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模块介绍

os 模块是 Python 标准库的一部分，提供了与操作系统交互的功能，允许我们执行操作系统相关的任务，比如文件操作、进程管理、环境变量操作等。这个模块帮助 Python 程序与操作系统进行低层次的交互，无论是在 Linux、Windows 还是 macOS 系统上，os 模块都能提供统一的接口来进行操作。

主要函数

文件和目录操作

函数	描述
mkdir(path)	创建一个新目录。如果目录已存在，会抛出 FileExistsError 异常。
makedirs(path)	递归创建目录。如果上级目录不存在，也会一并创建。
remove(path)	删除文件。如果路径指向的是一个目录，则会抛出 IsADirectoryError。
rmdir(path)	删除目录。只会删除空目录，否则会抛出 OSError 异常。
removedirs(path)	递归删除目录，直到找到一个不为空的目录为止。
rename(src, dst)	重命名文件或目录。若目标路径存在同名文件，会抛出 FileExistsError。
listdir(path)	返回指定路径下的文件和目录名的列表。
scandir(path)	返回一个 DirEntry 对象的迭代器，DirEntry 提供了比 listdir 更丰富的文件信息。
path.exists(path)	判断指定路径是否存在，返回布尔值。
path.isdir(path)	判断路径是否是目录，返回布尔值。
path.isfile(path)	判断路径是否是文件，返回布尔值。

示例：

import os# mkdir(path)
# 创建一个新目录。如果目录已存在，会抛出 FileExistsError 异常。
os.mkdir('new_directory')  # 创建一个名为 'new_directory' 的目录# makedirs(path)
# 递归创建目录。如果上级目录不存在，也会一并创建。
os.makedirs('parent_dir/child_dir', exist_ok=True)  # 如果 'parent_dir' 不存在，将会一起创建# remove(path)
# 删除文件。如果路径指向的是一个目录，则会抛出 IsADirectoryError。
os.remove('some_file.txt')  # 删除文件 'some_file.txt'# rmdir(path)
# 删除目录。只会删除空目录，否则会抛出 OSError 异常。
os.rmdir('empty_directory')  # 删除空目录 'empty_directory'# removedirs(path)
# 递归删除目录，直到找到一个不为空的目录为止。
os.removedirs('parent_dir/child_dir')  # 删除空目录及其子目录# rename(src, dst)
# 重命名文件或目录。若目标路径存在同名文件，会抛出 FileExistsError。
os.rename('old_name.txt', 'new_name.txt')  # 将 'old_name.txt' 重命名为 'new_name.txt'# listdir(path)
# 返回指定路径下的文件和目录名的列表。
files = os.listdir('.')  # 列出当前目录下的所有文件和文件夹
print(files)# scandir(path)
# 返回一个 DirEntry 对象的迭代器，DirEntry 提供了比 listdir 更丰富的文件信息。
with os.scandir('.') as it:for entry in it:print(entry.name, entry.is_file(), entry.is_dir())  # 打印文件或目录名称，判断其类型# path.exists(path)
# 判断指定路径是否存在，返回布尔值。
print(os.path.exists('some_path'))  # 如果路径存在，返回 True，否则返回 False# path.isdir(path)
# 判断路径是否是目录，返回布尔值。
print(os.path.isdir('some_directory'))  # 如果路径是目录，返回 True，否则返回 False# path.isfile(path)
# 判断路径是否是文件，返回布尔值。
print(os.path.isfile('some_file.txt'))  # 如果路径是文件，返回 True，否则返回 False

• os.mkdir()、os.makedirs()、os.remove()、os.rmdir() 等函数不会自动处理异常，因此如果路径已存在或删除失败，会抛出相应的异常。
  • 使用 os.mkdir() 时，如果目录已经存在，将会抛出 FileExistsError。
  • 使用 os.rmdir() 删除非空目录时，会抛出 OSError。
  • 使用 os.rename() 时，如果目标文件或目录已存在，会抛出 FileExistsError。

