PyInstaller 完美打包 Python 腳本,輸出結構清晰、便於二次編輯的打包程式

来源:https://www.cnblogs.com/haujet/archive/2023/06/05/PyInstaller-Perfect-Build.html
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清醒點[toc] # Java虛擬線程 > 翻譯自 screencapture-pradeesh-kumar-medium-an-era-of-virtual-threads-java ```mermaid flowchart LR introduction-->a(why thread)-->b( ...


引入問題

如果我要寫一個 Python 項目,打包成 exe 運行(方便在沒有 Python 的電腦上使用),我需要打包出的根目錄結構美觀,沒有多餘的、雜亂的依賴文件在那裡礙眼,而且需要在發現 bug 時,我還需要能夠修改裡面的代碼後,無需再次打包,就能正常運行,該怎麼做呢?

就以一個 Hello 項目為例,記一下我找到的完美方法。

首先,新建項目文件夾,寫一個 hello.py

用 PyInstaller 把 hello.py 打包,pyinstaller ./hello.py 命令會得到 builddist 文件夾,以及 hello.spec 文件:

其中:

  • build 文件夾是存放打包時臨時文件用的
  • dist 文件夾存放了打包好的應用
  • hello.spec 內容是 PyInstaller 根據我們的命令行生成的打包參數

打開 dist/hello 文件夾,可以看到我們打包好的 hello.exe 躺在一堆依賴文件之間,非常醜陋

我們的目標,就是要把這些依賴包都移到一個子文件夾中,讓打包文件夾變得整潔,同時讓程式正常運行。

最後我們可以打包成這個樣子:

首先,所有的依賴模塊都被移動到了 libs 文件夾,整個打包根目錄清清爽爽,只留下了必要的 python310.dllbase_library.zip

其次,如你所見,這個程式的脾氣不是太好,出口成臟,我們希望用戶在拿到這個開源程式時,可以修改腳本的內容,不需要重新打包就能直接從 hello.exe 運行。因此我們要把 hello.exe 做成程式入口,實際的邏輯寫在 hello_main.py ,同時要確保 hello_main.py 中的依賴都被正確打包到 libs 文件夾。

我們一步步解決。

第一步:自定義依賴包位置

生成 spec 文件

達到目的的關鍵在於用命令行打包時自動生成的 hello.spec ,它的本質是一個 python 文件,pyinstaller 有兩種運行模式:

  • pyinstaller hello.spec 會使用 spec 文件中的配置進行打包
  • pyinstaller hello.py <other args> 根據命令行參數自動生成 spec 文件,再依據使用 spec 文件中的配置進行打包

pyinstaller 在打包時,實際上是在做了一些準備工作後,直接運行了 spec 文件里的 Python 代碼。

相比於給命令行添加參數,直接編輯 spec 文件,在裡面保存參數,更優雅,更方便操作。

除了直接打包腳,本文件自動生成 spec 配置,還可以通過執行 pyi-makespec hello.py 不打包,只生成 spec 配置。

解釋 spec 文件

打開 hello.spec 文件,有如下內容(已作註釋):

# -*- mode: python ; coding: utf-8 -*-


block_cipher = None

# 這一部分負責收集你的腳本需要的所有模塊和文件。的;hiddenimports 參數可以指定一些 PyInstaller 無法自動檢測到的模塊。
a = Analysis(
    ['hello.py'],       # 指定要打包的 Python 腳本的路徑(可以是相對路徑)
    pathex=[],          # 用來指定模塊搜索路徑
    binaries=[],        # 包含了動態鏈接庫或共用對象文件,會在運行之後自動更新,加入依賴的二進位文件
    datas=[],           # 列表,用於指定需要包含的額外文件。每個元素都是一個元組:(文件的源路徑, 在打包文件中的路徑)
    hiddenimports=[],   # 用於指定一些 PyInstaller 無法自動檢測到的模塊
    hookspath=[],       # 指定查找 PyInstaller 鉤子的路徑
    hooksconfig={},     # 自定義 hook 配置,這是一個字典,一行註釋寫不下,此處先不講
    runtime_hooks=[],   # 指定運行時 hook,本質是一個 Python 腳本,hook 會在你的腳本運行前運行,可用於準備環境
    excludes=[],        # 用於指定需要排除的模塊
    win_no_prefer_redirects=False,
    win_private_assemblies=False,
    cipher=block_cipher,
    noarchive=False,
)
# 除此之外,a 還有一些沒有列出的屬性:
#   pure 是一個列表,包含了所有純 Python 模塊的信息,每個元素是一個元組,包含了:模塊名, pyc路徑, py 路徑,這些模塊會被打包到一個 .pyz 文件中。
#   scripts 是一個列表,包含了你的 Python 腳本的信息。每個元素是一個元組,其中包含了腳本的內部名,腳本的源路徑,以及一些元數據。這些腳本會被打包到一個可執行文件中。


