关于你不想知道的所有Python3 unicode特性

我的读者知道我是一个喜欢痛骂Python3 unicode的人。这次也不例外。我将会告诉你用unicode有多痛苦和为什么我不能闭嘴。我花了两周时间研究Python3,我需要发泄我的失望。在这些责骂中,仍然有有用的信息,因为它教我们如何来处理Python3。如果没有被我烦到,就读一读吧。

这次吐槽的内容会不一样。不会关联到WSGI或者HTTP及与其相关的东西。通常,我被告知我应该停止抱怨Python3 Unicode系统,因为我不写别人经常写的代码(HTTP库之类的东西),所以我这次准备写点别的东西:一个命令行应用程序。我写了一个很方便的库叫click来让编写它更加简单。

注意,我做的是每一个新手Python程序员做的事情:写一个命令行应用程序。Hello World程序。但是不同以往,我想要确保应用程序是稳定的并且对于Python2和Python3的Unicode都是支持的,还能够进行单元测试。所以接下来的就是如何来实现它。

我们想做什么

在Python3我们作为开发者需要好好使用Unicode。显然,我觉得这意味着所有的文本数据都是Unicode,所有非文本数据都是字节。在这么美妙的世界里所有的东西只有黑与白,Hello World的例子非常直截了当。所以让我们来写一些shell工具吧。

这是用Python2形式实现的应用程序:

显然,命令在处理任何命令行选项的时候也不是特别好,不过至少能够用。所以我们开始码代码吧。

UNIX里的UNICODE

上面的代码在Python2是不行的,因为你暗中处理字节。命令行参数是字节,文件名是字节,文件内容也是字节。语言卫道士会指出这是不对的,这样会引发问题,但如果你开始更多考虑它,你会发现这是个不固定的问题。

UNIX是字节,已经被定义成了这样,并且一直会是这样。为了理解为什么你需要观察数据传输的不同场景。

  • 终端
  • 命令行参数
  • 操作系统输入输出层
  • 文件系统驱动

顺便提一下,这不是数据可能通过的唯一东西,但是我们来了解一下,在多少场景下我们能了解一个编码。答案是一个也没有。至少我们需要理解一个编码是终端输出区域信息。这个信息可以用来展现转换,也能够理解文本信息所拥有的编码。

举个例子,如果LC_CTYPE的值为en_US.utf-8告诉应用程序系统使用US English,并且大部分文本数据是utf-8编码。实际上还有很多别的变量,不过我们假定这是我们唯一需要看的。注意LC_CTYPE并不代表所有的数据都是utf-8编码的。它代替通知应用程序如何分类文本特性并且什么时候需要应用转换。

这很重要,原因是因为c locale。c locale是POSIX唯一指定的现场,它说所有ASCII编码和来自命令行工具的回复会按照POSIX spec里定义的来对待。

在我们上面的cat工具里,如果它是比特,没有别的方法来对待这些数据。原因是shell里没有指定这数据是什么。例如你调用cat hello.txt,终端会在对应用程序编码的时候对hello.txt进行编码。

但是现在想想这个例子echo *。Shell会把目前目录的所有文件名传递给你的应用程序。那它们是什么编码?文件名没有编码!

UNICODE疯狂

现在一个用Windows的人看到这里会说:弄UNIX的人在搞什么呢。但这还不算悲惨。产生这些工作的原因是一些聪明的人设计得这个系统能够向后兼容。不像Windows把每个API都定义两次,在POSIX上,最好的处理方法是为了显示的目的将其假定为字节,用默认的编码方式来编码。

用上面的cat命令来举例。比如有一个关于文件无法打开的错误信息,原始是因为它们不存在或者它们是受保护的,或者其他任何的原因。我们假定文件是用latin1编码的,因为它是来自1995年外部驱动。终端会获取标准输出,它将会试着把它用utf-8编码,因为这是它认为的编码。因为字符串是latin1编码的,因为它无法顺利得解码。但是不怕,不会有什么崩溃,因为你的终端在无法处理它的时候会无视它。

它在图形界面上怎样?每种有两个版本。在一个像Nautilus 这样的图形界面上列出所有的文件。它把文件名和图标关联起来,能够双击并且试着使文件名能够显示出来,因而把它解码。例如它会尝试用utf-8解码,错误的地方用问题记号来替代。你的文件名可能不是完全可读的但那是你仍能打开文件。

UNIX上的unicode只在你强制所有东西用它的时候会很疯狂。但那不是unicode在UNIX上工作的方式。UNIX没有区别unicode和字节的API。它们是相同的,使其更容易处理。

C Locale

C Locale在这里出现的次数非常多。C Locale是避免POSIX的规格被强行应用到任何地方的一种手段。POSIX服从操作系统需要支持设置LC_CTYPE,来让一切使用ASCII编码。

这个locale是在不同的情况下挑选的。你主要发现这个locale为所有从cron启动的程序,你的初始化程序和子进程提供一个空的环境。C Locale在环境里复原了一个健全的ASCII地带,否则你无法信任任何东西。

但是ASCII这个词指出它是7bit编码。这不是问题,因为操作系统是能处理字节的!任何基于8bit的内容能正常处理,但你与操作系统遵循约定,那么字符处理会限制在前7bit。任何你的工具生成的信息它会用ASCII编码并且使用英语。

