Python中subprocess介绍及如何使用详细讲解

一、引言

在 Python 中，subprocess 模块为程序员提供了与操作系统命令进行交互的桥梁。无论是执行简单的 shell 命令，还是管理复杂的外部进程，subprocess 都能很好地完成任务。通过 subprocess，Python 脚本可以启动新的应用程序，与其输入/输出/错误管道建立连接，并获取其返回值，这对于实现自动化任务和系统集成至关重要。

subprocess 模块的出现，极大地扩展了 Python 的功能边界，使其不再仅仅局限于编写内部逻辑和数据处理，而是能够深入到操作系统的层面，与各种外部程序和命令进行交互。这对于那些需要调用外部工具或库来完成任务的 Python 开发者来说，无疑是一个巨大的福音。

二、subprocess 模块的基本介绍

subprocess 模块提供了一组函数和类，用于创建和管理子进程。这些子进程可以是外部应用程序、shell 命令，或者是其他任何可执行文件。通过 subprocess，我们可以控制子进程的输入和输出，获取其执行结果，甚至改变其行为。

1. subprocess.run() 函数

subprocess.run() 是 subprocess 模块中最简单直接的一个函数，它用于执行一个命令并等待其完成。这个函数返回一个 CompletedProcess 对象，其中包含了执行结果的各种信息，如返回码、标准输出和标准错误等。

subprocess.run() 的基本用法如下：

import subprocess

result = subprocess.run(['ls', '-l'], capture_output=True, text=True)
print(result.stdout)  # 输出命令执行结果
print(result.returncode)  # 输出命令返回值

在上面的例子中，我们执行了 ls -l 命令，并通过 capture_output=True 参数将标准输出捕获到变量 result.stdout 中。同时，text=True 参数确保输出以字符串形式而不是字节流形式返回。这样，我们就可以直接对输出进行字符串操作了。

2. subprocess.Popen() 类

虽然 subprocess.run() 函数非常方便，但它只适用于执行一次命令并等待其完成的情况。如果需要与子进程进行更复杂的交互，比如读取其输出、向其发送输入，或者同时管理多个子进程，那么就需要使用 subprocess.Popen() 类了。

subprocess.Popen() 类提供了更多的选项和参数，使得我们可以更精细地控制子进程的行为。下面是一个简单的例子：

import subprocess

# 创建一个子进程，但不等待它完成
process = subprocess.Popen(['ping', 'www.google.com'], stdout=subprocess.PIPE)

# 读取子进程的输出
output, _ = process.communicate()

# 打印输出
print(output.decode('utf-8'))

# 检查返回值
if process.returncode == 0:
    print("Ping 成功")
else:
    print("Ping 失败")

在这个例子中，我们创建了一个 Popen 对象来执行 ping 命令，并通过 stdout=subprocess.PIPE 将标准输出重定向到一个管道中。然后，我们使用 communicate() 方法读取输出，并等待进程结束。communicate() 方法返回的是一个包含标准输出和标准错误的元组，我们可以通过索引来访问它们。

需要注意的是，Popen 对象的 returncode 属性是在进程结束后才可用的，所以在调用 communicate() 方法之前无法获取它。如果需要在进程结束前获取其输出或错误，可以通过读取 Popen 对象的 stdout 和 stderr 属性来实现。

三、如何使用 subprocess 模块

1. 处理命令和参数

当使用 subprocess 模块执行命令时，命令和参数通常作为一个列表传递给函数或类。列表的第一个元素是命令本身，其余元素是传递给该命令的参数。这种方式比直接将命令和参数拼接成字符串更为安全，因为它可以避免因参数中包含特殊字符或空格而导致的解析错误。