# pyz 是指生成的可執行文件的名稱。它是由 PyInstaller 用來打包 Python 程式和依賴項的主要文件。


# 創建 pyz 文件,它在運行時會被解壓縮到臨時目錄中,然後被載入和執行。它會被打包進 exe 文件
pyz = PYZ(a.pure, a.zipped_data, cipher=block_cipher)


# 創建 exe 文件
exe = EXE(
    pyz,            # 包含了所有純 Python 模塊
    a.scripts,      # 包含了主腳本及其依賴
    [],             # 所有需要打包到 exe 文件內的二進位文件
    exclude_binaries=True,  # 若為 True,所有的二進位文件將被排除在 exe 之外,轉而被 COLLECT 函數收集
    name='hello',   # 生成的 exe 文件的名字。
    debug=False,    # 打包過程中是否列印調試信息?
    bootloader_ignore_signals=False,
    strip=False,    # 是否移除所有的符號信息,使打包出的 exe 文件更小
    upx=True,       # 是否用 upx 壓縮 exe 文件
    console=True,   # 若為 True 則在控制台視窗中運行,否則作為後臺進程運行
    disable_windowed_traceback=False,
    argv_emulation=False,
    target_arch=None,
    codesign_identity=None,
    entitlements_file=None,
)


# 這個對象包含了所有需要分發的文件
# 包括 EXE 函數創建的 exe 文件、所有的二進位文件、zip 文件(如果有的話)和數據文件
coll = COLLECT(
    exe,
    a.binaries,
    a.zipfiles,
    a.datas,
    strip=False,
    upx=True,
    upx_exclude=[],
    name='hello',   # 生成的文件夾的名字
)

加入 Hook

通過對 spec 文件的瞭解,我們知道了,可以在 a.runtimehooks 列表中加入 python 腳本 hook ,它會在我們的主代碼執行之前運行,為我們準備環境。

在這個 hook 裡面,我們就可以修改 sys.path ,自定義 Python 查找模塊的路徑,或者環境變數

那我們就寫一個 hook.py

import sys
from pprint import pprint

print(f'\n\n模塊查找路徑:')
pprint(sys.path)

print('\n')

然後,用 pyinstaller hello.spec 進行打包,再執行得到的 hello.exe,得到如下輸出:

可見 hook.py 確實在 hello.py 之前運行了,且列印出了 sys.path ,即模塊查找路徑,有三個:

  • dist/hello/base_library.zip 這個是程式所在目錄的 base_library.zip 文件
  • dist/hello/lib-dynload 這個是運行程式時動態生成的
  • dist/hello/ 這個是程式所在目錄

hook 修改 sys.path

因此,我們就可以在打包輸出文件夾中新建一個 libs 文件夾,將所有的依賴文件全都放進去,然後在 hook.py 里把 libs 路徑加入 sys.path ,然後我們的腳本運行時就正確搜索到依賴包了。

改寫 hook.py

import sys
from pathlib import Path
from pprint import pprint

BASE_DIR = Path(__file__).parent

for p in sys.path.copy():
    relative_p = Path(p).relative_to(BASE_DIR)
    new_p = BASE_DIR / 'libs' / relative_p
    sys.path.insert(0, str(new_p))

print(f'\n\n模塊查找路徑:')
pprint(sys.path)

print('\n')

然後,用 pyinstaller hello.spec 進行打包,再執行得到的 hello.exe,得到如下輸出:

