Python调用外部程序的方法有os.system、subprocess模块、os.popen、使用第三方库如pexpect等，subprocess模块是最推荐的方式。 在这些方法中，subprocess模块是最常用且功能最强大的，它提供了更好的接口来与外部程序进行交互。在使用subprocess模块时，可以通过subprocess.run()、subprocess.Popen()等方法来执行外部命令，并且可以捕获其输出、输入等详细信息。下面将详细介绍如何在Python中调用外部程序，并结合实例说明使用方法。
一、OS.SYSTEM和OS.POPEN
在Python中，os.system和os.popen是最早用于调用外部程序的方式。这两种方法简单易用，但功能相对有限。
- OS.SYSTEM
os.system可以用于执行系统命令，但它的不足之处在于无法获取命令执行的输出结果。其基本用法如下：
import os
执行一个简单的命令
os.system('ls')
在上述代码中，os.system('ls')将执行ls命令，并将结果输出到标准输出中。
- OS.POPEN
os.popen则可以获取命令的输出，它返回一个文件对象，可以通过读取该文件对象来获取命令的输出结果。
import os
执行命令并获取输出
with os.popen('ls') as output:
for line in output:
print(line.strip())
os.popen('ls')执行ls命令，并返回一个文件对象，通过读取该对象，我们可以获得命令的输出。
二、SUBPROCESS模块
subprocess模块是Python中调用外部程序的推荐方式。它提供了比os.system和os.popen更强大和灵活的功能。
- SUBPROCESS.RUN
subprocess.run是Python 3.5引入的新方法，用于简化调用外部程序的过程。它可以直接返回一个CompletedProcess对象，其中包含了命令的执行结果。
import subprocess
执行命令并获取结果
result = subprocess.run(['ls', '-l'], capture_output=True, text=True)
输出命令的返回码
print('Return code:', result.returncode)
输出命令的标准输出
print('Output:', result.stdout)
在这个例子中，subprocess.run执行了ls -l命令，并通过设置capture_output=True来捕获其输出。result.stdout包含了命令执行的标准输出。
- SUBPROCESS.POPEN
subprocess.Popen用于更复杂的场景，例如需要与子进程进行交互时。它提供了更细粒度的控制。
import subprocess
启动一个子进程
process = subprocess.Popen(['ls', '-l'], stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE)
获取输出和错误信息
stdout, stderr = process.communicate()
输出结果
print('Output:', stdout.decode())
print('Error:', stderr.decode())
subprocess.Popen启动一个子进程，并通过communicate方法获取其输出和错误信息。这里需要注意的是，输出是字节类型的，需要使用decode()方法将其转换为字符串。
三、使用第三方库（PEXPECT）
对于需要与外部程序进行交互的场景，pexpect库是一个很好的选择。它允许我们自动化控制命令行程序。
import pexpect
启动一个交互式子进程
child = pexpect.spawn('ftp')
发送命令并等待响应
child.expect('Name .*: ')
child.sendline('anonymous')
继续与子进程进行交互
...
在这个例子中，我们使用pexpect.spawn启动一个交互式子进程（如FTP客户端），然后使用expect和sendline方法与之交互。
四、调用外部程序的应用场景
Python调用外部程序的能力使其非常适合于以下场景：
- 自动化运维
在自动化运维中，Python脚本可以调用shell命令或其他系统工具来完成自动化任务。例如，备份文件、管理服务状态等。
- 数据处理
有时，我们需要调用外部程序来处理数据，比如使用ffmpeg进行视频转码，或者使用ImageMagick进行图像处理。
- 测试
Python脚本可以调用外部程序来进行测试，特别是在需要测试命令行工具时。通过捕获和分析输出结果，我们可以自动化测试流程。
五、注意事项
在使用Python调用外部程序时，需要注意以下几点：
- 安全性
避免直接执行用户输入的命令，以防止命令注入攻击。在构建命令时，尽量使用列表形式而不是字符串拼接。
- 错误处理
在调用外部程序时，要处理可能发生的错误。检查返回码、捕获异常并进行适当的处理，以提高程序的健壮性。
- 性能
对于需要频繁调用外部程序的场景，考虑合并命令或使用批处理，以减少开销，提高性能。
通过以上方法，Python可以方便地调用外部程序，实现与其他工具和服务的集成。在实际应用中，根据需求选择合适的方法，既能提高开发效率，又能保证程序的可维护性和安全性。
相关问答FAQs：
如何在Python中执行外部程序并获取输出？
在Python中，可以使用subprocess模块来调用外部程序并获取其输出。通过subprocess.run()或subprocess.Popen()方法，可以执行命令并捕获返回结果。例如，使用subprocess.run(['ls', '-l'], capture_output=True, text=True)可以执行ls -l命令，并将输出结果存储在result.stdout中，方便后续处理。
调用外部程序时如何处理错误和异常？
在执行外部程序时，错误和异常是不可避免的。使用subprocess.run()时，可以通过设置check=True来捕获非零退出状态引发的异常。此外，可以使用try-except结构来捕获和处理subprocess.CalledProcessError，从而确保程序的稳定性和可控性。
如何在Python中传递参数给外部程序？
在调用外部程序时，可以通过将参数作为列表传递给subprocess.run()或subprocess.Popen()来完成。例如，如果要传递文件名和选项，可以这样做：subprocess.run(['python', 'script.py', 'arg1', 'arg2'])。这种方式能够确保参数正确处理，避免因字符串解析问题导致的错误。
