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我的讀者知道我是一個喜歡痛罵Python3 unicode的人。這次也不例外。我將會告訴你用unicode有多痛苦和為什么我不能閉嘴。我花了兩周時間研究Python3，我需要發泄我的失望。在這些責罵中，仍然有有用的信息，因為它教我們如何來處理Python3。如果沒有被我煩到，就讀一讀吧。

這次吐槽的內容會不一樣。不會關聯到WSGI或者HTTP及與其相關的東西。通常，我被告知我應該停止抱怨Python3 Unicode系統，因為我不寫別人經常寫的代碼（HTTP庫之類的東西），所以我這次準備寫點別的東西：一個命令行應用程序。我寫了一個很方便的庫叫click來讓編寫它更加簡單。

注意，我做的是每一個新手Python程序員做的事情：寫一個命令行應用程序。Hello World程序。但是不同以往，我想要確保應用程序是穩定的并且對于Python2和Python3的Unicode都是支持的，還能夠進行單元測試。所以接下來的就是如何來實現它。

我們想做什么

在Python3我們作為開發者需要好好使用Unicode。顯然，我覺得這意味著所有的文本數據都是Unicode，所有非文本數據都是字節。在這么美妙的世界里所有的東西只有黑與白，Hello World的例子非常直截了當。所以讓我們來寫一些shell工具吧。

這是用Python2形式實現的應用程序：

			?

								import sys

								import shutil

								for filename in sys.argv[1:]:

								  f = sys.stdin

								  if filename != '-':

								    try:

								      f = open(filename, 'rb')

								    except IOError as err:

								      print >> sys.stderr, 'cat.py: %s: %s' % (filename, err)

								      continue

								  with f:

								    shutil.copyfileobj(f, sys.stdout)

顯然，命令在處理任何命令行選項的時候也不是特別好，不過至少能夠用。所以我們開始碼代碼吧。

UNIX里的UNICODE

上面的代碼在Python2是不行的，因為你暗中處理字節。命令行參數是字節，文件名是字節，文件內容也是字節。語言衛道士會指出這是不對的，這樣會引發問題，但如果你開始更多考慮它，你會發現這是個不固定的問題。

UNIX是字節，已經被定義成了這樣，并且一直會是這樣。為了理解為什么你需要觀察數據傳輸的不同場景。

終端
命令行參數
操作系統輸入輸出層
文件系統驅動

順便提一下，這不是數據可能通過的唯一東西，但是我們來了解一下，在多少場景下我們能了解一個編碼。答案是一個也沒有。至少我們需要理解一個編碼是終端輸出區域信息。這個信息可以用來展現轉換，也能夠理解文本信息所擁有的編碼。

舉個例子，如果LC_CTYPE的值為en_US.utf-8告訴應用程序系統使用US English，并且大部分文本數據是utf-8編碼。實際上還有很多別的變量，不過我們假定這是我們唯一需要看的。注意LC_CTYPE并不代表所有的數據都是utf-8編碼的。它代替通知應用程序如何分類文本特性并且什么時候需要應用轉換。

這很重要，原因是因為c locale。c locale是POSIX唯一指定的現場，它說所有ASCII編碼和來自命令行工具的回復會按照POSIX spec里定義的來對待。

在我們上面的cat工具里，如果它是比特，沒有別的方法來對待這些數據。原因是shell里沒有指定這數據是什么。例如你調用cat hello.txt，終端會在對應用程序編碼的時候對hello.txt進行編碼。

但是現在想想這個例子echo *。Shell會把目前目錄的所有文件名傳遞給你的應用程序。那它們是什么編碼？文件名沒有編碼！

UNICODE瘋狂

現在一個用Windows的人看到這里會說：弄UNIX的人在搞什么呢。但這還不算悲慘。產生這些工作的原因是一些聰明的人設計得這個系統能夠向后兼容。不像Windows把每個API都定義兩次，在POSIX上，最好的處理方法是為了顯示的目的將其假定為字節，用默認的編碼方式來編碼。

用上面的cat命令來舉例。比如有一個關于文件無法打開的錯誤信息，原始是因為它們不存在或者它們是受保護的，或者其他任何的原因。我們假定文件是用latin1編碼的，因為它是來自1995年外部驅動。終端會獲取標準輸出，它將會試著把它用utf-8編碼，因為這是它認為的編碼。因為字符串是latin1編碼的，因為它無法順利得解碼。但是不怕，不會有什么崩潰，因為你的終端在無法處理它的時候會無視它。

它在圖形界面上怎樣？每種有兩個版本。在一個像Nautilus 這樣的圖形界面上列出所有的文件。它把文件名和圖標關聯起來，能夠雙擊并且試著使文件名能夠顯示出來，因而把它解碼。例如它會嘗試用utf-8解碼，錯誤的地方用問題記號來替代。你的文件名可能不是完全可讀的但那是你仍能打開文件。

UNIX上的unicode只在你強制所有東西用它的時候會很瘋狂。但那不是unicode在UNIX上工作的方式。UNIX沒有區別unicode和字節的API。它們是相同的，使其更容易處理。

