一種基于Python的二維碼傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

（南通師范高等專科學(xué)校，江蘇南通226500）

一、引言

互聯(lián)時(shí)代，各類設(shè)備之間的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。伴隨著各類移動(dòng)應(yīng)用的大規(guī)模普及，人們?cè)谥悄芙K端上存儲(chǔ)的信息也越來(lái)越多，其與計(jì)算機(jī)設(shè)備之間的信息交互也越來(lái)越頻繁。因此，各類智能設(shè)備與計(jì)算機(jī)設(shè)備間的連接工具也猶如雨后春筍。雖然形式多樣，但就其傳輸屬性而言，不外乎以下兩種：一是通過(guò)USB線纜進(jìn)行物理連接，將智能設(shè)備作為U盤掛載使用；二是通過(guò)在計(jì)算機(jī)設(shè)備與智能終端上分別安裝相應(yīng)的應(yīng)用軟件，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)。對(duì)于這兩種傳輸方式的主要特征，表1進(jìn)行了相應(yīng)的分析。

表1 智能終端與計(jì)算機(jī)設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸類型特征對(duì)比

為了突破物理線纜的束縛，擺脫第三方APP的依賴，同時(shí)又讓數(shù)據(jù)傳輸更為安全、快捷，本文提出了一種基于Python語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，通過(guò)二維碼形式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法。

二、設(shè)計(jì)思路

本文所述的基于Python的二維碼傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路如下：當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)啟下載或上傳服務(wù)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)將其所在的計(jì)算機(jī)設(shè)備設(shè)置為一臺(tái)提供HTTP服務(wù)的臨時(shí)服務(wù)器。程序會(huì)將執(zhí)行共享操作的文件或文件夾的路徑生成為一個(gè)HTTP形式的網(wǎng)址鏈接，并將該鏈接轉(zhuǎn)換成二維碼呈現(xiàn)出來(lái)。使用者通過(guò)智能終端上的二維碼掃碼工具獲取鏈接信息，再通過(guò)自帶的瀏覽器將網(wǎng)址打開(kāi)，然后進(jìn)行相應(yīng)的操作。這條被傳輸?shù)逆溄蛹瓤梢允且粋€(gè)指定下載文件路徑的地址，也可以是一個(gè)具備瀏覽服務(wù)器指定目錄、并提供上傳文件接口的網(wǎng)頁(yè)工作界面，使其不僅具備下載功能，還具備上傳功能，從而實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備與計(jì)算機(jī)設(shè)備間數(shù)據(jù)的雙向傳輸（如圖1）。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)圖

在此設(shè)計(jì)思路中，主要用到了以下幾個(gè)核心概念。

1.二維碼

二維碼是一種始于上個(gè)世紀(jì)80年代、并在近幾年得到迅猛發(fā)展與應(yīng)用的、通過(guò)特定的幾何圖形按一定規(guī)律在平面（二維方向上）分布的黑白相間的圖形記錄數(shù)據(jù)符號(hào)信息的一種圖形編碼形式。它可以用于記載網(wǎng)址等信息，通過(guò)二維碼掃碼軟件，可以準(zhǔn)確、方便地獲取其中的信息[1]。Python語(yǔ)言通過(guò)qrcode模塊可以將相關(guān)信息生成為二維碼圖片。這種快捷、直接、安全的呈現(xiàn)方式加上各類終端都已普及的攝像頭硬件，使得二維碼傳輸成為一種流行。

2.HTTP服務(wù)器

HTTP服務(wù)器是指提供Web服務(wù)的計(jì)算機(jī)，可以通過(guò)瀏覽器等工具根據(jù)其公開(kāi)的地址對(duì)其進(jìn)行訪問(wèn)，并從中獲取信息。在該設(shè)計(jì)思路中，需要將計(jì)算機(jī)臨時(shí)變成一臺(tái)提供HTTP基礎(chǔ)服務(wù)的服務(wù)器。對(duì)于一般計(jì)算機(jī)使用者而言，并不具備配置服務(wù)器的能力。Python語(yǔ)言中的http.server庫(kù)模塊可以通過(guò)程序設(shè)置后提供搭建HTTP服務(wù)器的功能，并可以通過(guò)CGI功能實(shí)現(xiàn)信息的交互[2]。

3.CGI標(biāo)準(zhǔn)

