part10-1 Python常见模块（sys模块、os模块）

Python 有强大的第三方模块，这些第三方模块在实际运用中已经能实现很多的功能，通常不需要重复开发具有相同功能的模块。另外，Python 语言也内置了大量的模块，这些模块已经非常完善，例如对于常见的日期、时间、正则表达式、JSON支持、容器类等都有完善的模块。接下来学习 Python 内置的模块，不过这些模块还在不断的更新中，更详细的模块帮助可查看 Python 库的在线参考手册，https://docs.python.org/3/library/index.html。

一、 sys 模块

sys 模块代表的是 Python 解释器，主要用于获取和 Python 解释器相关的信息。在 Python 交互式解释器（命令行）中导入 sys 模块，可查看该模块提供的程序单元，注意该模块没有 __all__ 变量，示例如下：

>>> import sys
>>> [s for s in dir(sys) if not s.startswith('_')]
['api_version', 'argv', 'base_exec_prefix', 'base_prefix', 'builtin_module_names', 'byteorder',
'call_tracing', 'callstats', 'copyright', 'displayhook', 'dllhandle', 'dont_write_bytecode', 'exc_info',
'excepthook', 'exec_prefix', 'executable', 'exit', 'flags', 'float_info', 'float_repr_style', 'get_asyncgen_hooks',
'get_coroutine_wrapper', 'getallocatedblocks', 'getcheckinterval', 'getdefaultencoding', 'getfilesystemencodeerrors',
'getfilesystemencoding', 'getprofile', 'getrecursionlimit', 'getrefcount', 'getsizeof', 'getswitchinterval',
'gettrace', 'getwindowsversion', 'hash_info', 'hexversion', 'implementation', 'int_info', 'intern', 'is_finalizing',
'maxsize', 'maxunicode', 'meta_path', 'modules', 'path', 'path_hooks', 'path_importer_cache', 'platform',
'prefix', 'ps1', 'ps2', 'set_asyncgen_hooks', 'set_coroutine_wrapper', 'setcheckinterval', 'setprofile',
'setrecursionlimit', 'setswitchinterval', 'settrace', 'stderr', 'stdin', 'stdout', 'thread_info', 'version',
'version_info', 'warnoptions', 'winver']

上面输出了 sys 模块所包含的全部程序单元（包括变量、函数等），这些程序单元不需要全部记下来，在实际使用中，用到哪些模块就去查阅其对应的说明文档和参考手机即可。sys 模块的在线参考是 https://docs.python.org/3/library/sys.html。

下面来了解下 sys 模块中常用的属性和函数。
（1）、sys.argv：获取运行 Python 程序的命令行参数。sys.argv[0] 是当前 Python 程序（文件），sys.argv[1] 是为 Python 程序提供的第一个参数，sys.argv[2] 是第二个参数，...... 以此类推。

（2）、sys.byteorder：显示本地字节序的指示符。如果本地字节是大端模式，则该模块返回 big；否则返回 little。

（3）、sys.copyright：该属性返回与 Python 解释器有关的版权信息。

（4）、sys.executable：该属性返回 Python 解释器在磁盘上存储路径。

（5）、sys.exit()：通过引发 SystemExit 异常来退出程序。将其放在 try 块中不能阻止 finally 块的执行。

（6）、sys.flags：该只读属性返回运行 Python 命令时指定的旗标。

（7）、sys.getfilesystemencoding()：返回在当前系统中保存文件所有的字符集，如utf-8、gbk等。

（8）、sys.getrefcount(object)：返回指定对象的引用计数。当 object 对象的引用计数为0时，系统会回收该对象。

（9）、sys.getrecursionlimit()：返回 Python 解释器当前支持的递归深度（默认是1000）。该属性可通过 setrecursionlimit() 方法重新设置。

（10）、sys.getswitchinterval()：返回当前 Python 解释器中线程切换的时间间隔（默认0.005）。可通过 setswitchinterval() 函数改变。

（11）、sys.implementation：返回当前 Python 解释器的实现。

（12）、sys.maxsize：返回 Python 整数支持的最大值。在32位平台上是 2**32-1，64位平台上是 2**63-1

（13）、sys.modules：返回模块名和载入模块对应关系的字典。

（14）、sys.path：该属性指定 Python 查找模块的路径列表。在程序中可通过修改该属性来动态增加 Python 加载模块的路径。

（15）、sys.platform：返回 Python 解释器所在平台的标识符，windows 平台上的值是“win32”。

（16）、sys.stdin：返回系统的标准输入流，一个类文件对象。

（17）、sys.stdout：返回系统的标准输出流，一个类文件对象。

（18）、sys.stderr：返回系统的错误输出流，一个类文件对象。

（19）、sys.version：返回当前 Python 解释器的版本信息。

（20）、sys.winver：返回当前 Python 解释器的主版本号。

sys 模块的部分功能使用示例如下：

import sys
# 显示本地字节序的指标符
print(sys.byteorder)                # little
# 显示与 Python 解释器有关的版权信息
print(sys.copyright)
# 返回 Python 解释器在磁盘上的存储路径
print(sys.executable)
# 显示在当前系统中保存文件用的字符集
print(sys.getfilesystemencoding())  # utf-8
# 显示 Python 支持的最大整数
print(sys.maxsize)
# 显示 Python 解释器所在平台
print(sys.platform)                 # win32
# 显示 Python 解释器的版本信息
print(sys.version)                  # 3.6.5 ......
# 返回当前 Python 解释器的主版本号
print(sys.winver)                   # 3.6

运行上面代码，输出如下所示：
little
Copyright (c) 2001-2018 Python Software Foundation.
All Rights Reserved.