C Locale

C Locale在這里出現的次數非常多。C Locale是避免POSIX的規格被強行應用到任何地方的一種手段。POSIX服從操作系統需要支持設置LC_CTYPE，來讓一切使用ASCII編碼。

這個locale是在不同的情況下挑選的。你主要發現這個locale為所有從cron啟動的程序，你的初始化程序和子進程提供一個空的環境。C Locale在環境里復原了一個健全的ASCII地帶，否則你無法信任任何東西。

但是ASCII這個詞指出它是7bit編碼。這不是問題，因為操作系統是能處理字節的！任何基于8bit的內容能正常處理，但你與操作系統遵循約定，那么字符處理會限制在前7bit。任何你的工具生成的信息它會用ASCII編碼并且使用英語。

注意POSIX規范沒有說你的應用程序應當死于火焰。

Python3死于火焰

Python3在unicode上選擇了與UNIX不同的立場。Python3說：任何東西是Unicode（默認情況下，除非是在某些情況下，除非我們發送重復編碼的數據，可即使如此，有時候它仍然是Unicode，雖然是錯誤的Unicode）。文件名是Unicode，終端是Unicode，stdin和stdout是Unicode，有如此多的Unicode。因為UNIX不是Unicode，Python3現在的立場是它是對的UNIX是錯的，人們也應該修改POSIX的定義來添加Unicode。那么這樣的話，文件名就是Unicode了，終端也是Unicode了，這樣也就不會看到一些由于字節導致的錯誤了。

不是僅僅我這樣說。這些是Python關于Unicode的腦殘想法導致的bug：

ASCII是很槽糕的文件名編碼
用surrogateescape作為默認error handler
Python3在C locale下拋出Unicode錯誤
LC CTYPE=C，pydoc給終端留下一個不能使用的狀態

如果你Google一下，你就能發現如此多的吐槽。看看有多少人安裝pip模塊失敗，原因是changelog里的一些字符，或者是因為home文件夾的原因又，或者是因為SSH session是用ASCII的，或者是因為他們是使用Putty連接的。

Python3 cat

現在開始為Python3修復cat。我們如何做？首先，我們需要處理字節，因為有些東西可能會顯示一些不符合shell編碼的東西。所以無論如何，文件內容需要是字節。但我們也需要打開基本輸出來讓它支持字節，而它默認是不支持的。我們也需要分別處理一些情況比如Unicode API失敗，因為編碼是C。那么這就是，Python3特性的cat。

			?

								import sys

								import shutil

								def _is_binary_reader(stream, default=False):

								  try:

								    return isinstance(stream.read(0), bytes)

								  except Exception:

								    return default

								def _is_binary_writer(stream, default=False):

								  try:

								    stream.write(b'')

								  except Exception:

								    try:

								      stream.write('')

								      return False

								    except Exception:

								      pass

								    return default

								  return True

								def get_binary_stdin():

								  # sys.stdin might or might not be binary in some extra cases. By

								  # default it's obviously non binary which is the core of the

								  # problem but the docs recomend changing it to binary for such

								  # cases so we need to deal with it. Also someone might put

								  # StringIO there for testing.

								  is_binary = _is_binary_reader(sys.stdin, False)

								  if is_binary:

								    return sys.stdin

								  buf = getattr(sys.stdin, 'buffer', None)

								  if buf is not None and _is_binary_reader(buf, True):

								    return buf

								  raise RuntimeError('Did not manage to get binary stdin')

								def get_binary_stdout():

								  if _is_binary_writer(sys.stdout, False):

								    return sys.stdout

								  buf = getattr(sys.stdout, 'buffer', None)

								  if buf is not None and _is_binary_writer(buf, True):

								    return buf

								  raise RuntimeError('Did not manage to get binary stdout')

								def filename_to_ui(value):

								  # The bytes branch is unecessary for *this* script but otherwise

								  # necessary as python 3 still supports addressing files by bytes

								  # through separate APIs.

								  if isinstance(value, bytes):

								    value = value.decode(sys.getfilesystemencoding(), 'replace')

								  else:

								    value = value.encode('utf-8', 'surrogateescape') \

								      .decode('utf-8', 'replace')

								  return value

								binary_stdout = get_binary_stdout()

								for filename in sys.argv[1:]:

								  if filename != '-':

								    try:

								      f = open(filename, 'rb')

								    except IOError as err:

								      print('cat.py: %s: %s' % (

								        filename_to_ui(filename),

								        err

								      ), file=sys.stderr)

								      continue

								  else:

								    f = get_binary_stdin()

								  with f:

								    shutil.copyfileobj(f, binary_stdout)

這不是最差的版本。不是因為我想讓事情更加復雜，它現在就是有這么復雜。例如在例子里沒有做的是在讀取一個二進制的東西是強制清理文本stdout。在這個例子里沒有必要，是因為這里的print調用去了stderr而不是stdout，但如果你想打印一些stdout，你就必須清理。為什么？因為stdout是別的緩沖區之上的緩沖區，如果你不強制清理它，你的輸出順序可能會出錯。

不僅僅是我，例如看：twisted's compat module ，會發現相同的麻煩。