Python操作系统编程实战：使用subprocess库调用外部命令

随着计算机的普及和应用，操作系统编程成为了一个必不可少的技能。Python作为一种高级语言，其操作系统编程的能力也在不断增强。

在本文中，我们将介绍Python如何使用subprocess库调用外部命令来执行操作系统级别的任务。我们将涵盖以下主题：

1. subprocess库的介绍
2. 使用subprocess运行外部命令
3. 设置子进程的输入输出
4. 子进程的状态和错误处理

1. subprocess库的介绍

Python的subprocess库是Python内置的一个标准库，用于创建新的进程或子进程，并与它们进行交互。subprocess模块提供了一种便捷且易于使用的方法来执行和管理子进程，其重要的优点包括：

- 可以用已有的操作系统API来创建、启动和处理子进程。
- 支持在父进程和子进程之间进行交互，包括I/O和信号。
- 允许子进程在其自己的环境中运行。

在Python中，使用subprocess库可以很容易的调用外部命令，并且可以灵活的控制进程的输入输出。

2. 使用subprocess运行外部命令

在Python中，使用subprocess运行外部命令非常简单，只需要调用subprocess的run或call方法即可。下面是一个示例代码：

import subprocess

result = subprocess.run(['ls', '-l'], stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE)

print(result.stdout.decode())

上述示例代码中，我们调用了subprocess的run方法，传入参数为ls -l，这个命令将会列出当前目录的文件信息。通过stdout和stderr参数来分别获取子进程的标准输出和标准错误。最后，我们使用decode方法将返回的字节流转换为字符串，并将其打印到控制台上。

3. 设置子进程的输入输出

如果需要向子进程发送输入或者获取子进程的输出，可以使用subprocess库提供的文件对象。下面是一个向子进程发送输入并获取子进程输出的示例代码：

import subprocess

p = subprocess.Popen(['cat'], stdin=subprocess.PIPE, stdout=subprocess.PIPE)
output, err = p.communicate(b'hello\nworld\n')

print(output.decode())

在上述示例代码中，我们调用了subprocess的Popen方法，传入参数为cat，这个命令将会读取stdin输入并输出到stdout中。我们将参数stdin=subprocess.PIPE，表示将子进程的标准输入设置为当前进程的标准输出。最后，我们使用communicate方法向子进程发送输入，并将返回值分别赋值给output和err变量。

4. 子进程的状态和错误处理

在子进程运行过程中，难免会出现一些错误和异常情况，针对这些情况，Python的subprocess库也提供了详细的状态和错误信息。下面是一个获取子进程状态和错误信息的示例代码：

import subprocess

try:
    result = subprocess.run(['wrong_command'], stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE, check=True)
except subprocess.CalledProcessError as e:
    print(f'Error: {e.returncode}, {e.stderr.decode()}')

在上述示例代码中，我们调用了subprocess的run方法，传入错误的命令wrong_command，由于这是错误的命令，所以会引发CalledProcessError异常。在except块中，我们从异常对象e中获取错误状态码和标准错误信息。

结论

Python的subprocess库是Python内置的一个标准库，用于创建新的进程或子进程，并与它们进行交互。我们介绍了如何使用subprocess库调用外部命令，并且有详细的讲解如何设置子进程的输入输出、以及如何处理子进程的状态和错误信息。借助subprocess库，Python可以轻松的执行操作系统级别的任务。