Copyright (c) 2000 BeOpen.com.
All Rights Reserved.

Copyright (c) 1995-2001 Corporation for National Research Initiatives.
All Rights Reserved.

Copyright (c) 1991-1995 Stichting Mathematisch Centrum, Amsterdam.
All Rights Reserved.
C:\ProgramData\Anaconda3\python.exe
utf-8
9223372036854775807
win32
3.6.5 |Anaconda, Inc.| (default, Mar 29 2018, 13:32:41) [MSC v.1900 64 bit (AMD64)]
3.6

1、 获取运行参数

sys 模块的 argv 属性可以获取运行 Python 文件的命令行参数，argv 属性值是一个列表，argv[0] 是 Python 文件名称，argv[1] 是 argv 列表的第二个元素，也是运行 Python 文件的第一个参数。对应的，argv[2] 是第二个参数，......。

下面用示例对 argv 参数作更进一步的说明，现在新建一个 argv_test.py 文件，该文件的代码如下所示：

from sys import argv
# 输出 argv 列表的长度
print("argv列表长度是：", len(argv))
# 遍历 argv 列表的每一个元素
for arg in argv:
　　print(arg)

这段代码中输出了 argv 列表的长度，以及 argv 列表的每一个元素，在命令行运行的结果如下所示：

命令行命令：python argv_test.py
输出信息是：
argv列表长度是： 1
argv_test.py

从输出可以看到，argv 列表的长度是 1，argv 的第一个元素就是 Python 源文件 “argv_test.py”。下面继续在命令行下运行：

命令行命令：python argv_test.py hello world
输出信息是：
argv列表长度是： 3
argv_test.py
hello
world

这次运行的时候在 Python 源文件“argv_test.py” 后面增加了两个参数“hello world”，从输出可以看出此次的列表长度是 3，从这次的运行也可看出，在命令行运行时，参数之间默认以空格作为分隔符，如果参数本身包含有空格，则需要将参数用双引号（""）括起来，明确表示是一个参数，例如下面运行命令所示：

命令行命令：python argv_test.py "hello world"
输出信息是：
argv列表长度是： 2
argv_test.py
hello world

从输出可知，此次的 argv 列表长度是 2，hello world 也被看作是一个参数。如果命令行的双引号改为单引号，不会将 hello world 看做是一个参数。

2、 动态修改模块加载路径

sys 模块的 path 属性可实现动态改变 Python 模块的加载路径，前提是路径要先创建好。由于 sys.path 的属性值是列表，可以直接使用列表的 append() 方法将要动态加载的路径添加即可，示例如下：

import sys
# 动态添加 e:\mypymodule 路径作为模块的加载路径
sys.path.append('e:\\mypymodule')
# 加载 e:\mypymodule 路径下的 hello 模块
import hello

上面这段代码要能成功运行，需要在 E 盘下创建 mypymodule 目录，并在该目录下创建 hello.py 模块文件。

二、 os 模块

os 模块是与操作系统有关的模块，用于获取运行程序时所在的操作系统相关信息。在 Python 交互式解释器中导入 os 模块，可用os.__all__ 命令查看该模块的公开接口，包括全部的属性和函数。该模块的属性和函数有很多，只需要掌握常用的属性和函数即可。该模块的官方参考网站是 https://docs.python.org/3/library/os.html。下面是 os 模块常用的属性和函数。

（1）、os.name：返回导入依赖模块的操作系统名称，通常可返回'posix'、'nt'、'java'等值之一。

（2）、os.environ：返回在当前系统上所有环境变量组成的字典。

（3）、os.fsencode(filename)：该函数对类路径（path-like）的文件名进行编码。

（4）、os.fsdecode(filename)：该函数对类路径（path-like）的文件名进行解码。

（5）、PathLike：这是一个类，代表一个类路径（path-like）对象。

（6）、os.getenv(key, default=None)：获取指定环境变量的值。

（7）、os.getlogin()：返回当前系统的登录用户名。与该函数对应的还有 os.getuid()、os.getgroups()、os.getgid()等函数，用于获取用户ID、用户组、组ID等，这些函数通常只在UNIX系统上有效。

