Python CGI编程：实现动态网站交互功能

一、CGI介绍

CGI（Common Gateway Interface）是一种通用的网关协议，它定义了WEB服务器如何向WEB应用程序转送用户请求数据，以及如何把应用程序的执行结果返回给WEB服务器。

在WEB服务器接受用户的请求后，如果这个请求是针对CGI程序的，那么它会把数据传送给指定的CGI程序，CGI程序处理完成后返回结果给WEB服务器，WEB服务器再将结果返回给用户。CGI程序可以是任何可执行文件，其输出的结果必须符合HTTP Response所规定的格式，常见的语言有Perl、Python等。

Python通过cgi、wsgiref和mod_python三种方式支持CGI编程，其中cgi和mod_python在Python 3.8版本之后已经不再支持，本文将重点介绍wsgiref库的使用方法。

二、wsgiref库简介

wsgiref是Python自带的WSGI参考实现库，它提供了一个简单的WSGI（Web Server Gateway Interface）服务器和中间件框架。WSGI是Python Web应用程序和Web服务器之间的标准接口，它规定了Web服务器与Python应用程序之间的通信协议，定义了应用程序和服务器之间的信息传递方式。

wsgiref库提供的核心组件是wsgiref.simple_server和wsgiref.handlers模块，分别用于启动WSGI服务器和处理WSGI应用程序的请求。在Python 3.8版本之后，wsgiref成为Python标准库的一部分，使用更加方便。

三、实现动态网站交互功能

1. 在HTML中使用CGI

我们可以使用HTML中的form表单将用户的输入数据打包成HTTP请求发送给CGI程序，CGI程序处理后将结果返回给浏览器，浏览器再将结果显示在页面上。下面是一个简单的例子：

<html>
  <body>
    <form action="demo.cgi" method="get">
      First name: <input type="text" name="fname"><br>
      Last name: <input type="text" name="lname"><br>
      <input type="submit" value="Submit">
    </form>
  </body>
</html>

我们可以通过GET或POST等HTTP请求方法将表单数据发送给CGI程序。在上面的例子中，我们使用了GET方法提交数据，将表单数据发送给了demo.cgi程序。

我们可以使用Python编写CGI程序来处理这些请求，并生成HTTP Response返回给浏览器。下面是一个简单的demo.cgi程序：

#!/usr/bin/python3

import cgi, cgitb

print("Content-type:text/html\r\n\r\n")
print("<html>")
print("<head>")
print("<title>CGI Test</title>")
print("</head>")
print("<body>")

form = cgi.FieldStorage()

if "fname" in form and "lname" in form:
   print("<h2>Hello %s %s</h2>" % (form["fname"].value, form["lname"].value))
else:
   print("<h2>Hello World</h2>")

print("</body>")
print("</html>")

在demo.cgi程序中，我们使用了cgi模块和cgitb模块来处理HTTP请求。首先，我们设置Content-type为text/html，表明返回的是HTML页面，然后获取表单数据，如果表单中有fname和lname参数，则将其作为字符串格式化到HTML页面中，否则返回Hello World字符串。

2. 使用wsgiref模块启动WSGI服务器

wsgiref提供了一个简单的WSGI服务器，我们可以使用它来启动CGI程序并处理HTTP请求。下面是一个简单的例子：

#!/usr/bin/python3

from wsgiref.simple_server import make_server
import cgi, cgitb

def application(environ, start_response):

    start_response('200 OK', [('Content-type', 'text/html')])

    output = "<html><head><title>CGI Test</title></head><body>"
    
    form = cgi.FieldStorage(fp=environ['wsgi.input'],environ=environ)

    if 'fname' in form and 'lname' in form:
        output += "<h2>Hello %s %s</h2>" % (form['fname'].value, form['lname'].value)
    else:
        output += "<h2>Hello World</h2>"

    output += "</body></html>"

    return [bytes(output,'utf-8')]

httpd = make_server('', 8000, application)
httpd.serve_forever()

在上面的例子中，我们编写了一个名为application的WSGI应用程序函数，它接受两个参数：environ和start_response。environ是一个包含了HTTP请求信息的字典对象，start_response是一个可以设置HTTP头信息的函数。

我们定义了一个output字符串来存储生成的HTML页面，获取表单数据并生成HTML页面，最后通过return语句返回HTTP Response。

我们使用make_server函数创建了一个简单的WSGI服务器对象，将IP地址设置为空字符串，端口号设置为8000，并指定应用程序为上面定义的application函数。最后调用serve_forever方法启动服务器，等待HTTP请求。

四、结论

CGI是一种通用的网关协议，定义了WEB服务器如何向WEB应用程序转送用户请求数据，以及如何把应用程序的执行结果返回给WEB服务器。Python通过cgi、wsgiref和mod_python三种方式支持CGI编程，其中wsgiref是Python自带的WSGI参考实现库。我们可以通过wsgiref来启动一个简单的WSGI服务器，处理HTTP请求。在HTML页面中，我们可以使用form表单将用户的输入数据打包成HTTP请求发送给CGI程序，CGI程序处理请求后将结果返回给浏览器，浏览器再将结果显示在页面上。

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