Python在很大程度上可以對(duì)shell腳本進(jìn)行替代。筆者一般單行命令用shell，復(fù)雜點(diǎn)的多行操作就直接用Python了。這篇文章就歸納一下Python的一些實(shí)用腳本操作。

1. 執(zhí)行外部程序或命令

我們有以下C語(yǔ)言程序cal.c(已編譯為.out文件)，該程序負(fù)責(zé)輸入兩個(gè)命令行參數(shù)并打印它們的和。該程序需要用Python去調(diào)用C語(yǔ)言程序并檢查程序是否正常返回（正常返回會(huì)返回 0）。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main(int argc, char* argv[]){
    int a = atoi(argv[1]);
    int b = atoi(argv[2]);
    int c = a + b;
    printf("%d + %d = %d\n", a, b, c);
    return 0;
}

那么我們可以使用subprocess模塊的run函數(shù)來(lái)spawn一個(gè)子進(jìn)程：

res = subprocess.run(["Python-Lang/cal.out", "1", "2"])
print(res.returncode) 

可以看到控制臺(tái)打印出進(jìn)程的返回值0：

1 + 2 = 3
0

當(dāng)然，如果程序中途被殺死。如我們將下列while.c程序?qū)憺橄铝兴姥h(huán)(已編譯為.out文件)：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main(int argc, char* argv[]){
    while(1);
    return 0;
}

我們同樣用run函數(shù)接收其返回值：

res = subprocess.run("Python-Lang/while.out")
print(res.returncode)

不過(guò)我們?cè)诔绦蜻\(yùn)行中用shell命令將其終止掉：

(base) orion-orion@MacBook-Pro Python-Lang % ps -a |grep while 
11829 ttys001    0:17.49 Python-Lang/while.out
11891 ttys005    0:00.00 grep while
(base) orion-orion@MacBook-Pro Python-Lang % kill 11829

可以看到控制臺(tái)打印輸出的進(jìn)程返回值為-15（因?yàn)樨?fù)值-N表示子進(jìn)程被信號(hào)N終止，而kill命令默認(rèn)的信號(hào)是15，該信號(hào)會(huì)終止進(jìn)程）:

-15

如果程序陷入死循環(huán)不能正常終止，我們總不能一直等著吧？此時(shí)，我們可以設(shè)置超時(shí)機(jī)制并進(jìn)行異常捕捉：

try:
    res = subprocess.run(["Python-Lang/while.out"], capture_output=True, timeout=5)
except subprocess.TimeoutExpired as e:
    print(e)

此時(shí)會(huì)打印輸出異常結(jié)果：

Command '['Python-Lang/while.out']' timed out after 5 seconds

有時(shí)需要獲取程序的輸出結(jié)果，此時(shí)可以加上capture_output參數(shù)，然后訪問(wèn)返回對(duì)象的stdout屬性即可：

res = subprocess.run(["netstat", "-a"], capture_output=True)
out_bytes = res.stdout

輸出結(jié)果是以字節(jié)串返回的，如果想以文本形式解讀，可以再增加一個(gè)解碼步驟：

out_text = out_bytes.decode("utf-8")
print(out_text)

可以看到已正常獲取文本形式的輸出結(jié)果：

...
kctl       0      0     33      6 com.apple.netsrc
kctl       0      0     34      6 com.apple.netsrc
kctl       0      0      1      7 com.apple.network.statistics
kctl       0      0      2      7 com.apple.network.statistics
kctl       0      0      3      7 com.apple.network.statistics

(base) orion-orion@MacBook-Pro Learn-Python % 

一般來(lái)說(shuō)，命令的執(zhí)行不需要依賴(lài)底層shell的支持（如sh，bash等），我們提供的字符串列表會(huì)直接傳遞給底層的系統(tǒng)調(diào)用，如os.execve()。如果希望命令通過(guò)shell來(lái)執(zhí)行，只需要給定參數(shù)shell=True并將命令以簡(jiǎn)單的字符串形式提供即可。比如我們想讓Python執(zhí)行一個(gè)涉及管道、I/O重定向或其它復(fù)雜的Shell命令時(shí)，我們就可以這樣寫(xiě)：

out_bytes = subprocess.run("ps -a|wc -l> out", shell=True)

