
  -h, --help  show this help message and exit

现在，来做一些更有用的事情:

import argparse
parser = argparse.ArgumentParser()
parser.add_argument("square", help="display a square of a given number")
args = parser.parse_args()
print(args.square**2)

以下是该代码的运行结果:

$ python3 prog.py 4
Traceback (most recent call last):
  File "prog.py", line 5, in <module>
    print(args.square**2)
TypeError: unsupported operand type(s) for ** or pow(): 'str' and 'int'

进展不太顺利。那是因为 argparse 会把我们传递给它的选项视作为字符串，除非我们告诉它别这样。所以，让我们来告诉 argparse 来把这一输入视为整数:

import argparse
parser = argparse.ArgumentParser()
parser.add_argument("square", help="display a square of a given number",
                    type=int)
args = parser.parse_args()
print(args.square**2)

以下是该代码的运行结果:

$ python3 prog.py 4
16
$ python3 prog.py four
usage: prog.py [-h] square
prog.py: error: argument square: invalid int value: 'four'

做得不错。当这个程序在收到错误的无效的输入时，它甚至能在执行计算之前先退出，还能显示很有帮助的错误信息。

可选参数介绍

到目前为止，我们一直在研究位置参数。让我们看看如何添加可选的:

import argparse
parser = argparse.ArgumentParser()
parser.add_argument("--verbosity", help="increase output verbosity")
args = parser.parse_args()
if args.verbosity:
    print("verbosity turned on")

和输出:

$ python3 prog.py --verbosity 1
verbosity turned on
$ python3 prog.py
$ python3 prog.py --help
usage: prog.py [-h] [--verbosity VERBOSITY]

options:
  -h, --help            show this help message and exit
  --verbosity VERBOSITY
                        increase output verbosity
$ python3 prog.py --verbosity
usage: prog.py [-h] [--verbosity VERBOSITY]
prog.py: error: argument --verbosity: expected one argument

程序运行情况如下:

这一程序被设计为当指定 --verbosity 选项时显示某些东西，否则不显示。
不添加这一选项时程序没有提示任何错误而退出，表明这一选项确实是可选的。注意，如果一个可选参数没有被使用时，相关变量被赋值为 None，在此例中是 args.verbosity，这也就是为什么它在 if 语句中被当作逻辑假。
帮助信息有点不同。
使用 --verbosity 选项时，必须指定一个值，但可以是任何值。

上述例子接受任何整数值作为 --verbosity 的参数，但对于我们的简单程序而言，只有两个值有实际意义:True 或者 False。让我们据此修改代码:

import argparse
parser = argparse.ArgumentParser()
parser.add_argument("--verbose", help="increase output verbosity",
                    action="store_true")
args = parser.parse_args()
if args.verbose:
    print("verbosity turned on")

和输出:

$ python3 prog.py --verbose
verbosity turned on
$ python3 prog.py --verbose 1
usage: prog.py [-h] [--verbose]
prog.py: error: unrecognized arguments: 1
$ python3 prog.py --help
usage: prog.py [-h] [--verbose]

options:
  -h, --help  show this help message and exit
  --verbose   increase output verbosity

程序运行情况如下:

现在，这一选项更多地是一个标志，而非需要接受一个值的什么东西。我们甚至改变了选项的名字来符合这一思路。注意我们现在指定了一个新的关键词 action，并赋值为 "store_true"。这意味着，当这一选项存在时，为 args.verbose 赋值为 True。没有指定时则隐含地赋值为 False。
当你为其指定一个值时，它会报错，符合作为标志的真正的精神。
留意不同的帮助文字。

短选项

如果你熟悉命令行的用法，你会发现我还没讲到这一选项的短版本。这也很简单:

import argparse
parser = argparse.ArgumentParser()
parser.add_argument("-v", "--verbose", help="increase output verbosity",
                    action="store_true")
args = parser.parse_args()
if args.verbose:
    print("verbosity turned on")

效果就像这样:

$ python3 prog.py -v
verbosity turned on
$ python3 prog.py --help
usage: prog.py [-h] [-v]

options:
  -h, --help     show this help message and exit
  -v, --verbose  increase output verbosity

