Python 操作系统交互的 15 个实用命令

对于Python初学者而言，掌握如何使用Python与操作系统进行交互是一项非常实用的技能。这不仅能够让你的脚本更加灵活强大，还能在自动化任务处理、文件管理等方面大显身手。下面，我们将通过10个简单到复杂的实例，逐步引导你学习如何运用Python的os和subprocess模块来执行操作系统命令。

1. 列出当前目录下的所有文件

首先，让我们从最基本的开始——列出当前目录下的所有文件和文件夹。

import os

def list_files():
    files = os.listdir('.')
    print("当前目录下的文件和文件夹:")
    for file in files:
        print(file)

list_files()

这段代码使用了os.listdir('.')，.代表当前目录，它返回一个列表，包含了该目录下所有文件和文件夹的名字。

2. 检查文件是否存在

在进行文件操作之前，检查文件是否存在是基础而重要的一步。

def check_file(filename):
    return os.path.exists(filename)

print("文件是否存在:", check_file('example.txt'))

这里，os.path.exists()函数用于检查指定路径的文件或目录是否存在。

3. 创建目录

接下来，学习如何创建目录。

def create_directory(directory):
    os.makedirs(directory, exist_ok=True)

create_directory('new_folder')

os.makedirs()可以创建多级目录，exist_ok=True防止因目录已存在而抛出异常。

4. 删除文件

小心使用，删除操作不可逆！

def delete_file(filename):
    if os.path.exists(filename):
        os.remove(filename)
    else:
        print("文件不存在")

delete_file('no_exist.txt')  # 示例：尝试删除一个不存在的文件

5. 移动或重命名文件

文件管理中的常见操作。

def move_file(src, dst):
    os.rename(src, dst)

move_file('old_name.txt', 'new_name.txt')

os.rename()既可用于重命名文件，也可用于在同一文件系统内移动文件。

6. 运行外部命令（基本）

使用subprocess模块执行操作系统命令。

import subprocess

def run_command(command):
    subprocess.run(command, shell=True)

run_command('dir')  # 在Windows中列出目录，Linux下使用'ls'

注意：shell=True允许直接传递字符串作为命令，但有安全风险，特别是当命令部分来自用户输入时。

7. 获取环境变量

了解系统环境配置。

def get_env_variable(var_name):
    return os.environ.get(var_name, "未找到")

print(get_env_variable('PATH'))

os.environ是一个字典，包含了所有的环境变量。

8. 改变当前工作目录

有时候，我们需要在不同的目录间切换。

def change_dir(new_dir):
    os.chdir(new_dir)
    print("当前目录已改为:", os.getcwd())

change_dir('new_folder')

os.chdir()改变当前工作目录，os.getcwd()则用来获取当前工作目录。

9. 执行命令并捕获输出

有时候我们需要获取命令的输出。

def capture_output(command):
    result = subprocess.check_output(command, shell=True, text=True)
    return result.strip()

print(capture_output('echo Hello, World!'))

这里，check_output()执行命令并返回其输出，text=True使输出为文本格式而非字节串。

10. 高级：批量重命名文件

最后，一个进阶示例，批量重命名文件。

import glob

def batch_rename(pattern, new_name_base, extension):
    for count, filename in enumerate(glob.glob(pattern)):
        new_name = f"{new_name_base}_{count}.{extension}"
        os.rename(filename, new_name)
        print(f"重命名: {filename} -> {new_name}")

batch_rename('*.txt', 'document', 'txt')

这个例子展示了如何使用glob.glob()匹配文件模式，并利用循环批量重命名文件。

进阶实践与技巧

11. 并行执行命令

在处理大量文件或长时间运行的任务时，利用并行处理可以显著提高效率。Python的concurrent.futures模块可以帮助我们实现这一点。

from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor
import time

def slow_command(n):
    time.sleep(1)  # 模拟耗时操作
    return f"Command {n} completed."

def parallel_commands(commands):
    with ThreadPoolExecutor() as executor:
        results = list(executor.map(slow_command, commands))
    return results

commands = [i for i in range(5)]
print(parallel_commands(commands))

这段代码创建了一个线程池来并行执行命令，大大减少了总等待时间。

12. 使用shlex.split()安全地分割命令行参数

当需要将字符串作为命令行指令执行时，使用shlex.split()可以更安全地处理包含空格和特殊字符的字符串。

import shlex

command_str = 'echo "Hello, World!"'
safe_args = shlex.split(command_str)
subprocess.run(safe_args)

这样处理后，即使字符串中有引号或空格，也能正确解析为命令行参数。

13. 实时监控命令输出

有时候我们需要实时查看命令的输出，而不是等待命令完全执行完毕。subprocess.Popen提供了这样的能力。

import subprocess

def stream_output(command):
    process = subprocess.Popen(command, stdout=subprocess.PIPE, shell=True, text=True)
    while True:
        output = process.stdout.readline()
        if output == '' and process.poll() is not None:
            break
        if output:
            print(output.strip())
    rc = process.poll()
    print(f"命令完成，退出码: {rc}")

stream_output('ping www.google.com')

这段代码创建了一个持续读取子进程输出的循环，直到命令执行完毕。

14. 错误处理与日志记录

在执行操作系统命令时，正确处理错误是非常重要的。使用try-except结构，并考虑使用Python的logging模块记录日志。

import logging

logging.basicConfig(level=logging.INFO)

def execute_with_logging(command):
    try:
        subprocess.run(command, check=True, shell=True)
        logging.info(f"命令执行成功: {command}")
    except subprocess.CalledProcessError as e:
        logging.error(f"命令执行失败: {command}, 错误码: {e.returncode}")

execute_with_logging('nonexistent_command')  # 示例错误命令

这样可以确保在命令失败时，你能够得到清晰的反馈。

15. 综合应用：自动化备份脚本

结合以上知识，编写一个简单的自动化备份脚本，将指定目录的内容打包并移动到备份目录。

import shutil
from datetime import datetime

def backup_folder(source, destination):
    timestamp = datetime.now().strftime('%Y%m%d_%H%M%S')
    backup_name = f"backup_{timestamp}.zip"
    shutil.make_archive(backup_name, 'zip', source)
    shutil.move(backup_name, os.path.join(destination, backup_name))
    print(f"备份完成: {backup_name} 移动到了 {destination}")

backup_folder('source_folder', 'backup_folder')

这个脚本使用了shutil.make_archive创建zip文件，然后移动到备份目录，展示了Python在文件管理和自动化任务中的强大能力。

通过这些进阶实践和技巧，你的Python脚本将变得更加强大和灵活。不断实践，结合具体需求进行创新，你的编程技能将不断进步。