2. 文件和目錄操作（命名、刪除、拷貝、移動(dòng)等）

我們想要和文件名稱(chēng)和路徑打交道時(shí)，為了保證獲得最佳的移植性（尤其是需要同時(shí)運(yùn)行與Unix和Windows上時(shí)），最好使用os.path中的函數(shù)。例如：

import os
file_name = "/Users/orion-orion/Documents/LocalCode/Learn-Python/Python-Lang/test.txt"
print(os.path.basename(file_name)) 
# test.txt
print(os.path.dirname(file_name))
# /Users/orion-orion/Documents/LocalCode/Learn-Python/Python-Lang
print(os.path.split(file_name))
# ('/Users/orion-orion/Documents/LocalCode/Learn-Python/Python-Lang', 'test.txt')
print(os.path.join("/new/dir", os.path.basename(file_name)))
# /new/dir/test.txt
print(os.path.expanduser("~/Documents"))
# /Users/orion-orion/Documents

其中os.path.expanduser當(dāng)用戶(hù)或$HOME未知時(shí), 將不做任何操作。如我們這里的$HOME就為/Users/orion-orion：

(base) orion-orion@MacBook-Pro ~ % echo $HOME
/Users/orion-orion

如果要?jiǎng)h除文件，請(qǐng)用os.remove（在刪除前注意先判斷文件是否存在）：

file_name = "Python-Lang/test.txt"
if os.path.exists(file_name):
    os.remove(file_name)

接下來(lái)我們看如何拷貝文件。當(dāng)然最直接的方法是調(diào)用Shell命令：

os.system("cp Python-Lang/test.txt Python-Lang/test2.txt")

當(dāng)然這不夠優(yōu)雅。如果不像通過(guò)調(diào)用shell命令來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以使用shutil模塊，該模塊提供了一系列對(duì)文件和文件集合的高階操作，其中就包括文件拷貝和移動(dòng)/重命名。這些函數(shù)的參數(shù)都是字符串，用來(lái)提供文件或目錄的名稱(chēng)。以下是示例：

src = "Python-Lang/test.txt"
dst = "Python-Lang/test2.txt"

# 對(duì)應(yīng)cp src dst (拷貝文件，存在則覆蓋)
shutil.copy(src, dst) 


src = "Python-Lang/sub_dir"
dst = "Python-Lang/sub_dir2"
# 對(duì)應(yīng)cp -R src dst (拷貝整個(gè)目錄樹(shù))
shutil.copytree(src, dst)

src = "Python-Lang/test.txt"
dst = "Python-Lang/sub_dir/test2.txt"
# 對(duì)應(yīng)mv src dst (移動(dòng)文件，可選擇是否重命名)
shutil.move(src, dst)

可以看到，正如注釋所言，這些函數(shù)的語(yǔ)義和Unix命令類(lèi)似。如果你對(duì)Unix下的文件拷貝/移動(dòng)等操作不熟悉，可以參見(jiàn)Linux shell進(jìn)行文件解壓,復(fù)制和移動(dòng)詳解

默認(rèn)情況下，如果源文件是一個(gè)符號(hào)鏈接，那么目標(biāo)文件將會(huì)是該鏈接所指向的文件的拷貝。如果只想拷貝符號(hào)鏈接本身，可以提供關(guān)鍵字參數(shù)follow_symlinks:

shutil.copy(src, dst, follow_symlinks=True)

如果想在拷貝的目錄中保留符號(hào)鏈接，可以這么做：

shutil.copytree(src, dst, symlinks=True)

有時(shí)在拷貝整個(gè)目錄時(shí)需要對(duì)特定的文件和目錄進(jìn)行忽略，如.pyc這種中間過(guò)程字節(jié)碼。我們可以為copytree提供一個(gè)ignore函數(shù)，該函數(shù)已目錄名和文件名做為輸入?yún)?shù)，返回一列要忽略的名稱(chēng)做為結(jié)果（此處用到字符串對(duì)象的.endswith方法，該方法用于獲取文件類(lèi)型）：

def ignore_pyc_files(dirname, filenames):
    return [name for name in filenames if name.endswith('pyc')] 


shutil.copytree(src, dst, ignore=ignore_pyc_files)

不過(guò)由于忽略文件名這種模式非常常見(jiàn)，已經(jīng)有一個(gè)實(shí)用函數(shù)ignore_patterns()提供給我們使用了（相關(guān)模式使用方法類(lèi)似.gitignore）：

shutil.copytree(src, dst, ignore=shutil.ignore_patterns("*~", "*.pyc"))

注：此處的"*~"模式匹配是文本編輯器（如Vi）產(chǎn)生的以"~"結(jié)尾的中間文件。

忽略文件名還常常用在os.listdir()中。比如我們?cè)跀?shù)據(jù)密集型（如機(jī)器學(xué)習(xí)）應(yīng)用中，需要遍歷data目錄下的所有數(shù)據(jù)集文件并加載，但是需要排除.開(kāi)頭的隱藏文件，如.git，否則會(huì)出錯(cuò)，此時(shí)可采用下列寫(xiě)法：

import os
import os
filenames = [filename for filename in os.listdir("Python-Lang/data") if not filename.startswith(".")] #注意，os.listdir返回的是不帶路徑的文件名

