调用外部命令与程序：subprocess模块的使用

# 1. 引言

## 1.1 为什么需要调用外部命令与程序？

在软件开发和系统管理过程中，经常会遇到需要与外部程序或系统进行交互的情况。有时候，我们需要调用其他语言编写的程序来完成某些特定任务，或者需要执行系统命令以实现一些功能。调用外部命令和程序可以帮助我们扩展应用程序的功能，提高程序的灵活性和效率。

## 1.2 Python中的subprocess模块简介

Python的subprocess模块提供了一个强大而灵活的方式来创建子进程，执行外部命令和与子进程进行交互。通过subprocess模块，我们可以方便地在Python程序中调用外部命令并获取执行结果，同时也能控制子进程的输入、输出和错误流，甚至可以监控子进程的状态以及设置超时处理。

在接下来的章节中，我们将深入探讨subprocess模块的基本用法、高级用法、安全注意事项、进程间通信以及实际应用案例，帮助读者更好地理解和利用subprocess模块。

# 2. 基本用法

在这一章节中，我们将介绍subprocess模块的基本用法，包括如何执行简单的外部命令，控制子进程的输入、输出和错误流，以及获取外部命令的返回值。

### 2.1 使用subprocess模块执行简单的外部命令

使用subprocess模块执行简单的外部命令是Python中处理外部进程的常见方法。通过subprocess的`run()`函数可以很方便地实现这一功能。下面是一个示例，演示如何在Python中执行`ls -l`命令：

import subprocess

result = subprocess.run(["ls", "-l"], stdout=subprocess.PIPE)
print(result.stdout.decode())

**代码说明：**
- 使用`subprocess.run()`函数执行`ls -l`命令。
- `stdout=subprocess.PIPE`参数表示将标准输出重定向到管道。
- 使用`decode()`方法将输出转换为字符串并打印出来。

**运行结果：**

total 0
-rw-r--r-- 1 user group 0 Sep 20 12:00 example.txt

### 2.2 控制子进程的输入、输出和错误流

除了执行简单命令外，subprocess还允许您控制子进程的标准输入、输出和错误流。下面的示例演示了如何将文本输入到`cat`命令并获取输出：

import subprocess

input_text = "Hello, subprocess!"
result = subprocess.run(["cat"], input=input_text, text=True, stdout=subprocess.PIPE)
print(result.stdout)

**代码说明：**
- 使用`input`参数将文本传递给`cat`命令。
- `text=True`参数表示文本模式，以便直接传递字符串而不是字节序列。
- `stdout=subprocess.PIPE`参数将标准输出重定向到管道。

**运行结果：**

Hello, subprocess!

### 2.3 获取外部命令的返回值

在调用外部命令后，通常需要获取该命令的返回值。subprocess的`run()`函数可以方便地实现这一点，返回值包含了执行结果的各种信息。以下示例演示了如何获取外部命令的退出码：

import subprocess

result = subprocess.run(["ls", "nonexistent_file"], stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE)
print("Return Code:", result.returncode)
print("Error Output:", result.stderr.decode())

**代码说明：**
- 外部命令尝试列出一个不存在的文件。
- `returncode`属性包含外部命令的退出码。
- `stderr=subprocess.PIPE`参数将标准错误输出重定向到管道。

**运行结果：**

Return Code: 2
Error Output: ls: cannot access 'nonexistent_file': No such file or directory

通过以上示例，我们了解了如何使用subprocess模块执行简单的外部命令，控制子进程的输入、输出和错误流，以及获取外部命令的返回值。这些基本用法是使用subprocess模块的必备知识，能够帮助我们更好地处理外部进程。

# 3. 高级用法

在本章中，我们将介绍subprocess模块的高级用法，帮助读者更灵活地调用外部命令与程序。

#### 3.1 使用shell参数执