记一次 Windows 下 Python 3 的控制台虚拟终端序列（控制台颜色输出， colorama 库）的踩坑经历

修改

2022.7.31

感谢 @DavyZhou 的评论，对文章进行了一次大修改。

2022.8.2

又踩了一次坑，再补充一下

前言

本人的电脑配置为 Windows 11 ， Python 版本是 Anaconda python 3.9 ，此问题在以前用的 Windows 10, Python 3.7 应可以复现。
当然，我的解决方法未必会是最好的，如有大佬看到错误或者有更简单的方法欢迎进行指正。
（文章为了让大家了解详细过程，可能有点水，觉得废话多的可以从"如何支持虚拟终端"开始看）

参考资料

标题	网址
控制台虚拟终端序列 - Microsoft	https://docs.microsoft.com/zh-cn/windows/console/console-virtual-terminal-sequences
console - PyPI	https://pypi.org/project/console/
Python - output of [31m text instead of color - stackoverflow	https://stackoverflow.com/questions/47432418/output-of-31m-text-instead-of-color
colorama - PyPI	https://pypi.org/project/colorama/
Python colorama not working with input? - Stack Overflow	https://stackoverflow.com/questions/32872612/python-colorama-not-working-with-input#answer-68958376

背景

最开始，我打算写一个文件数据处理小工具和别人共享，由于对性能要求的误判，我本来打算用 C++ 追求性能（做完后发现这个一周用一次的东西 C++ 最多每次能提速15秒），结果就因为同时需要输入中文文件名并且使用UTF-8编码这件事一直踩坑，（2022年了微软连utf-8都没搞明白），于是还是打算采用 Python + Pyinstaller 。

因为我不想搞太麻烦，所以就没有使用 GUI 图形界面。但是这也太单调了，我想要控制台有不同的颜色，起码好看一点。我想起了以前看到过的 colorama 库，上次在 IDLE 跑出来一堆乱码，但我想这大概是 IDLE 的问题吧。然而，事情的发展远超出我的预料，在 cmd 上居然也跑不了？不过，在 C++ 探索中，我发现了这么一个东西——

控制台虚拟终端序列

控制台虚拟终端序列是这么一个东西（以下内容是 Microsoft Windows 官方的文档）：

虚拟终端序列是控制字符序列，可在写入输出流时控制游标移动、控制台颜色和其他操作。在输入流上也可以接收序列，以响应输出流查询信息序列，或在设置适当模式时作为用户输入的编码。
可以使用 GetConsoleMode 和 SetConsoleMode 函数配置此行为。本文档末尾包含了建议的启用虚拟终端行为的方法的示例。
以下序列的行为基于 VT100 和派生终端仿真器技术，尤其是 xterm 终端仿真器。有关终端序列的详细信息，请访问 http://vt100.net 和 http://invisible-island.net/xterm/ctlseqs/ctlseqs.html。

相信大家也发现了微软写的文档（尤其是中文版）属实写的有点不明不白的，而且整个页面给一堆链接也不知道该往哪去找。

简而言之，虚拟终端序列是一串控制字符序列，它们都以ESC开始（ ASCII 编码为十进制 27 ，八进制 33 ，十六进制 1B ，因此在 Python 中可以写作33或x1b ），而后大多数会跟一个[或(，再加上核心数字，最终一个字母。
在此，我们不讨论那么多，我当时只想要颜色，那么根据文档，很显然我们应该找“文本格式”，不过微软没有其他博主总结的好，搜一下Python 控制台彩色输出结果一大把。

但是我们不需要了解那么多，我们只需要一个库——

colorama

先进行一下pip install colorama。

如果你有IPython，你可以试一下这串代码：

from colorama import Fore, Back, Style
print(Fore.RED + "这一段字体颜色是红色" + Back.CYAN + "这一段还有青色背景"
      + Style.BRIGHT + "这一段更亮了" + Style.RESET_ALL + "这一段啥样式都没了")

结果大概是这样（挺不错的）：

运行结果

不过，Colorama并不是本文的重点，网上的教程也是一搜一大把，但是问题就在于：

Colorama 靠什么实现？

我们注意到Colorama的样式可以直接与字符串进行+运算，这并不是因为它进行了重载，而是因为它就是一串字符串。不信看看：

In [1]: from colorama import Fore, Back, Style

In [2]: Fore.RED
Out[2]: 'x1b[31m'

In [3]: type(Fore.RED)
Out[3]: str

In [4]: Fore.RED + "这一段字体颜色是红色" + Back.CYAN + "这一段还有青色背景"
   ...: + Style.BRIGHT + "这一段更亮了" + Style.RESET_ALL + "这一段啥样式都没了"
Out[4]: 'x1b[31m这一段字体颜色是红色x1b[46m这一段还有青色背景x1b[1m这一段更亮了x1b[0m这一段啥样式都没了'

对 C++ 控制台有过一定深入操作经验的肯定知道， C++ 很长一段时间都是调用 windows.h 内的 API 来实现的，但是现在这些繁杂的语法已经被 Microsoft 建议弃用了，同样改用虚拟终端序列。（它不仅可以在一定程度上降低~~或升高~~代码的复杂度，还可以更好地进行跨平台的支持(注：这一点目前还不清楚，不过趋势是这样)。）

那么，靠虚拟终端序列有什么问题吗？当然有。

天坑 - 虚拟终端的支持

上面我在做Colorama的示例的时候使用了IPython而不是Python自带的 shell ，这不止是因为IPython使代码更好看、操作更方便，更主要是因为：
用 Python 自带的 Shell 它根本就不行！！！

