Python subprocess 模块：执行外部命令的利器

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在 Python 中，subprocess 模块提供了一种强大的方式来执行外部命令并与之交互。无论是运行系统命令、调用其他可执行文件，还是与其他进程进行通信，subprocess 都能胜任。本文将全面介绍 Python 的 subprocess 模块，包括其基本用法、高级功能以及实际应用场景，并提供丰富的示例代码，帮助深入理解和灵活运用这个强大的工具。

subprocess 模块概述

subprocess 模块允许 Python 程序创建新的进程、连接到子进程的输入/输出/错误管道，并获取其返回值。它提供了一种更加灵活和可靠的方法来执行外部命令，取代了过时的 os.system 和 os.spawn* 函数。

执行简单的外部命令

要执行一个简单的外部命令，只需调用 subprocess 模块的 run 函数即可。

import

 subprocess

result = subprocess.run(["ls", "-l"], capture_output=True, text=True

)

print(result.stdout)

上述代码运行了 ls -l 命令，并将输出结果打印出来。

获取命令执行结果

可以通过 subprocess 模块的 run 函数来获取命令执行的返回结果。

result = subprocess.run(["echo", "Hello, World!"], capture_output=True, text=True

)

print(result.returncode)

returncode 属性表示命令执行的返回码。

与子进程交互

subprocess 模块允许与子进程进行交互，包括向子进程发送输入、读取子进程的输出等操作。

process = subprocess.Popen(["cat"], stdin=subprocess.PIPE, stdout=subprocess.PIPE, text=True

)

process.stdin.write("Hello, subprocess!\n"

)

process.stdin.close()

output = process.stdout.read()

print(output)

上述代码演示了如何使用 Popen 类创建一个子进程，并向其发送输入，然后读取其输出。

使用 shell 命令

可以通过 shell 参数执行 shell 命令，但需谨慎防止命令注入漏洞。

result = subprocess.run("ls -l", shell=True, capture_output=True, text=True

)

print(result.stdout)

异常处理

在执行外部命令时，可能会出现各种异常情况，如命令不存在、命令执行错误等。因此，在编写代码时，应该进行异常处理。

try

:

    subprocess.run(["unknown_command"], check=True

)

except subprocess.CalledProcessError as

 e:

    print("命令执行失败:"

, e)

上述代码通过 check=True 参数来确保命令执行失败时会抛出异常。

高级功能

除了基本的命令执行外，subprocess 模块还提供了一些高级功能，使得外部命令的执行更加灵活和可控。

1. 使用管道连接多个命令

有时候需要将多个命令连接起来执行，可以利用管道实现。subprocess 模块可以创建管道来连接多个子进程，实现复杂的命令组合。

import

 subprocess

# 使用管道连接两个命令：cat 和 grepcat_process = subprocess.Popen(["cat", "example.txt"

], stdout=subprocess.PIPE)

grep_process = subprocess.Popen(["grep", "keyword"

], stdin=cat_process.stdout, stdout=subprocess.PIPE)

cat_process.stdout.close()  # 关闭 cat 进程的标准输出output = grep_process.communicate()[0]  # 获取 grep 进程的输出

print(output.decode())

上述代码中，cat 命令用于将文件内容输出，grep 命令用于在输出中搜索指定的关键字。

2. 设置超时时间

有时候希望对命令执行设置超时时间，以防止程序长时间阻塞。subprocess 模块可以设置超时时间，当命令执行超时时，会抛出 TimeoutExpired 异常。

import

 subprocess

try

:

    subprocess.run(["sleep", "10"], timeout=5

)

except

 subprocess.TimeoutExpired:

    print("命令执行超时"

)

上述代码中，尝试执行一个耗时较长的 sleep 10 命令，但设置了超时时间为 5 秒，所以会在 5 秒后抛出超时异常。

3. 设置环境变量

有时候需要在执行外部命令时设置特定的环境变量，可以通过 env 参数来实现。

import

 subprocess

# 设置环境变量env = {"PATH": "/usr/bin"

}

subprocess.run(["ls"

], env=env)

上述代码中，设置了 PATH 环境变量为 /usr/bin，然后执行 ls 命令，这样就可以在指定的环境中执行命令。

4. 捕获标准错误输出

有时候需要捕获命令执行的标准错误输出，可以通过 stderr 参数来实现。

import

 subprocess

result = subprocess.run(["unknown_command"], capture_output=True, text=True

, stderr=subprocess.PIPE)

print("标准错误输出:"

, result.stderr)

上述代码中，执行一个不存在的命令，并捕获了标准错误输出。

应用场景

subprocess 模块在实际应用中有许多场景，以下是一些常见的应用场景及对应的示例代码：

1. 调用系统命令执行操作

有时候需要在 Python 程序中执行一些系统命令，比如创建目录、复制文件等操作。

import

 subprocess

# 创建一个名为 "new_dir" 的目录subprocess.run(["mkdir", "new_dir"

])

2. 与其他进程进行通信

通过 subprocess 模块，可以启动其他的可执行文件，并与其进行交互，比如发送输入、接收输出等。

import

 subprocess

# 启动一个简单的计算器程序，并向其发送输入process = subprocess.Popen(["bc"], stdin=subprocess.PIPE, stdout=subprocess.PIPE, text=True

)

process.stdin.write("2 + 2\n"

)

process.stdin.flush()

output = process.stdout.readline()

print(output.strip())  # 输出：4

3. 执行并行任务

在一些场景下，需要同时执行多个任务，可以通过 subprocess 模块来实现并行执行。

import

 subprocess

# 同时执行两个命令：ls 和 pwdls_process = subprocess.Popen(["ls"], stdout=subprocess.PIPE, text=True

)

pwd_process = subprocess.Popen(["pwd"], stdout=subprocess.PIPE, text=True

)

# 获取命令执行结果ls_output = ls_process.communicate()[0

]

pwd_output = pwd_process.communicate()[0

]

print("ls 命令输出:"

, ls_output)

print("pwd 命令输出:"

, pwd_output)

4. 批量处理数据

在一些数据处理任务中，需要调用外部工具或脚本来处理数据，subprocess 模块可以批量执行这些处理任务。

import

 subprocess

# 批量处理文件，调用外部脚本对每个文件进行处理files = ["file1.txt", "file2.txt", "file3.txt"

]

for file in

 files:

    subprocess.run(["process_script.sh"

, file])

5. 控制台应用程序

有时候需要在 Python 中启动一个控制台应用程序，并与用户进行交互，subprocess 模块可以很方便地实现这一功能。

import

 subprocess

# 启动一个交互式的控制台应用程序subprocess.run(["python", "-i"

])

总结

Python 的 subprocess 模块为执行外部命令提供了强大而灵活的功能。无论是简单的命令执行，还是复杂的进程交互，都可以通过 subprocess 模块轻松实现。建议开发者在实际项目中充分利用 subprocess 模块提供的各种功能，以提高程序的可扩展性和可维护性。

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