CGI（Common Gateway Interface）（通用網(wǎng)關(guān)接口），是一個(gè)Internet標(biāo)準(zhǔn)，允許Web服務(wù)器運(yùn)行一個(gè)服務(wù)器端程序，稱為CGI腳本[3]。通過(guò)CGI，HTTP服務(wù)器提供的不僅僅是靜態(tài)的網(wǎng)頁(yè)，而是可以與用戶進(jìn)行交互的動(dòng)態(tài)程序。Python可以作為CGI的腳本在HTTP服務(wù)器上進(jìn)行運(yùn)行。一般而言，Python中在使用CGI功能時(shí)，CGI的腳本都會(huì)存放在一個(gè)名為cgi-bin的特殊文件夾內(nèi)，這樣web服務(wù)器就知道到哪里查找cgi腳本。CGI在整個(gè)Web服務(wù)中所處的位置如圖2所示。

圖2 CGI在Web數(shù)據(jù)處理中的位置

使用CGI的優(yōu)點(diǎn)在于，用戶可以采用B/S的形式，通過(guò)授權(quán)的瀏覽器實(shí)現(xiàn)對(duì)服務(wù)器上的文件進(jìn)行讀寫，并運(yùn)行程序?qū)Ψ?wù)器內(nèi)容進(jìn)行管理。Python語(yǔ)言中的相關(guān)模塊可以實(shí)現(xiàn)CGI功能。

三、實(shí)現(xiàn)步驟

1.HTTP服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于使用Python在使用者的電腦上建立一個(gè)臨時(shí)服務(wù)器。只有服務(wù)器存在，才可以進(jìn)行下一步的共享功能的實(shí)現(xiàn)。Python中的許多模塊提供Web服務(wù)器的搭建功能，在這里主要選用http.server模塊[4]。該模塊可以創(chuàng)建并偵聽(tīng)HTTP套接字，并將請(qǐng)求分派給相應(yīng)的處理程序。在需要服務(wù)器提供CGI功能時(shí)，只要為其加載另一個(gè)名為CGIHTTPRequestHandler的庫(kù)就可以了。其功能實(shí)現(xiàn)的核心代碼如下。

通過(guò)以上步驟，執(zhí)行代碼后，就可以在當(dāng)前計(jì)算機(jī)上建立一個(gè)支持CGI的HTTP服務(wù)器。在瀏覽器中輸入地址http://IP:8080可以嘗試訪問(wèn)，而程序文件所在的目錄也就是當(dāng)前服務(wù)器提供WEB服務(wù)的根目錄。

2.共享路徑的指定

在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，無(wú)論是用戶共享單個(gè)文件，還是向用戶開(kāi)放的指定目錄供其瀏覽，都需要在建立服務(wù)器的同時(shí)向服務(wù)器傳輸相關(guān)的共享信息。因此，該部分主要是解決共享路徑設(shè)置的問(wèn)題。具體實(shí)現(xiàn)步驟：當(dāng)服務(wù)器啟動(dòng)時(shí)，需要使用者選擇服務(wù)器的運(yùn)行模式，即共享文件以供下載或者開(kāi)放目錄自由瀏覽，同時(shí)傳輸共享的地址或開(kāi)放的路徑，服務(wù)器根據(jù)用戶選擇進(jìn)行設(shè)置，并將設(shè)置完成后的信息生成為二維碼，等待用戶進(jìn)行下一步的操作。具體如圖3所示。

圖3 服務(wù)開(kāi)啟流程圖

在該模塊中，當(dāng)使用者輸入了共享文件路徑或供用戶自由瀏覽的目錄后，程序會(huì)將其路徑寫入指定文件中。當(dāng)后續(xù)程序需要使用到路徑時(shí)，均可以在該文件中進(jìn)行讀取。

3.下載功能的實(shí)現(xiàn)

當(dāng)用戶選擇了共享單個(gè)文件的模式之后，程序會(huì)將用于下載的文件的實(shí)際地址傳送給實(shí)現(xiàn)下載功能的相關(guān)模塊。該模塊使用CGI功能，解析地址后，將文件進(jìn)行輸出，使用者則可以通過(guò)瀏覽器下載文件。

此模塊中，主要使用的是HTTP應(yīng)答中Content-D isposition[5]消息頭指示回復(fù)內(nèi)容的方法，將attachment指向共享文件，并以filename指定下載時(shí)默認(rèn)文件名。

