一、CGI基础
CGI（Common Gateway Interface）是WEB服务器与执行程序之间的一种接口。通过CGI，WEB服务器可以把用户请求发送给后端的程序处理，再将处理结果返回给用户。CGI脚本通常使用Perl、Python等脚本语言编写。Python标准库中含有CGI模块，使用它可以很方便地编写CGI脚本。下面是一个示例：
#!/usr/bin/python
# coding=utf8
import cgi
# 输出HTTP头部
print("Content-type:text/html")
print()
# 输出页面内容
print("<html><head><title>Hello World - First CGI Program</title></head>")
print("<body>")
print("<h2>Hello World! This is my first CGI program using Python</h2>")
print("</body>")
print("</html>")
在上面的示例中，我们使用 Python 内置的 cgi 模块，它提供了处理 CGI 请求的功能。其中，我们使用常量 Content-type 来输出 HTTP 响应头部，在 http 头部之后必须再输出一个空行。
二、获取表单数据
在Web开发中，我们经常需要使用表单来收集用户输入的信息。CGI脚本可以从表单中获取数据。运用Python编写的CGI脚本可以通过 cgi.FieldStorage() 方法获取表单数据。
下面是一个示例：
#!/usr/bin/python
# coding=utf8
import cgi
# 获取表单数据
form = cgi.FieldStorage()
name = form.getvalue("name")
age = form.getvalue("age")
# 输出HTTP头部
print("Content-type:text/html")
print()
# 输出页面内容
print("<html><head><title>Hello {} - CGI Program</title></head>".format(name))
print("<body>")
print("<h2>Name: {}</h2>".format(name))
print("<h2>Age: {}</h2>".format(age))
print("</body>")
print("</html>")
在上面的示例中，我们获取了表单中的 name 和 age 两个值，并在页面中输出它们。
三、与数据库交互
CGI脚本还可以与数据库交互。Python中有很多数据库模块可以使用，比如 MySQL-Python、PyMySQL、psycopg2 等等。本例中以 MySQL 为例。
在执行下面的代码之前，需要首先在你的机器上安装 MySQL 数据库，并在 Python 环境中安装好 MySQL-Python 模块。
首先，在 MySQL 中创建一个名为 test 的数据库，并在其中创建一张名为 user 的表：
CREATE DATABASE test;
USE test;
CREATE TABLE user(
id INT(11) PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
name VARCHAR(50),
age INT(11)
);
接着，编写一个用于将表单数据插入数据库的 CGI 脚本：
#!/usr/bin/python
# coding=utf8
import cgi
import MySQLdb
# 获取表单数据
form = cgi.FieldStorage()
name = form.getvalue("name")
age = form.getvalue("age")
# 向MySQL中插入数据
db = MySQLdb.connect("localhost", "root", "password", "test")
cursor = db.cursor()
sql = "INSERT INTO user(name, age) VALUES ('{}', {})".format(name, age)
try:
cursor.execute(sql)
db.commit()
except:
db.rollback()
finally:
db.close()
# 输出HTTP头部
print("Content-type:text/html")
print()
# 输出页面内容
print("<html><head><title>CGI Program</title></head>")
print("<body>")
print("<h2>Insert success</h2>")
print("</body>")
print("</html>")
在上面的示例中，我们先是向 MySQL 中插入了用户提交的数据。然后输出了插入成功的提示信息。
四、使用模板引擎
使用模板引擎可以将网页内容和编写逻辑代码分离，使得代码更加清晰易懂。
Python中有很多优秀的模板引擎，比如 Jinja2、Mako、Chameleon等等。下面我们以 Jinja2 为例，编写一个简单的网页模板：
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>{{ title }}</title>
</head>
<body>
<h1>{{ title }}</h1>
<form method="POST">
<input type="text" name="name" placeholder="Name">
<br><br>
<input type="number" name="age" placeholder="Age">
<br><br>
<input type="submit" value="Submit">
</form>
</body>
</html>
接着，编写一个使用 Jinja2 渲染网页的 CGI 脚本：
#!/usr/bin/python
# coding=utf8
import cgi
from jinja2 import Template
# 获取表单数据
form = cgi.FieldStorage()
name = form.getvalue("name")
age = form.getvalue("age")
# 渲染模板文件
template = Template(open('./template.html').read())
html = template.render(title='CGI Program')
# 输出HTTP头部
print("Content-type:text/html")
print()
# 输出渲染后的页面内容
print(html)
实际上，使用模板引擎的优势还要更多，包括表单验证、模板继承、宏等等。这些可以在熟悉模板引擎之后自行探究。
五、使用CGI脚本创建简单的Web应用
通过前面的介绍，我们可以发现使用 Python 编写 CGI 脚本非常简单。接下来，我们可以通过组合使用既有的 CGI 脚本（比如获取表单数据、与数据库交互、渲染模板文件等），来创建一个简单的 Web 应用。
下面我们来实现一个简单的注册功能。用户在注册页面中输入用户名和年龄，我们将这些信息插入到数据库中。注册成功后，再跳转到欢迎页面，显示注册的用户列表。
首先，我们需要编写一个表单页面：
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Register</title>
</head>
<body>
<h1>Register</h1>
<form method="POST" action="/cgi-bin/register.py">
<input type="text" name="name" placeholder="Name">
<br><br>
<input type="number" name="age" placeholder="Age">
<br><br>
<input type="submit" value="Submit">
</form>
</body>
</html>
接着，我们需要编写一个注册表单提交后的处理脚本：
#!/usr/bin/python
# coding=utf8
import cgi
import MySQLdb
import cgitb
# 输出cgi信息到浏览器
cgitb.enable()
# 连接数据库
db = MySQLdb.connect("localhost", "root", "password", "test")
# 获取表单数据
form = cgi.FieldStorage()
name = form.getvalue('name')
age = form.getvalue('age')
# 插入数据
cursor = db.cursor()
sql = "INSERT INTO user(name, age) VALUES ('{}', {})".format(name, age)
try:
cursor.execute(sql)
db.commit()
except:
db.rollback()
finally:
db.close()
# 跳转页面
print("Location:/cgi-bin/welcome.py")
print()
在这个处理脚本中，我们首先使用 cgitb 模块，使得程序出错时的信息能够输出到浏览器。然后，我们连接数据库，获取表单数据，插入到数据库中。最后，使用 HTTP 头部指示浏览器跳转到 welcome.py 页面。
下面是 welcome.py 页面的代码：
#!/usr/bin/python
# coding=utf8
import cgi
import MySQLdb
import cgitb
from jinja2 import Template
# 输出cgi信息到浏览器
cgitb.enable()
# 连接数据库
db = MySQLdb.connect("localhost", "root", "password", "test")
# 查询数据
cursor = db.cursor()
sql = "SELECT * FROM user"
cursor.execute(sql)
result = cursor.fetchall()
# 渲染模板
template = Template(open('./template.html').read())
html = template.render(title='Welcome', result=result)
# 输出http头部
print("Content-Type: text/html")
print()
# 输出渲染后的页面内容
print(html)
我们在这个脚本中使用了 Jinja2 模板引擎，渲染了模板文件，并从数据库中查询到了用户信息，并将其传递给模板文件。最后，输出渲染后的页面内容。
使用上面三个脚本，我们创建了一个简单的注册功能。通过组合和修改这三个脚本，我们还可以完成很多其他的 Web 应用。
