Python CGI編程：實現動態網站交互功能

一、CGI介紹

CGI（Common Gateway Interface）是一種通用的網關協議，它定義了WEB服務器如何向WEB應用程序轉送用戶請求數據，以及如何把應用程序的執行結果返回給WEB服務器。

在WEB服務器接受用戶的請求後，如果這個請求是針對CGI程序的，那麼它會把數據傳送給指定的CGI程序，CGI程序處理完成後返回結果給WEB服務器，WEB服務器再將結果返回給用戶。CGI程序可以是任何可執行文件，其輸出的結果必須符合HTTP Response所規定的格式，常見的語言有Perl、Python等。

Python通過cgi、wsgiref和mod_python三種方式支持CGI編程，其中cgi和mod_python在Python 3.8版本之後已經不再支持，本文將重點介紹wsgiref庫的使用方法。

二、wsgiref庫簡介

wsgiref是Python自帶的WSGI參考實現庫，它提供了一個簡單的WSGI（Web Server Gateway Interface）服務器和中間件框架。WSGI是Python Web應用程序和Web服務器之間的標準接口，它規定了Web服務器與Python應用程序之間的通信協議，定義了應用程序和服務器之間的信息傳遞方式。

wsgiref庫提供的核心組件是wsgiref.simple_server和wsgiref.handlers模塊，分別用於啟動WSGI服務器和處理WSGI應用程序的請求。在Python 3.8版本之後，wsgiref成為Python標準庫的一部分，使用更加方便。

三、實現動態網站交互功能

1. 在HTML中使用CGI

我們可以使用HTML中的form表單將用戶的輸入數據打包成HTTP請求發送給CGI程序，CGI程序處理後將結果返回給瀏覽器，瀏覽器再將結果顯示在頁面上。下面是一個簡單的例子：

<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>

我們可以通過GET或POST等HTTP請求方法將表單數據發送給CGI程序。在上面的例子中，我們使用了GET方法提交數據，將表單數據發送給了demo.cgi程序。

我們可以使用Python編寫CGI程序來處理這些請求，並生成HTTP Response返回給瀏覽器。下面是一個簡單的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，我們使用了cgi模塊和cgitb模塊來處理HTTP請求。首先，我們設置Content-type為text/html，表明返回的是HTML頁面，然後獲取表單數據，如果表單中有fname和lname參數，則將其作為字符串格式化到HTML頁面中，否則返回Hello World字符串。

2. 使用wsgiref模塊啟動WSGI服務器

wsgiref提供了一個簡單的WSGI服務器，我們可以使用它來啟動CGI程序並處理HTTP請求。下面是一個簡單的例子：

#!/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，我們編寫了一個名為application的WSGI應用程序函數，它接受兩個參數：environ和start_response。environ是一個包含了HTTP請求信息的字典對象，start_response是一個可以設置HTTP頭信息的函數。

我們定義了一個output字符串來存儲生成的HTML頁面，獲取表單數據並生成HTML頁面，最後通過return語句返回HTTP Response。

我們使用make_server函數創建了一個簡單的WSGI服務器對象，將IP地址設置為空字符串，端口號設置為8000，並指定應用程序為上面定義的application函數。最後調用serve_forever方法啟動服務器，等待HTTP請求。

四、結論

CGI是一種通用的網關協議，定義了WEB服務器如何向WEB應用程序轉送用戶請求數據，以及如何把應用程序的執行結果返回給WEB服務器。Python通過cgi、wsgiref和mod_python三種方式支持CGI編程，其中wsgiref是Python自帶的WSGI參考實現庫。我們可以通過wsgiref來啟動一個簡單的WSGI服務器，處理HTTP請求。在HTML頁面中，我們可以使用form表單將用戶的輸入數據打包成HTTP請求發送給CGI程序，CGI程序處理請求後將結果返回給瀏覽器，瀏覽器再將結果顯示在頁面上。

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