例如：

import subprocess

# 正确的做法：使用列表传递命令和参数
subprocess.run(['ls', '-l', '/path/to/directory'])

# 错误的做法：将命令和参数拼接成字符串，这可能会导致解析错误或安全问题
subprocess.run('ls -l /path/to/directory', shell=True)

在上面的例子中，第一个调用是正确的，因为它将命令和参数作为一个列表传递。而第二个调用是错误的，因为它将命令和参数拼接成了一个字符串，并使用了 shell=True 参数来在 shell 中执行这个字符串。这种做法不仅容易出错（比如当参数中包含空格或特殊字符时），而且还可能存在安全风险（比如当参数来自不可信的来源时）。

2. 捕获输出和错误

默认情况下，subprocess 模块创建的子进程会将其输出以通过索引来获取我们需要的部分。在这个例子中，我们只关心标准输出，所以使用了 _ 来忽略标准错误。

值得注意的是，communicate() 方法会阻塞当前进程，直到子进程结束为止。这意味着，如果你的子进程是一个长时间运行的进程，那么 communicate() 会导致你的 Python 脚本一直等待下去，直到子进程完成。因此，在使用 communicate() 时，需要谨慎考虑是否适合你的应用场景。

除了 communicate() 方法外，Popen 对象还提供了许多其他方法和属性，可以用于更精细地控制子进程的行为。例如，你可以使用 stdin、stdout 和 stderr 属性来获取或设置子进程的输入/输出/错误管道；使用 poll() 方法来检查子进程是否已结束；使用 kill() 或 terminate() 方法来强制结束子进程等。

3. 使用 subprocess 执行外部命令

使用 subprocess 执行外部命令是最常见的场景之一。通过 subprocess.run() 或 subprocess.Popen()，你可以方便地执行任何系统命令，并获取其执行结果。这对于需要在 Python 脚本中调用外部工具或库的情况非常有用。

4. 与子进程进行交互

除了执行命令外，subprocess 还允许你与子进程进行更深入的交互。通过 Popen 对象的输入/输出/错误管道，你可以向子进程发送输入数据，并读取其产生的输出数据。这使得你可以在 Python 脚本中实现复杂的进程间通信和交互逻辑。

5. 管理多个子进程

subprocess 模块还提供了管理多个子进程的功能。你可以创建多个 Popen 对象来同时启动多个子进程，并通过轮询或异步 I/O 的方式来管理它们的执行。这对于需要并行处理多个任务或协调多个进程的场景非常有用。

四、注意事项

在使用 subprocess 模块时，需要注意以下几点：

1. 安全性问题

当使用 subprocess 执行外部命令时，需要特别注意安全性问题。避免直接将未经过滤的用户输入作为命令的一部分执行，以防止命令注入攻击。你应该始终对用户输入进行验证和过滤，确保只执行安全的命令。

2. 编码问题

在处理子进程的输出时，需要注意编码问题。由于输出可能包含非 ASCII 字符，因此在读取和处理输出时，需要确保使用正确的编码进行解码。默认情况下，Python 可能会使用系统默认的编码方式，但在跨平台或多语言环境下，这可能会导致编码错误。你可以通过指定正确的编码方式（如 utf-8）来避免这类问题。

3. 阻塞问题

使用 Popen 对象的 communicate() 方法时，需要注意阻塞问题。如果子进程是一个长时间运行的进程，那么 communicate() 会导致当前进程一直等待下去，直到子进程完成。这可能会导致你的 Python 脚本无响应或无法及时处理其他任务。因此，在使用 communicate() 时，需要谨慎考虑是否适合你的应用场景，并考虑使用异步 I/O 或其他机制来避免阻塞问题。

五、总结

Python 的 subprocess 模块为从 Python 脚本中启动和管理子进程提供了强大的工具。无论是简单的命令执行还是复杂的进程交互，subprocess 都能满足需求。然而，在使用时，需要注意安全性、编码问题和潜在的阻塞问题。通过谨慎地验证用户输入、指定正确的编码方式，以及合理地使用异步 I/O 或其他机制，我们可以有效地利用 subprocess 模块来实现强大的进程管理和交互功能。

到此这篇关于Python中subprocess介绍及如何使用的文章就介绍到这了,更多相关Python subprocess使用内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！