從輸出可以看到模塊查找路徑,已經修改成功,新增了 libs 文件夾。

既然模塊查找路徑添加成功。那我們就 手動 把所有的依賴文件都移動到 libs 子文件夾中,再運行 hello.exe ,完美運行:

需要註意的是:由於 hook 也是 python 腳本,運行 hook 需要 python 環境,所以 python310.dllbase_library.zip 不能移動到 libs 文件夾中。

我用的 Python 版本是3.10,所以會有一個 python310.dll,具體的文件名會隨你安裝的 Python 版本而變化

查看依賴目標位置

雖然我們在打包後將依賴文件移動到 libs 文件夾,程式能正常運行,但是我們肯定不希望每次打包都要 手動 移動一次。

實際上我們可以在 spec 文件中定義依賴文件和二進位文件的存放位置。

pyinstaller 在執行 spec 文件中的代碼時,自動分析找到所需的依賴文件後,會把他們的目標路徑和原始路徑寫到 a.binaries ,我們可以把它列印出來看一下。

修改 hello.spec 文件

# -*- mode: python ; coding: utf-8 -*-


block_cipher = None


a = Analysis(
    ['hello.py'],
    pathex=[],
    binaries=[],
    datas=[],
    hiddenimports=[],
    hookspath=[],
    hooksconfig={},
    runtime_hooks=['hook.py'],
    excludes=[],
    win_no_prefer_redirects=False,
    win_private_assemblies=False,
    cipher=block_cipher,
    noarchive=False,
)


from pprint import pprint
pprint(a.binaries)  # 列印 a.binaries


pyz = PYZ(a.pure, a.zipped_data, cipher=block_cipher)

exe = EXE(
    pyz,
    a.scripts,
    [],
    exclude_binaries=True,
    name='hello',
    debug=False,
    bootloader_ignore_signals=False,
    strip=False,
    upx=True,
    console=True,
    disable_windowed_traceback=False,
    argv_emulation=False,
    target_arch=None,
    codesign_identity=None,
    entitlements_file=None,
)
coll = COLLECT(
    exe,
    a.binaries,
    a.zipfiles,
    a.datas,
    strip=False,
    upx=True,
    upx_exclude=[],
    name='hello',
)

然後,用 pyinstaller hello.spec 進行打包過程中得到如下輸出:

[('api-ms-win-crt-runtime-l1-1-0.dll',
  'C:\\Portable_library\\java\\jdk-14.0.1\\bin\\api-ms-win-crt-runtime-l1-1-0.dll',
  'BINARY'),
 ('python310.dll',
  'C:\\Users\\Haujet\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python310\\python310.dll',
  'BINARY'),
 ('api-ms-win-crt-heap-l1-1-0.dll',
  'C:\\Portable_library\\java\\jdk-14.0.1\\bin\\api-ms-win-crt-heap-l1-1-0.dll',
  'BINARY'),
 ('VCRUNTIME140.dll',
  'C:\\Users\\Haujet\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python310\\VCRUNTIME140.dll',
  'BINARY'),
  # 剩下的項就省略了
  ]

可以看到,a.binaries 是一個列表,其中的元素是元組,元組有3個內容:

  1. 依賴文件目標路徑
  2. 依賴文件原始路徑
  3. 文件類型

我們只需要修改 a.binaries ,在目標路徑前加上 libs 就可以了,同時,要確保 python310.dllbase_library.zip 不被修改。

修改依賴目標位置

編輯 hello.spec 文件:

# -*- mode: python ; coding: utf-8 -*-


block_cipher = None


a = Analysis(
    ['hello.py'],
    pathex=[],
    binaries=[],
    datas=[],
    hiddenimports=[],
    hookspath=[],
    hooksconfig={},
    runtime_hooks=['hook.py'],
    excludes=[],
    win_no_prefer_redirects=False,
    win_private_assemblies=False,
    cipher=block_cipher,
    noarchive=False,
)


import re
import os

# 用一個函數選擇性對依賴文件目標路徑改名
def new_dest(package: str):
    if package == 'base_library.zip' or re.match(r'python\d+.dll', package):
        return package
    return 'libs' + os.sep + package

a.binaries = [(new_dest(x[0]), x[1], x[2]) for x in a.binaries]