不信我们试试：
打开默认的 cmd 或 Powershell ，输入"Python"，再把刚才的代码输入一遍：

>>> from colorama import Fore, Back, Style
>>> print(Fore.RED + "这一段字体颜色是红色" + Back.CYAN + "这一段还有青色背景" + Style.BRIGHT + "这一段更亮了" + Style.RESET_ALL + "这一段啥样式都没了")

然后你就会惊喜地发现输出是这样的：

奇怪的输出

看到问题了吗？ESC字符输出成了乱码， cmd 下的 Python 压根儿就不支持虚拟终端！

Win11 有个“终端”软件，用它试试：
终端下可以正常输出
（这咋又好了？？？）

再用 VS Code 试试。
不发图了，也可以支持。
然而，如果我们直接使用命令行运行 .py 文件或是直接双击打开，我们会发现它也是不支持颜色的。
上面说过了，“终端”软件是支持的，而 cmd 和 Powershell 是不支持的。

PyInstaller 由于变相打包了个 Python 虚拟机进去，所以生成的 .exe 文件的支持情况与上述打开方式完全相同。

什么原因？

其实原因本质很简单：是否已经支持虚拟终端序列。
Windows 自带的 cmd 和 powershell 是不支持虚拟终端序列的。 Python 本身也不会自动启用。因此，两者一起，就无法正常输出了。
但是，“终端”软件默认开启了虚拟终端序列的支持，而 IPython 本身就一直在不停在使用控制台高级技能，所以某种程度上来说也是内置了。

如何支持虚拟终端？

其实这回 Microsoft 文档做的还算不错，给了一个示例：
https://docs.microsoft.com/zh-cn/windows/console/console-virtual-terminal-sequences#example-of-enabling-virtual-terminal-processing

如果你懒得翻问题也不大，但是有一个小小的问题：它好像是 C 语言诶（

~~好，那么现在你可以写一个 C-Extension 或者用 Cython 把它拿进来。~~
说实话这个方法应该也行，不过我们看看有没有更好的写法。（上述代码明显只能针对 Windows ，而且对嫌麻烦、开发经验不多或者希望只用 Python 完成小项目的人不太友好。）

那么，就没有办法了吗？其实有，而且还非常简单——

方案1: colorama.init() [新方案，实用快速]

当时大意了，知道看 console 的文档忘了看 colorama 的文档了。这里顺便提一嘴， pip 安装的库都可以去 https://pypi.org 上看文档。
上文档：https://pypi.org/project/colorama/#initialisation

因此，只要加个init()初始化虚拟终端，把源代码改成这样就可以了（ps: 个人认为init 函数可以用 as 取个别名，因为太容易跟自己代码撞上了）：

from colorama import init, Fore, Back, Style
init()
print(Fore.RED + "这一段字体颜色是红色" + Back.CYAN + "这一段还有青色背景" + Style.BRIGHT + "这一段更亮了" + Style.RESET_ALL + "这一段啥样式都没了")

成功输出！

没错，这样，就好了……吗？
其实并没有。在 Python shell 中可以实现，但是很玄学的地方就在于运行 Python 文件的时候不可以。根据 https://stackoverflow.com/questions/32872612/python-colorama-not-working-with-input#answer-68958376 ，看来如果是 Windows 平台，需要再进行一个os.system("cls") 。

方案2: import console [原方案，鉴于 PyInstaller 的问题不建议使用]

ps: 可能由于设备环境不同没法用（尤其是打包后）。
而且截至 2022.7.31, colorama 最近更新在 2022.7.16 ，而 console 最近更新已经在2021.4 了。

同样地，先安装库 pip install console
官方文档在这：https://pypi.org/project/console/
（顺便说一句：安装了 console 就基本不需要 colorama 了， console 的支持非常全面，当然，模块加载时间也比较长。前面介绍 colorama 只不过是因为它宣传的最多，而且很少有人指出它的致命缺点。）

再来试试，这次换个写法：

from console import fg, bg, fx
print(fg.red + "这一段字体颜色是红色" + bg.cyan + "这一段还有青色背景" + fx.blink + "这一段更亮了" + fx.end + " 这一段啥样式都没了")

其实你会发现，过渡过去还挺顺滑的。

我们再使用一下原来 cmd + Python + colorama 的配置，只不过加一个 import console，输入：

import console
from colorama import Fore, Back, Style
print(Fore.RED + "这一段字体颜色是红色" + Back.CYAN + "这一段还有青色背景" + Style.BRIGHT + "这 一段更亮了" + Style.RESET_ALL + "这一段啥样式都没了")

然后你就会发现：“console 我连用都没用，咋就又支持了？”运行效果（由于图一样，我就偷个懒，把之前的复制一份）：
运行结果

为什么会这样？（这里做一下浅层次的解析）：
找一下console的源码：
在__init__.py里有：

# detection is performed if not explicitly disabled
if (_env.PY_CONSOLE_AUTODETECT.value is None or
    _env.PY_CONSOLE_AUTODETECT.truthy):

    # detect palette, other modules are dependent
    from .detection import init as _init
    term_level = _init(using_terminfo=using_terminfo)

而且 if 的表达式在普通环境下一般是True，所以就会调用.detection.init。

再继续看看detection.py：
... 我好像高估我自己了，有兴趣的自己可以去研究一下，大概是env这个库的原因。

总之，这一机制使得console这个库一旦被调用就可以直接提供虚拟终端的支持。