python如何运行系统程序

开头段落：
Python可以通过使用os模块、subprocess模块、sys模块来运行系统程序。其中，os模块提供了一个简单的接口来执行shell命令，适合执行简单的命令；subprocess模块则更为强大，允许执行更复杂的系统命令并获取输出结果；而sys模块则可以用来操作与Python解释器相关的命令行参数。subprocess模块是推荐使用的方式，因为它提供了更强大的功能和更好的安全性。subprocess模块中的run()函数是执行系统命令的主要方法，可以通过它来捕获输出、设置环境变量等。使用subprocess模块可以避免shell注入攻击，提升安全性。

一、OS模块的使用

os模块是Python的标准库模块之一，提供了多种与操作系统交互的方法。通过os模块，我们可以执行系统命令、获取环境变量等。使用os模块运行系统程序的一个常见方法是调用os.system()函数。

1.1 OS.SYSTEM()函数

os.system()函数可以用于在Python脚本中执行一个系统命令。该函数接受一个字符串作为参数，该字符串代表要执行的命令。使用os.system()的一个简单示例如下：

import os
使用os.system()执行系统命令
os.system('ls -l')

在这个示例中，我们使用os.system()函数来列出当前目录下的文件和目录。需要注意的是，os.system()函数在执行命令时不会返回命令的输出结果，只会返回命令执行的状态码。

1.2 OS.POPEN()函数

os.popen()函数允许我们打开一个与命令交互的管道，从而可以读取命令的输出或向命令写入输入。以下是一个使用os.popen()执行系统命令并获取输出的示例：

import os
使用os.popen()执行系统命令并获取输出
with os.popen('ls -l') as f:
    output = f.read()
    print(output)

os.popen()函数返回一个文件对象，我们可以通过该对象读取命令的输出。

二、SUBPROCESS模块的使用

subprocess模块是Python中用于执行外部命令的推荐方式。它提供了多种函数和类，支持执行命令、获取输出、处理输入输出流等功能。subprocess模块相较于os模块更为灵活和强大。

2.1 SUBPROCESS.RUN()函数

subprocess.run()函数是subprocess模块中最常用的函数，用于执行外部命令。它的用法非常灵活，可以通过多个参数来控制命令的执行行为。以下是一个使用subprocess.run()执行系统命令的示例：

import subprocess
使用subprocess.run()执行系统命令
result = subprocess.run(['ls', '-l'], capture_output=True, text=True)
获取命令的输出
output = result.stdout
print(output)

在这个示例中，我们使用subprocess.run()函数执行了一个命令，并通过capture_output=True参数捕获了命令的输出。result.stdout包含了命令的标准输出结果。

2.2 SUBPROCESS.PIPE常量

subprocess.PIPE是一个特殊的常量，可以用来创建一个新的管道，用于连接子进程的标准输入、输出或错误流。以下是一个使用subprocess.PIPE获取命令输出的示例：

import subprocess
使用subprocess.PIPE获取命令输出
process = subprocess.Popen(['ls', '-l'], stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE)
stdout, stderr = process.communicate()
打印命令的输出
print(stdout.decode('utf-8'))

在这个示例中，我们通过subprocess.Popen()创建了一个新的子进程，并使用subprocess.PIPE连接了标准输出和标准错误流。通过process.communicate()方法，可以获取命令的输出和错误信息。

三、SYS模块的使用

sys模块主要用于与Python解释器进行交互。虽然sys模块不直接用于执行系统命令，但它可以用于处理与命令行相关的操作，比如获取命令行参数、修改系统路径等。

3.1 SYS.ARGV变量

sys.argv是一个列表，其中包含了命令行参数。我们可以通过sys.argv获取传递给Python脚本的参数。以下是一个简单的示例：

import sys
打印命令行参数
for arg in sys.argv:
    print(arg)

在这个示例中，我们遍历了sys.argv中的参数，并打印了每个参数的值。

3.2 SYS.PATH列表

sys.path是一个列表，其中包含了Python解释器的模块搜索路径。我们可以通过修改sys.path来动态添加模块搜索路径，以便导入自定义模块。以下是一个示例：

import sys
打印默认的模块搜索路径
print(sys.path)
添加自定义的模块搜索路径
sys.path.append('/path/to/custom/modules')
打印更新后的模块搜索路径
print(sys.path)