# 列印 a.binaries,檢查依賴文件目標路徑
from pprint import pprint
pprint(a.binaries)


pyz = PYZ(a.pure, a.zipped_data, cipher=block_cipher)

exe = EXE(
    pyz,
    a.scripts,
    [],
    exclude_binaries=True,
    name='hello',
    debug=False,
    bootloader_ignore_signals=False,
    strip=False,
    upx=True,
    console=True,
    disable_windowed_traceback=False,
    argv_emulation=False,
    target_arch=None,
    codesign_identity=None,
    entitlements_file=None,
)
coll = COLLECT(
    exe,
    a.binaries,
    a.zipfiles,
    a.datas,
    strip=False,
    upx=True,
    upx_exclude=[],
    name='hello',
)

然後,用 pyinstaller hello.spec 進行打包,再執行得到的 hello.exe,得到如下輸出:

[('libs\\VCRUNTIME140.dll',
  'C:\\Users\\Haujet\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python310\\VCRUNTIME140.dll',
  'BINARY'),
 ('python310.dll',
  'C:\\Users\\Haujet\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python310\\python310.dll',
  'BINARY'),
 ('libs\\_decimal.pyd',
  'C:\\Users\\Haujet\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python310\\DLLs\\_decimal.pyd',
  'EXTENSION'),
  # 剩下的省略了
 ]

得到了乾凈的輸出目錄, hello.exe 也能夠正常運行:

但是如你所見,這個程式脾氣不好,爆粗口,用戶可能會想要修改其中的代碼,但又不想配置環境、重新打包。

因此接下來我們就要把 hello.exe 作為程式入口,實際的邏輯寫在 hello_main.py ,同時確保 hello_main.py 中的依賴都被正確打包到 libs 文件夾。這樣,用戶就可以通過編輯 hello_main.py 來修改程式行為了。

第二步:打包可修改程式

製作入口

新建文件 hello_main.py ,將 hello.py 的代碼邏輯複製進去,並且要稍作修改:

# coding: utf-8

from rich import print

def main(*args, **kwargs):

    print('[red]Hello mother fucker! ')
    input('按下回車繼續')

if __name__ == "__main__":
    main()

然後修改 hello.py,將其製作成程式入口,調用 hello_main.py 中的 main 函數:

# coding: utf-8

import hello_main

hello_main.main()

然後,用 pyinstaller hello.spec 進行打包,但是我們會發現,打包出的程式與之前一模一樣,雖然打包出的 hello.exe 能正常運行,但是我們卻找不到 hello_main.py

查看被打包的 py 模塊

找不到 hello_main.py 的原因是,它被打包進了 hello.exe 中,所有被引用到的 py 文件都會被打包進 exe 文件中。

我們回顧一下開頭 spec 文件中內容的註釋:

# 除此之外,a 還有一些沒有列出的屬性:
#   pure 是一個列表,包含了所有純 Python 模塊的信息,這些模塊會被打包到一個 .pyz 文件中。
#   scripts 是一個列表,包含了你的 Python 腳本的信息。這些腳本會被打包到一個 exe 文件中。

hello.py 是主腳本,會被加到 a.scripts 列表中,進而打包到 exe 中,hello_main.py 則是作為被導入的 py 模塊,被加到了 a.pure 列表,後序被打包到 pyz 中。我們可以編輯 hello.spec,在打包過程中顯示出有哪些 py 文件被打包了:

a = Analysis(
    ['hello.py'],
    pathex=[],
    binaries=[],
    datas=[],
    hiddenimports=[],
    hookspath=[],
    hooksconfig={},
    runtime_hooks=['hook.py'],
    excludes=[],
    win_no_prefer_redirects=False,
    win_private_assemblies=False,
    cipher=block_cipher,
    noarchive=False,
)

import re
import os

# 用一個函數選擇性對依賴文件目標路徑改名
def new_dest(package: str):
    if package == 'base_library.zip' or re.match(r'python\d+.dll', package):
        return package
    return 'libs' + os.sep + package

a.binaries = [(new_dest(x[0]), x[1], x[2]) for x in a.binaries]