讓我們回到copytree()。用copytree()來(lái)拷貝目錄時(shí)，一個(gè)比較棘手的問(wèn)題是錯(cuò)誤處理。比如在拷貝的過(guò)程中遇到已經(jīng)損壞的符號(hào)鏈接，或者由于權(quán)限問(wèn)題導(dǎo)致有些文件無(wú)法訪問(wèn)等。對(duì)于這種情況，所有遇到的異常會(huì)收集到一個(gè)列表中并將其歸組為一個(gè)單獨(dú)的異常，在操作結(jié)束時(shí)拋出。示例如下：

import shutil

src = "Python-Lang/sub_dir"
dst = "Python-Lang/sub_dir2"

try:
    shutil.copytree(src, dst)
except shutil.Error as e:
    for src, dst, msg in e.args[0]:
        print(src, dst, msg)

如果提供了ignore_dangling_symlinks=True，那么copytree將會(huì)忽略懸垂的符號(hào)鏈接。

更多關(guān)于shutil的使用(如記錄日志、文件權(quán)限等)可參見(jiàn)shutil文檔[4]。

接下來(lái)我們看如何使用os.walk()函數(shù)遍歷層級(jí)目錄以搜索文件。只需要將頂層目錄提供給它即可。比如下列函數(shù)用來(lái)查找一個(gè)特定的文件名，并將所有匹配結(jié)果的絕對(duì)路徑打印出來(lái)：

import os
def findfile(start, name):
    for relpath, dirs, files in os.walk(start):
        if name in files:
            # print(relpath)
            full_path = os.path.abspath(os.path.join(relpath, name))
            print(full_path)

start = "."
name = "test.txt"
findfile(start, name)

可以看到，os.walk可為為我們遍歷目錄層級(jí)，且對(duì)于進(jìn)入的每個(gè)目錄層級(jí)它都返回一個(gè)三元組，包含：正在檢視的目錄的相對(duì)路徑（相對(duì)腳本執(zhí)行路徑），正在檢視的目錄中包含的所有目錄名列表，正在撿視的目錄中包含的所有文件名列表。這里的os.path.abspath接受一個(gè)可能是相對(duì)的路徑并將其組成絕對(duì)路徑的形式。

我們還能夠附加地讓腳本完成更復(fù)雜的功能，如下面這個(gè)函數(shù)可打印出所有最近有修改過(guò)的文件：

import os
import time
def modified_within(start, seconds):
    now = time.time()
    for relpath, dirs, files in os.walk(start):
        for name in files:
            full_path = os.path.join(relpath, name)
            mtime = os.path.getmtime(full_path)
            if mtime > (now - seconds):
                print(full_path)

start = "."
seconds = 60
modified_within(start, 60)

3. 創(chuàng)建和解包歸檔文件

如果僅僅是想創(chuàng)建或解包歸檔文件，可以直接使用shutil模塊中的高層函數(shù)：

import shutil
shutil.make_archive(base_name="data", format="zip", root_dir="Python-Lang/data")
shutil.unpack_archive("data.zip")

其中第二個(gè)參數(shù)format為期望輸出的格式。要獲取所支持的歸檔格式列表，可以使用get_archive_formats()函數(shù)：

print(shutil.get_archive_formats())
# [('bztar', "bzip2'ed tar-file"), ('gztar', "gzip'ed tar-file"), ('tar', 'uncompressed tar file'), ('xztar', "xz'ed tar-file"), ('zip', 'ZIP file')]

Python也提供了諸如tarfile、zipfile、gzip等模塊來(lái)處理歸檔格式的底層細(xì)節(jié)。比如我們想要?jiǎng)?chuàng)建然后解包.zip歸檔文件，可以這樣寫(xiě)：

import zipfile

with zipfile.ZipFile('Python-Lang/data.zip', 'w') as zout:
    zout.write(filename='Python-Lang/data/test1.txt', arcname="test1.txt")
    zout.write(filename='Python-Lang/data/test2.txt', arcname="test2.txt")
with zipfile.ZipFile('Python-Lang/data.zip', 'r') as zin:
    zin.extractall('Python-Lang/data2') #沒(méi)有則自動(dòng)創(chuàng)建data2目錄

參考

[1] https://docs.python.org/3/library/subprocess.html

[2] https://stackoverflow.com/questions/28708531/what-does-do-in-a-gitignore-file

[3] https://stackoverflow.com/questions/7099290/how-to-ignore-hidden-files-using-os-listdir

[4] https://docs.python.org/3/library/shutil.html

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