四、使用SHELL选项

在某些情况下，我们可能需要在shell环境中执行命令，比如使用shell内建命令、重定向输入输出等。subprocess模块允许通过shell=True选项在shell环境中执行命令。

4.1 SHELL=True选项

当使用shell=True选项时，命令会在shell环境中执行。以下是一个示例：

import subprocess
使用shell=True在shell环境中执行命令
result = subprocess.run('echo $SHELL', shell=True, capture_output=True, text=True)
打印命令的输出
print(result.stdout)

在这个示例中，我们使用shell=True选项在shell环境中执行了一个命令，并获取了shell的路径。

4.2 安全性注意事项

使用shell=True选项时需要格外小心，因为如果命令包含用户输入，可能会导致命令注入攻击。为了避免这种情况，建议在可能的情况下避免使用shell=True，并使用列表形式的命令。

五、处理命令的输入输出

在某些情况下，我们可能需要向命令写入输入数据，或者从命令读取输出数据。subprocess模块提供了多种方法来处理命令的输入输出。

5.1 向命令写入输入数据

subprocess模块允许通过stdin参数向命令写入输入数据。以下是一个示例：

import subprocess
向命令写入输入数据
process = subprocess.Popen(['grep', 'hello'], stdin=subprocess.PIPE, stdout=subprocess.PIPE)
stdout, stderr = process.communicate(input='hello world\nhello python\n'.encode('utf-8'))
打印命令的输出
print(stdout.decode('utf-8'))

在这个示例中，我们通过stdin参数向grep命令写入了输入数据，并获取了命令的输出。

5.2 从命令读取输出数据

subprocess模块允许通过stdout和stderr参数从命令读取输出数据。以下是一个示例：

import subprocess
从命令读取输出数据
process = subprocess.Popen(['ls', '-l'], stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE)
stdout, stderr = process.communicate()
打印命令的输出
print(stdout.decode('utf-8'))

在这个示例中，我们通过stdout参数从命令读取了输出数据，并打印了结果。

六、处理命令的返回值

命令的返回值通常用于判断命令是否成功执行。subprocess模块提供了多种方法来获取命令的返回值。

6.1 使用subprocess.run()获取返回值

subprocess.run()函数返回一个CompletedProcess对象，其中包含了命令的返回值。以下是一个示例：

import subprocess
使用subprocess.run()获取返回值
result = subprocess.run(['ls', '-l'])
print('Return code:', result.returncode)

在这个示例中，我们通过result.returncode属性获取了命令的返回值。

6.2 使用subprocess.Popen()获取返回值

subprocess.Popen()方法也允许获取命令的返回值。以下是一个示例：

import subprocess
使用subprocess.Popen()获取返回值
process = subprocess.Popen(['ls', '-l'])
process.wait()
print('Return code:', process.returncode)

在这个示例中，我们通过process.returncode属性获取了命令的返回值。

七、处理命令的异常

在执行系统命令时，可能会遇到各种异常，比如命令不存在、权限不足等。subprocess模块提供了多种方法来处理这些异常。

7.1 捕获异常

我们可以通过捕获异常来处理命令执行过程中的错误。以下是一个示例：

import subprocess
try:
    # 尝试执行不存在的命令
    subprocess.run(['nonexistent-command'], check=True)
except subprocess.CalledProcessError as e:
    print('Command failed with return code:', e.returncode)
except FileNotFoundError as e:
    print('Command not found:', e)

在这个示例中，我们捕获了两个异常：subprocess.CalledProcessError和FileNotFoundError，并打印了相应的错误信息。

7.2 使用check=True选项

在某些情况下，我们可以使用check=True选项自动抛出异常。以下是一个示例：

import subprocess
try:
    # 使用check=True选项
    subprocess.run(['ls', '-l', 'nonexistent-file'], check=True)
except subprocess.CalledProcessError as e:
    print('Command failed with return code:', e.returncode)

在这个示例中，我们使用了check=True选项，如果命令的返回值不为零，会自动抛出subprocess.CalledProcessError异常。

八、总结

Python提供了多种方法来运行系统程序，其中os模块、subprocess模块、sys模块是常用的选择。os模块提供了简单的接口，适合执行简单的命令；subprocess模块功能强大，支持执行复杂命令并获取输出结果；sys模块则用于处理与Python解释器相关的操作。在使用这些模块时，需要注意安全性，避免命令注入攻击。通过合理选择和使用这些模块，我们可以在Python脚本中高效地运行系统程序。