可以注意到，这一新的能力也反映在帮助文本里。

结合位置参数和可选参数

我们的程序变得越来越复杂了:

import argparse
parser = argparse.ArgumentParser()
parser.add_argument("square", type=int,
                    help="display a square of a given number")
parser.add_argument("-v", "--verbose", action="store_true",
                    help="increase output verbosity")
args = parser.parse_args()
answer = args.square**2
if args.verbose:
    print(f"the square of {args.square} equals {answer}")
else:
    print(answer)

接着是输出:

$ python3 prog.py
usage: prog.py [-h] [-v] square
prog.py: error: the following arguments are required: square
$ python3 prog.py 4
16
$ python3 prog.py 4 --verbose
the square of 4 equals 16
$ python3 prog.py --verbose 4
the square of 4 equals 16

我们带回了一个位置参数，结果发生了报错。
注意顺序无关紧要。

给我们的程序加上接受多个冗长度的值，然后实际来用用:

import argparse
parser = argparse.ArgumentParser()
parser.add_argument("square", type=int,
                    help="display a square of a given number")
parser.add_argument("-v", "--verbosity", type=int,
                    help="increase output verbosity")
args = parser.parse_args()
answer = args.square**2
if args.verbosity == 2:
    print(f"the square of {args.square} equals {answer}")
elif args.verbosity == 1:
    print(f"{args.square}^2 == {answer}")
else:
    print(answer)

和输出:

$ python3 prog.py 4
16
$ python3 prog.py 4 -v
usage: prog.py [-h] [-v VERBOSITY] square
prog.py: error: argument -v/--verbosity: expected one argument
$ python3 prog.py 4 -v 1
4^2 == 16
$ python3 prog.py 4 -v 2
the square of 4 equals 16
$ python3 prog.py 4 -v 3
16

除了最后一个，看上去都不错。最后一个暴露了我们的程序中有一个 bug。我们可以通过限制 --verbosity 选项可以接受的值来修复它:

import argparse
parser = argparse.ArgumentParser()
parser.add_argument("square", type=int,
                    help="display a square of a given number")
parser.add_argument("-v", "--verbosity", type=int, choices=[0, 1, 2],
                    help="increase output verbosity")
args = parser.parse_args()
answer = args.square**2
if args.verbosity == 2:
    print(f"the square of {args.square} equals {answer}")
elif args.verbosity == 1:
    print(f"{args.square}^2 == {answer}")
else:
    print(answer)

和输出:

$ python3 prog.py 4 -v 3
usage: prog.py [-h] [-v {0,1,2}] square
prog.py: error: argument -v/--verbosity: invalid choice: 3 (choose from 0, 1, 2)
$ python3 prog.py 4 -h
usage: prog.py [-h] [-v {0,1,2}] square

positional arguments:
  square                display a square of a given number

options:
  -h, --help            show this help message and exit
  -v {0,1,2}, --verbosity {0,1,2}
                        increase output verbosity

注意这一改变同时反应在错误信息和帮助信息里。

现在，让我们使用另一种的方式来改变冗长度。这种方式更常见，也和 CPython 的可执行文件处理它自己的冗长度参数的方式一致（参考 python --help 的输出）:

import argparse
parser = argparse.ArgumentParser()
parser.add_argument("square", type=int,
                    help="display the square of a given number")
parser.add_argument("-v", "--verbosity", action="count",
                    help="increase output verbosity")
args = parser.parse_args()
answer = args.square**2
if args.verbosity == 2:
    print(f"the square of {args.square} equals {answer}")
elif args.verbosity == 1:
    print(f"{args.square}^2 == {answer}")
else:
    print(answer)