注意POSIX规范没有说你的应用程序应当死于火焰。

Python3死于火焰

Python3在unicode上选择了与UNIX不同的立场。Python3说:任何东西是Unicode(默认情况下,除非是在某些情况下,除非我们发送重复编码的数据,可即使如此,有时候它仍然是Unicode,虽然是错误的Unicode)。文件名是Unicode,终端是Unicode,stdin和stdout是Unicode,有如此多的Unicode。因为UNIX不是Unicode,Python3现在的立场是它是对的UNIX是错的,人们也应该修改POSIX的定义来添加Unicode。那么这样的话,文件名就是Unicode了,终端也是Unicode了,这样也就不会看到一些由于字节导致的错误了。

不是仅仅我这样说。这些是Python关于Unicode的脑残想法导致的bug:

如果你Google一下,你就能发现如此多的吐槽。看看有多少人安装pip模块失败,原因是changelog里的一些字符,或者是因为home文件夹的原因又,或者是因为SSH session是用ASCII的,或者是因为他们是使用Putty连接的。

Python3 cat

现在开始为Python3修复cat。我们如何做?首先,我们需要处理字节,因为有些东西可能会显示一些不符合shell编码的东西。所以无论如何,文件内容需要是字节。但我们也需要打开基本输出来让它支持字节,而它默认是不支持的。我们也需要分别处理一些情况比如Unicode API失败,因为编码是C。那么这就是,Python3特性的cat。

这不是最差的版本。不是因为我想让事情更加复杂,它现在就是有这么复杂。例如在例子里没有做的是在读取一个二进制的东西是强制清理文本stdout。在这个例子里没有必要,是因为这里的print调用去了stderr而不是stdout,但如果你想打印一些stdout,你就必须清理。为什么?因为stdout是别的缓冲区之上的缓冲区,如果你不强制清理它,你的输出顺序可能会出错。

不仅仅是我,例如看:twisted’s compat module ,会发现相同的麻烦。

跳起编码舞蹈

为了理解shell里的命令行参数,顺便说一些Python3里最糟糕的情况:

  1. shell把文件名以字节传给脚本
  2. 字节在命中你的代码前被Python以预期的解码方式解码。因为这是有损好的过程,Python3使用一个特别的错误处理器来处理解码错误。
  3. Python代码处理一个没有错误的文件,并且需要格式化一个错误信息。因为我们写文本流的时候如果它不是非法的unicode,是不会写替代的。
  4. 将包含替代的unicode串编码为utf-8,然后告诉它处理替代转义。
  5. 然后我们从utf-8解码并告诉他忽略错误
  6. 结果字符串回到只有文本的流里
  7. 之后终端会解码我们的字符串来进行显示

以下是Python2里的情况:

  1. shell把文件名作为字节传给脚本
  2. shell解码字符串来进行显示

因为Python2版本里的字符串处理只是在出错的时候进行纠正,因为shell在显示文件名时能做得更好。

注意这没有让脚本更不对。如果你需要对输入数据进行实际的字符串处理,你就要在2.x和3.x里面切换到unicode处理。但在那种情况,你也想让你的脚本支持一个—charset参数,那么在2.x和3.x上做的工作差不多。只是在3.x上会更加糟糕,你需要构建在2.x上不需要的二进制标准输出。

但你是错误的

很显然我错了,我被人告诉这些:

  • 我感到痛苦是因为我不像初学者那样思考,新的unicode系统会对初学者更友好
  • 我不考虑windows用户和新的文本模型对windows用户是多么大的改进
  • 问题不在于Python,问题在POSIX规范
  • Linux发行版需要开始支持C.UTF-8,因为它们被过去一直阻碍着
  • 问题是SSH发送了错误的编码。SSH需要修复这个问题。
  • Python3里一大堆unicode错误的真正问题是人们不传递明确的编码而假设Python3作出了正确的决定。
  • 我与分解代码工作,显然这在Python3里会更难。
  • 我应该去改进Python3而不是在twitter和博客上抱怨
  • 你在没有问题的地方制造问题。让每个人修复他们的环境和对任何东西进行编码就很好。这是用户的问题。
  • Java有这个问题好多年了,这对开发者来说没问题。

你知道吗?我在做HTTP方面的工作的时候就停止了抱怨,因为我接受了这个主意,就是HTTP/WSGI的一大堆问题对人们来说很平常。但你知道什么?在Hello World这样的情况下也有相同的问题。可能我应该放弃获得一个高质量的unicode支持的库,就这么将就了。

我可以对以上观点进行反驳,但最终也没关系了。如果Python3是我唯一使用的Python语言,我会解决所有的问题并且使用它开发。有一个完美的另一个语言叫Python2,它有更大的用户基础,并且用户基础是很牢固的。这时我是非常沮丧的。

Python3可能足够强大,会开始让UNIX走Windows走过的路:在很多地方使用unicode,但我很怀疑这样的做法。

更可能的事情是人们仍旧使用Python2,并且用Python3做一些很烂的东西。或者他们会用Go。这门语言使用了与Python2很相似的模型:任何东西都是字节串。并且假设其编码是UTF-8。到此结束。

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