在Python编程中，执行Shell命令是一个常见的需求，无论是为了自动化任务、系统管理还是调用外部工具。Python的subprocess模块是执行Shell命令的主要工具，本文将深入探讨如何使用这个模块来执行Shell命令并获取结果。
1. 基本用法
简单命令执行
使用subprocess.run()函数是执行Shell命令的基本方法。我们可以通过传递一个命令列表来执行命令：
import subprocess
# 执行一个简单的Shell命令
result = subprocess.run(['echo', 'Hello, World!'], capture_output=True, text=True)
# 打印命令的标准输出
print(result.stdout)在这个示例中，我们执行了echo Hello, World!命令，并捕获了其输出。
获取命令输出
为了捕获命令的标准输出和标准错误输出，我们需要设置capture_output=True和text=True参数：
import subprocess
# 执行一个简单的Shell命令并获取输出
result = subprocess.run(['ls', '-l'], capture_output=True, text=True)
# 打印命令的标准输出
print("标准输出:")
print(result.stdout)
# 打印命令的标准错误
print("标准错误:")
print(result.stderr)通过这种方式，我们可以分别获取命令的标准输出和标准错误。
2. 错误处理与退出状态码
检查命令的退出状态码
执行Shell命令后，我们通常需要检查命令是否成功执行。可以通过returncode属性获取命令的退出状态码：
import subprocess
result = subprocess.run(['ls', 'non_existent_file'], capture_output=True, text=True)
if result.returncode == 0:
print("命令执行成功")
else:
print(f"命令执行失败，返回码: {result.returncode}")
print(result.stderr)处理异常
为了更好地处理错误，我们可以使用subprocess.CalledProcessError异常：
import subprocess
try:
result = subprocess.run(['ls', 'non_existent_file'], capture_output=True, text=True, check=True)
except subprocess.CalledProcessError as e:
print(f"命令执行失败，返回码: {e.returncode}")
print(e.stderr)通过设置check=True参数，命令执行失败时会抛出CalledProcessError异常，我们可以捕获并处理该异常。
3. 处理复杂命令和管道
使用管道执行命令
有时我们需要执行复杂的Shell命令或使用管道来连接多个命令。subprocess模块允许我们创建管道并连接多个子进程：
import subprocess
# 使用管道执行命令，并获取输出
p1 = subprocess.Popen(['cat', 'file.txt'], stdout=subprocess.PIPE)
p2 = subprocess.Popen(['grep', 'pattern'], stdin=p1.stdout, stdout=subprocess.PIPE)
p1.stdout.close()
output = p2.communicate()[0].decode('utf-8')
print(output)在这个示例中，我们使用Popen类来执行cat file.txt | grep pattern命令，并获取匹配的结果。
处理复杂命令的标准输出和标准错误
我们还可以处理复杂命令的标准输出和标准错误：
import subprocess
p1 = subprocess.Popen(['ls', '-l'], stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE)
p2 = subprocess.Popen(['grep', 'pattern'], stdin=p1.stdout, stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE)
p1.stdout.close()
stdout, stderr = p2.communicate()
print("标准输出:")
print(stdout.decode('utf-8'))
print("标准错误:")
print(stderr.decode('utf-8'))通过这种方式，我们可以同时处理多个命令的输出和错误信息。
4. 高级功能与安全性
安全地执行命令
在执行Shell命令时，安全性是一个重要的考虑因素。特别是当命令包含用户输入时，必须注意：
import subprocess
user_input = input("输入文件名: ")
# 安全地执行命令，避免命令注入
command = ['ls', '-l', user_input]
try:
result = subprocess.run(command, capture_output=True, text=True, check=True)
print(result.stdout)
except subprocess.CalledProcessError as e:
print(f"命令执行失败，返回码: {e.returncode}")
print(e.stderr)通过将命令和参数作为列表传递，我们可以避免Shell注入风险。
使用shlex模块解析命令
当需要解析复杂命令字符串时，可以使用shlex模块来安全地分割命令：
import subprocess
import shlex
command = "ls -l | grep pattern"
args = shlex.split(command)
try:
result = subprocess.run(args, capture_output=True, text=True, shell=True, check=True)
print(result.stdout)
except subprocess.CalledProcessError as e:
print(f"命令执行失败，返回码: {e.returncode}")
print(e.stderr)shlex.split()函数可以安全地解析命令字符串，并生成适当的参数列表。
5. 实际应用场景
系统管理
Python可以用于系统管理任务，如监控系统资源、管理文件和目录等。以下是一个示例，展示如何使用Python来监控系统磁盘使用情况：
import subprocess
def check_disk_usage():
result = subprocess.run(['df', '-h'], capture_output=True, text=True)
print("磁盘使用情况:")
print(result.stdout)
check_disk_usage()数据处理
Python还可以用于数据处理任务，例如读取日志文件并过滤特定信息：
import subprocess
def filter_logs(pattern):
with open('logfile.txt', 'r') as logfile:
p1 = subprocess.Popen(['grep', pattern], stdin=logfile, stdout=subprocess.PIPE)
output = p1.communicate()[0].decode('utf-8')
print(output)
filter_logs('ERROR')调用外部工具
在某些情况下，我们需要调用外部工具来完成特定任务，例如图像处理、视频转换等。以下是一个调用FFmpeg工具来转换视频格式的示例：
import subprocess
def convert_video(input_file, output_file):
command = ['ffmpeg', '-i', input_file, output_file]
try:
result = subprocess.run(command, capture_output=True, text=True, check=True)
print(result.stdout)
except subprocess.CalledProcessError as e:
print(f"视频转换失败，返回码: {e.returncode}")
print(e.stderr)
convert_video('input.mp4', 'output.avi')6. 总结
本文详细介绍了如何在Python中执行Shell命令并获取结果。从基本用法到高级功能，再到实际应用场景，我们涵盖了各种操作和最佳实践。通过使用subprocess模块，可以轻松地在Python程序中集成Shell命令，处理复杂的系统任务，并确保安全性。