我们引入了另一种动作 "count"，来统计特定选项出现的次数。

$ python3 prog.py 4
16
$ python3 prog.py 4 -v
4^2 == 16
$ python3 prog.py 4 -vv
the square of 4 equals 16
$ python3 prog.py 4 --verbosity --verbosity
the square of 4 equals 16
$ python3 prog.py 4 -v 1
usage: prog.py [-h] [-v] square
prog.py: error: unrecognized arguments: 1
$ python3 prog.py 4 -h
usage: prog.py [-h] [-v] square

positional arguments:
  square           display a square of a given number

options:
  -h, --help       show this help message and exit
  -v, --verbosity  increase output verbosity
$ python3 prog.py 4 -vvv
16

是的，它现在比前一版本更像是一个标志（和 action="store_true" 相似）。这能解释它为什么报错。
它也表现得与 “store_true” 的行为相似。
这给出了一个关于 count 动作的效果的演示。你之前很可能应该已经看过这种用法。
如果你不添加 -v 标志，这一标志的值会是 None。
如期望的那样，添加该标志的长形态能够获得相同的输出。
可惜的是，对于我们的脚本获得的新能力，我们的帮助输出并没有提供很多信息，但我们总是可以通过改善文档来修复这一问题（比如通过 help 关键字参数）。
最后一个输出暴露了我们程序中的一个 bug。

让我们修复一下:

import argparse
parser = argparse.ArgumentParser()
parser.add_argument("square", type=int,
                    help="display a square of a given number")
parser.add_argument("-v", "--verbosity", action="count",
                    help="increase output verbosity")
args = parser.parse_args()
answer = args.square**2

# bugfix: replace == with >=
if args.verbosity >= 2:
    print(f"the square of {args.square} equals {answer}")
elif args.verbosity >= 1:
    print(f"{args.square}^2 == {answer}")
else:
    print(answer)

这是它给我们的输出:

$ python3 prog.py 4 -vvv
the square of 4 equals 16
$ python3 prog.py 4 -vvvv
the square of 4 equals 16
$ python3 prog.py 4
Traceback (most recent call last):
  File "prog.py", line 11, in <module>
    if args.verbosity >= 2:
TypeError: '>=' not supported between instances of 'NoneType' and 'int'

第一组输出很好，修复了之前的 bug。也就是说，我们希望任何 >= 2 的值尽可能详尽。
第三组输出并不理想。

让我们修复那个 bug:

import argparse
parser = argparse.ArgumentParser()
parser.add_argument("square", type=int,
                    help="display a square of a given number")
parser.add_argument("-v", "--verbosity", action="count", default=0,
                    help="increase output verbosity")
args = parser.parse_args()
answer = args.square**2
if args.verbosity >= 2:
    print(f"the square of {args.square} equals {answer}")
elif args.verbosity >= 1:
    print(f"{args.square}^2 == {answer}")
else:
    print(answer)

我们刚刚引入了又一个新的关键字 default。我们把它设置为 0 来让它可以与其他整数值相互比较。记住，默认情况下如果一个可选参数没有被指定，它的值会是 None，并且它不能和整数值相比较（所以产生了 TypeError 异常）。

然后:

$ python3 prog.py 4
16

凭借我们目前已学的东西你就可以做到许多事情，而我们还仅仅学了一些皮毛而已。 argparse 模块是非常强大的，在结束篇教程之前我们将再探索更多一些内容。

进行一些小小的改进

如果我们想扩展我们的简短程序来执行其他幂次的运算，而不仅是乘方:

import argparse
parser = argparse.ArgumentParser()
parser.add_argument("x", type=int, help="the base")
parser.add_argument("y", type=int, help="the exponent")
parser.add_argument("-v", "--verbosity", action="count", default=0)
args = parser.parse_args()
answer = args.x**args.y
if args.verbosity >= 2:
    print(f"{args.x} to the power {args.y} equals {answer}")
elif args.verbosity >= 1:
    print(f"{args.x}^{args.y} == {answer}")
else:
    print(answer)

输出:

$ python3 prog.py
usage: prog.py [-h] [-v] x y
prog.py: error: the following arguments are required: x, y
$ python3 prog.py -h
usage: prog.py [-h] [-v] x y

positional arguments:
  x                the base
  y                the exponent

options:
  -h, --help       show this help message and exit
  -v, --verbosity
$ python3 prog.py 4 2 -v
4^2 == 16