當(dāng)瀏覽器開(kāi)啟下載模式后，以fo=open（targetname，"rb"）sys.stdout.buffer.write（fo.read（））的方法，將 指 定內(nèi)容通過(guò)瀏覽器傳輸?shù)绞褂谜弑镜卦O(shè)備上。

4.上傳功能的實(shí)現(xiàn)

文件上傳功能實(shí)現(xiàn)主要涉及以下幾個(gè)方面。一是獲取待上傳文件的相關(guān)信息，二是獲取文件將要上傳到服務(wù)器上的位置，三是實(shí)現(xiàn)上傳。

獲取待上傳文件信息的方法，是通過(guò)HTML表單實(shí)現(xiàn)的。用戶通過(guò)HTML表單選取待上傳文件，此時(shí)待上傳文件的路徑及文件名就可以通過(guò)POST或GET形式進(jìn)行提交[6]。獲取文件需要上傳到的位置的方法較為簡(jiǎn)單，由于程序在啟動(dòng)時(shí)需要用戶設(shè)置共享位置，且該位置已被記錄到了相應(yīng)的文件中，此時(shí)只需使用Python讀取文件的功能讀取該文檔信息即可。文件的上傳，同樣是使用 CGI功能，通過(guò) Python 的 open（path+fn，'wb'）.write（item.file.read（））語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)將文件從本地設(shè)備寫入到服務(wù)器指定位置。

5.目錄的陳列

目錄內(nèi)容的陳列模塊，需要實(shí)現(xiàn)以下幾項(xiàng)功能。一是要能區(qū)分目錄與文件，將它們分門別類，并按照順序陳列在頁(yè)面上；二是如果對(duì)象是目錄，要提供進(jìn)入下一層目錄的鏈接，如果對(duì)象是文件，則要顯示其大小，并提供下載的鏈接。

讀取當(dāng)前目錄中的對(duì)象，可以通過(guò)Python語(yǔ)言中的os.listdir（dir_path）來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于讀取到的對(duì)象則可以通過(guò)is_file（）函數(shù)來(lái)區(qū)分其為目錄或是文件。當(dāng)判斷對(duì)象為目錄時(shí)，則通過(guò)Python讀取存放操作目錄的文件中的當(dāng)前目錄名，將對(duì)象目錄名加載到當(dāng)前目錄上，作為進(jìn)入下層目錄的鏈接，供使用者選擇點(diǎn)擊，在進(jìn)入下一級(jí)目錄時(shí)，將新的目錄路徑寫入到存放操作目錄的文件中保存，以備之后讀取；當(dāng)判斷對(duì)象為文件時(shí)，則通過(guò)os.path.getsize（）函數(shù)獲取目標(biāo)文件的大小，并將其顯示出來(lái)，同時(shí)將該文件名與當(dāng)前目錄路徑進(jìn)行組合，形成絕對(duì)路徑，將其作為下載地址鏈接加載到相應(yīng)按鈕上，當(dāng)點(diǎn)擊按鈕后，再將其傳送到下載模塊進(jìn)行下載操作。

四、總結(jié)與展望

通過(guò)上述步驟，一個(gè)基于Python的二維碼傳輸系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)。和傳統(tǒng)的智能終端與計(jì)算機(jī)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)母黝愋问较啾?，該系統(tǒng)簡(jiǎn)潔輕便，功能強(qiáng)大，可跨平臺(tái)，無(wú)需在智能終端上安裝特定APP，不依賴于第三方環(huán)境，有著實(shí)時(shí)、高效、安全、跨平臺(tái)等優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，可以靈活地應(yīng)用于各類辦公場(chǎng)所中。

當(dāng)然，該系統(tǒng)中依然存在著諸多有待提升的地方，比如使用單個(gè)文件存儲(chǔ)共享路徑會(huì)對(duì)同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上的系統(tǒng)使用人數(shù)有所限制；文件的上傳與下載目前還只能是單個(gè)進(jìn)行，還不能多個(gè)文件同時(shí)進(jìn)行或?qū)ξ募A進(jìn)行打包、壓縮處理下載以節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源等等。這些功能的拓展將會(huì)使該系統(tǒng)變得更為易用，筆者也將在后續(xù)開(kāi)發(fā)中陸續(xù)跟進(jìn)。