# 列印 a.pure,顯示哪些 py 文件被打包
from pprint import pprint
pprint(a.pure)

pyz = PYZ(a.pure, a.zipped_data, cipher=block_cipher)

... # 後面的代碼省略了

然後,用 pyinstaller hello.spec 進行打包,在輸出中可以搜索到:

[
...
 ('http.cookiejar',  '...\\Python310\\lib\\http\\cookiejar.py',  'PYMODULE'),
 ('hello_main',      'D:\\PyInstaller優雅打包\\hello_main.py', 'PYMODULE'),
 ('rich',            '...Python310\\lib\\site-packages\\rich\\__init__.py','PYMODULE'),
 ...
 ]

hello_main 赫然在列。

阻止 py 模塊被打包

既然 hello_main.py 是因為被自動加入到 a.pure 列表導致被打包的,那我們就可以在 spec 文件中將它從 a.pure 中剔除。

此外,我們還需要將 hello_main.py 添加到 a.datas 列表中,將它作為普通文件被覆制到打包文件夾,編輯 hello.spec

# -*- mode: python ; coding: utf-8 -*-


block_cipher = None


a = Analysis(
    ['hello.py'],
    pathex=[],
    binaries=[],
    datas=[],
    hiddenimports=[],
    hookspath=[],
    hooksconfig={},
    runtime_hooks=['hook.py'],
    excludes=[],
    win_no_prefer_redirects=False,
    win_private_assemblies=False,
    cipher=block_cipher,
    noarchive=False,
)

import re
import os

# 用一個函數選擇性對依賴文件目標路徑改名,重定向到 libs 文件夾
def new_dest(package: str):
    if package == 'base_library.zip' or re.match(r'python\d+.dll', package):
        return package
    return 'libs' + os.sep + package

a.binaries = [(new_dest(x[0]), x[1], x[2]) for x in a.binaries]

# 將需要排除的模塊寫到一個列表(不帶 .py)
my_modules = ['hello_main', ]

# 將被排除的模塊添加到 a.datas
for name in my_modules:
    source_file = name + '.py'
    dest_file = name + '.py'
    a.datas.append((source_file, dest_file, 'DATA'))

# 篩選 a.pure
a.pure = [x for x in a.pure if x[0] not in my_modules]

# 列印 a.dates ,顯示哪些文件被覆制到打包文件夾
from pprint import pprint
pprint(a.datas)

pyz = PYZ(a.pure, a.zipped_data, cipher=block_cipher)

exe = EXE(
    pyz,
    a.scripts,
    [],
    exclude_binaries=True,
    name='hello',
    debug=False,
    bootloader_ignore_signals=False,
    strip=False,
    upx=True,
    console=True,
    disable_windowed_traceback=False,
    argv_emulation=False,
    target_arch=None,
    codesign_identity=None,
    entitlements_file=None,
)
coll = COLLECT(
    exe,
    a.binaries,
    a.zipfiles,
    a.datas,
    strip=False,
    upx=True,
    upx_exclude=[],
    name='hello',
)

此時,hook.py 中的 print 語句可以刪掉了。

然後,用 pyinstaller hello.spec 進行打包,輸出中得到:

[
 ('base_library.zip', 'D:\\PyInstaller優雅打包\\build\\hello\\base_library.zip', 'DATA'),
 ('hello_main.py', 'hello_main.py', 'DATA')
]

同時也可以在打包輸出文件夾中看到 hello_main.py 了,並且程式能正常執行:

編輯 py 後再運行

現在,用戶就可以編輯 hello_main.py 後直接從 hello.exe 運行了,不需要重新打包(需要引入新庫的情況除外)。

用戶終於可以動手把這個脾氣暴躁的程式教育成一個健康積極的程式了:

後記

此外,還可以進一步修改 hello.spec ,進而得到更完善的程式,例如導入額外的包、添加圖標、添加其他資源。

這就是一個打包程式的模板了。

多虧有 ChatGPT 這一個知識淵博、毫無厭倦的老師,耐心的回答我提出的每一個細節問題,才能有這麼一個完美的打包方案。


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