（8）、os.getpid()：获取当前进程ID。

（9）、os.getppid()：获取当前进程的父进程ID。

（10）、os.putenv(key,value)：该函数用于设置环境变量。

（11）、os.cpu_count()：返回当前系统的CPU数量。

（12）、os.sep：返回路径分隔符。

（13）、os.pathsep：返回当前系统上多条路径之间的分隔符。在windows 上是英文分号（;）；在UNIX及类UNIX系统上是英文冒号（:）。

（14）、os.linesep：返回当前系统的换行符。在 Windows 上是 “\r\n”；在UNIX系统上是“\n”；在 Mac OS X上是“\r”。

（15）、os.urandom(size)：返回适合作为加密使用的、最多由 size 个字节组成的 bytes 对象。该函数通过操作系统特定的随机性来源返回随机字节，该随机字节通常是不可预测的，适用于大部分加密场景。

 os 模块的部分函数用法示例如下：

import os
# 显示导入依赖模块的操作系统名称
print(os.name)                  # nt
# 获取 PYTHONPATH 环境变量的值
print(os.getenv('PYTHONPATH'))  # .;e:\mypymodule
# 返回当前系统的登录用户名
print(os.getlogin())            # michael
# 获取当前进程 ID
print(os.getpid())
# 获取当前进程的父进程 ID
print(os.getppid())
# 返回当前系统的CPU数量
print(os.cpu_count())           # 4
# 返回路径分隔符
print(os.sep)                   # \
# 返回当前系统的多条路径分隔符
print(os.pathsep)               # ;
# 返回当前系统的换行符
print(os.linesep)               # \r\n
# 返回适合作为加密使用的、最多由5个字节组成的 bytes 对象
print(os.urandom(5))            # b'v\xc9!\x11*'

运行代码，输出如下：
nt
.;e:\mypymodule
michael
1832
10072
4
\
;


b'v\xc9!\x11*'

从输出可知，在 Windows 系统上 Python 导入依赖模块的操作系统名称是 “nt”；当前系统的登录用户名 michael；当前进程ID是1832；当前进程的父进程ID是10072；当前系统上是有4个CPU；当前系统的路径分隔符是“\”；当前系统上多条路径的分隔符是分号（;）；当前系统上是换行符是“\r\n”（输出的时候转换成了两个空行）。

os 模块还有与操作文件与目录的功能函数，这些在后面部分学习。os 模块下还包含有进程管理函数，可用于启动新进程、中止已有进程等。os 模块与进程管理相关的函数如下：

 

（1）、os.abort()：生成一个 SIGABRT 信号给当前进程。在 UNIX 系统上，默认行为是生成内核转储；在 Windows 系统上，进程立即返回退出代码3。

（2）、os.execl(path,arg0,arg1,...)：该函数还有一系统功能类似的函数，比如 os.execle()、os.execlp()等，这些函数都是使用参数列表 arg0，arg1，...来执行 path 所代表的执行文件的。

注意：os.exec*() 函数都是 POSIX 系统的直接映射，因此如果使用该命令来执行 Python 程序，传入的 arg0 参数没有什么作用。os._exit(n) 用于强制退出 Python 解释器。将其放在 try 块中可阻止 finally 块的执行。

（3）、os.forkpty()：fork 一个子进程。

（4）、os.kill(pid,sig)：将 sig 信号发送到 pid 对应的进程，用于结束该进程。

（5）、os.killpg(pgid,sig)：将 sig 信号发送到 pgid 对应的进程组。

（6）、os.popen(cmd,mode='r',buffering=-1)：用于向 cmd 命令打开读写管道（当 mode 为 r 时为只读管道，当 mode 为 rw 时为读写管道），buffering 缓冲参数与内置的 open() 函数有相同的含义。该函数返回的文件对象用于读写字符串，而不是字节。

（7）、os.spawnl(mode,path,...)：该函数还有一系列功能类似的函数，比如 os.spawnle()、os.spawnlp()等，这些函数用于在新进程中执行新程序。

（8）、os.startfile(path[,openation])：对指定文件使用该文件关联的工具执行 openration 对应的操作。如果不指定 openration 操作，则默认执行打开（open）操作。openration 参数必须是有效的命令行操作项目，比如 open（打开）、edit（编辑）、print（打印）等。

（9）、os.system(command)：运行操作系统上的指定命令。

os 模块中与进程管理相关的函数的功能示例如下：

import os, sys
# 运行平台上的 cmd 命令
# os.system('cmd')
# 使用 Excel 打开 e:\abc.xlsx 文件
os.startfile('e:\abc.xlsx')
os.spawnl(os.P_NOWAIT, r'C:\Program Files (x86)\Geany\bin\geany.exe', ' ')
# 使用 Python 命令执行 sys_test.py 文件
path = sys.executable
os.execl(path, " ", 'sys_test.py', 'i')

使用代码编辑工具直接运行上面代码时，可以看到程序运行后使用 Excel 打开了 abc.xlsx 文件，也打开 Geany 工具，还使用python 命令运行了 sys_test.py 文件。如果将 os.system('cmd') 这行代码取消注释，将看到程序运行后只是启动了 cmd 命令行程序，这是因为使用 os.system() 函数来运行程序时，新程序所在的进程会替代原有的进程。

注意：使用 os.execl() 函数运行新进程后，也会取代原有进程，因此上面代码中将这行代码放在了最后。