请注意到目前为止我们一直在使用详细级别来更改所显示的文本。以下示例则使用详细级别来显示 更多的 文本:

import argparse
parser = argparse.ArgumentParser()
parser.add_argument("x", type=int, help="the base")
parser.add_argument("y", type=int, help="the exponent")
parser.add_argument("-v", "--verbosity", action="count", default=0)
args = parser.parse_args()
answer = args.x**args.y
if args.verbosity >= 2:
    print(f"Running '{__file__}'")
if args.verbosity >= 1:
    print(f"{args.x}^{args.y} == ", end="")
print(answer)

输出:

$ python3 prog.py 4 2
16
$ python3 prog.py 4 2 -v
4^2 == 16
$ python3 prog.py 4 2 -vv
Running 'prog.py'
4^2 == 16

矛盾的选项

到目前为止，我们一直在使用 argparse.ArgumentParser 实例的两个方法。让我们再介绍第三个方法 add_mutually_exclusive_group()。它允许我们指定彼此相互冲突的选项。让我们再更改程序的其余部分以便使用新功能更有意义:我们将引入 --quiet 选项，它将与 --verbose 正好相反:

import argparse

parser = argparse.ArgumentParser()
group = parser.add_mutually_exclusive_group()
group.add_argument("-v", "--verbose", action="store_true")
group.add_argument("-q", "--quiet", action="store_true")
parser.add_argument("x", type=int, help="the base")
parser.add_argument("y", type=int, help="the exponent")
args = parser.parse_args()
answer = args.x**args.y

if args.quiet:
    print(answer)
elif args.verbose:
    print(f"{args.x} to the power {args.y} equals {answer}")
else:
    print(f"{args.x}^{args.y} == {answer}")

我们的程序现在变得更简洁了，我们出于演示需要略去了一些功能。无论如何，输出是这样的:

$ python3 prog.py 4 2
4^2 == 16
$ python3 prog.py 4 2 -q
16
$ python3 prog.py 4 2 -v
4 to the power 2 equals 16
$ python3 prog.py 4 2 -vq
usage: prog.py [-h] [-v | -q] x y
prog.py: error: argument -q/--quiet: not allowed with argument -v/--verbose
$ python3 prog.py 4 2 -v --quiet
usage: prog.py [-h] [-v | -q] x y
prog.py: error: argument -q/--quiet: not allowed with argument -v/--verbose

这应该很容易理解。我添加了末尾的输出这样你就可以看到其所达到的灵活性，即混合使用长和短两种形式的选项。

在我们收尾之前，你也许希望告诉你的用户这个程序的主要目标，以免他们还不清楚:

import argparse

parser = argparse.ArgumentParser(description="calculate X to the power of Y")
group = parser.add_mutually_exclusive_group()
group.add_argument("-v", "--verbose", action="store_true")
group.add_argument("-q", "--quiet", action="store_true")
parser.add_argument("x", type=int, help="the base")
parser.add_argument("y", type=int, help="the exponent")
args = parser.parse_args()
answer = args.x**args.y

if args.quiet:
    print(answer)
elif args.verbose:
    print(f"{args.x} to the power {args.y} equals {answer}")
else:
    print(f"{args.x}^{args.y} == {answer}")

请注意用法文本中有细微的差异。注意 [-v | -q]，它的意思是说我们可以使用 -v 或 -q，但不能同时使用两者:

$ python3 prog.py --help
usage: prog.py [-h] [-v | -q] x y

calculate X to the power of Y

positional arguments:
  x              the base
  y              the exponent

options:
  -h, --help     show this help message and exit
  -v, --verbose
  -q, --quiet

后记

除了这里显示的内容，argparse 模块还提供了更多功能。它的文档相当详细和完整，包含大量示例。完成这个教程之后，你应该能毫不困难地阅读该文档。

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摘要

概念

基础

位置参数介绍

可选参数介绍

短选项

结合位置参数和可选参数

进行一些小小的改进

矛盾的选项

后记

颜色选择器

Python 参考手册

Python 实例

Python 测验/考试

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