Python sys模块：掌握命令行工具构建、异常处理与模块化编程

# 1. sys模块概述与安装配置

Python的sys模块是每个开发者工具箱中的重要组成部分，它提供了访问与Python解释器紧密相关的变量和函数。本章节将引领您了解sys模块的基础知识，以及如何在您的系统环境中进行安装和配置。

## 1.1 sys模块的作用与功能
sys模块提供了一种访问Python解释器的内建函数和变量的机制。它可以帮助我们访问Python解释器的参数、标准输入输出流以及模块和变量的列表等。通过sys模块，我们可以实现如下功能：

- 获取命令行参数
- 标准输入输出流的控制
- 系统路径的管理
- 检测和修改解释器的内部变量

## 1.2 sys模块的安装配置
sys模块是Python标准库的一部分，无需单独安装。要开始使用sys模块，只需确保您的Python环境已经正确安装。在大多数情况下，sys模块将随Python一起自动安装并配置好。

下面将演示如何在Python脚本中导入sys模块，并打印出Python版本信息作为实践例子：

import sys

print(sys.version)

当执行上述代码时，它会输出当前Python解释器的版本信息。这简单地展示了sys模块提供的功能之一，并表明您已经准备好进一步探索sys模块了。

# 2. 命令行工具构建

## 2.1 sys模块与命令行参数解析

### 2.1.1 sys.argv的使用方法

`sys.argv` 是一个列表，用于存储命令行参数。`sys.argv[0]` 是程序名，其余元素为传递给程序的参数，数量取决于用户输入。下面的代码展示了一个简单的使用 `sys.argv` 的例子：

import sys

def main():
    if len(sys.argv) != 3:
        print('Usage: python script.py <arg1> <arg2>')
        sys.exit(1)

    arg1, arg2 = sys.argv[1], sys.argv[2]
    print(f'Argument 1: {arg1}')
    print(f'Argument 2: {arg2}')

if __name__ == '__main__':
    main()

在这个例子中，我们检查了传递的参数数量。如果不符合预期，程序会打印一条使用信息并退出。如果参数数量正确，脚本将打印这些参数。注意，`sys.exit()` 用于正常退出程序，它接受一个整数作为状态码，非零值通常表示有错误发生。

### 2.1.2 命令行参数高级解析技巧

对于复杂的命令行工具，简单的 `sys.argv` 可能不足以应对所有需求。这时，可以使用 `argparse` 模块来更优雅地解析参数。`argparse` 模块提供了丰富的命令行参数解析功能。以下是一个使用 `argparse` 的示例：

import argparse
import sys

def main():
    parser = argparse.ArgumentParser(description='Command line tool demonstration')
    parser.add_argument('arg1', help='First argument')
    parser.add_argument('arg2', help='Second argument')
    args = parser.parse_args()

    print(f'Argument 1: {args.arg1}')
    print(f'Argument 2: {args.arg2}')

if __name__ == '__main__':
    main()

这段代码中，我们首先创建了一个 `ArgumentParser` 对象，并定义了需要的参数。解析后的参数被存储在 `args` 对象中，可以通过属性名访问。

## 2.2 构建交互式命令行工具

### 2.2.1 实现命令行交互流程

在构建交互式命令行工具时，需要程序能够处理来自用户的输入，并做出相应的响应。Python 的 `readline` 模块可以用来读取用户输入，而 `cmd` 模块则提供了一个框架来实现交互式命令行程序。这里是一个简单的实现：

import cmd

class SimpleCmd(cmd.Cmd):
    prompt = 'simplecmd> '

    def do_greet(self, arg):
        """Greet user"""
        print(f'Hello, {arg}!')

    def do_exit(self, arg):
        """Exit program"""
        return True

if __name__ == '__cmd__':
    SimpleCmd().cmdloop()

在上述代码中，我们定义了一个 `SimpleCmd` 类，该类继承自 `cmd.Cmd`。我们重写了 `prompt` 属性来定义命令行的提示符，并定义了两个命令：`greet` 和 `exit`。`do_greet` 方法接受一个参数，并打印问候语。`do_exit` 方法则用于退出程序。

### 2.2.2 命令行工具的输入输出处理

交互式命令行工具需要能够处理用户的命令输入以及提供输出。处理输入输出的关键是流的重定向，可以使用 `sys.stdin`, `sys.stdout` 和 `sys.stderr`。下面是一个例子：

import sys

def main():
    # 保存原始的stdout
    original_stdout = sys.stdout
    # 重定向stdout到文件
    with open('output.txt', 'w') as f:
        sys.stdout = f
        print('Redirected output to file')
    # 恢复原始的stdout
    sys.stdout = original_stdout
    print('Output back to console')

if __name__ == '__main__':
    main()

在这个例子中，我们首先保存了原始的 `sys.stdout`，然后将其重定向到一个文件。在完成输出到文件的操作后，我们将 `sys.stdout` 恢复到原来的状态，这