环境变量操作

函数	描述
getenv(key, default=None)	获取环境变量的值。如果指定的环境变量不存在，返回 default。
environ	返回一个表示当前环境变量的字典对象。
putenv(key, value)	设置环境变量，设置后立刻生效，但该值不会出现在 environ 中。
unsetenv(key)	删除环境变量。

路径操作

这些函数大多在文件路径操作中非常有用，尤其是在跨平台开发时，自动处理路径分隔符差异可以减少出错的几率。

函数	描述
path.join(path, *paths)	将一个或多个路径组件拼接成一个路径，确保路径分隔符正确（自动处理不同操作系统的路径分隔符）。
path.split(path)	将路径分割成目录和文件名的二元组 (head, tail)。
path.splitext(path)	分离路径的文件扩展名，返回 (root, ext)，ext 包含了文件扩展名，root 为路径本体。
path.abspath(path)	返回路径的绝对路径。如果路径本身是绝对路径，返回它本身；如果是相对路径，则会进行转换。
path.normpath(path)	标准化路径，去除冗余的分隔符、上级目录等。
下面是每个 path 模块函数的示例代码，帮助你理解它们如何工作：

1. path.join(path, *paths)
将多个路径组件拼接成一个路径，并确保路径分隔符正确。

import ospath1 = "/home/user"
path2 = "documents"
path3 = "file.txt"full_path = os.path.join(path1, path2, path3)
print(full_path)  # 输出：/home/user/documents/file.txt

2. path.split(path)
将路径分割为两部分：目录路径和文件名。

import ospath = "/home/user/documents/file.txt"head, tail = os.path.split(path)
print("目录路径:", head)  # 输出：/home/user/documents
print("文件名:", tail)    # 输出：file.txt

3. path.splitext(path)
分离路径的文件扩展名。

import ospath = "/home/user/documents/file.txt"root, ext = os.path.splitext(path)
print("路径本体:", root)  # 输出：/home/user/documents/file
print("扩展名:", ext)    # 输出：.txt

4. path.abspath(path)
返回路径的绝对路径。如果路径本身是绝对路径，返回它本身；如果是相对路径，则会转换为绝对路径。

import ospath = "documents/file.txt"
absolute_path = os.path.abspath(path)
print(absolute_path)  # 输出类似：/home/user/documents/file.txt

5. path.normpath(path)
标准化路径，去除冗余的分隔符、上级目录等。

import ospath = "/home/user//documents/../file.txt"
normalized_path = os.path.normpath(path)
print(normalized_path)  # 输出：/home/user/file.txt

系统信息

这些函数可以用来获取操作系统的一些基本信息、进行进程管理和执行系统命令，通常在系统级的脚本编写、调试或监控中非常有用。

函数	描述
name	返回操作系统的名字：posix（Linux/Unix/macOS）、nt（Windows）、os2、ce、java等。
uname()	返回一个包含操作系统信息的元组（仅限 Unix 系统）。
getpid()	返回当前进程的 ID。
getppid()	返回当前进程的父进程 ID。
system(command)	执行系统的命令，返回命令执行的状态码。

1. name
返回当前操作系统的名字，常见的返回值有：

• posix：Linux/Unix/macOS。
• nt：Windows。
• os2、ce、java等。

import os# 示例
print(os.name)  # 输出当前操作系统的名字，例如：posix（Linux/Unix/macOS）或 nt（Windows）

2. uname()
返回一个包含操作系统信息的元组，包含操作系统名称、版本信息、内核名称、机器类型等信息。该函数仅适用于 Unix 系统（如 Linux、macOS）。

import os# 示例
if os.name == 'posix':  # 仅在 Unix 系统中有效uname_info = os.uname()print(uname_info)# 输出类似：# posix.uname_result(sysname='Linux', nodename='mycomputer', release='5.4.0', version='#45-Ubuntu SMP Fri Jul 17 17:57:37 UTC 2020', machine='x86_64')

3. getpid()
返回当前进程的进程 ID。

import os# 示例
pid = os.getpid()
print(f"当前进程的 ID: {pid}")

4. getppid()
返回当前进程的父进程 ID。

import os# 示例
ppid = os.getppid()
print(f"当前进程的父进程 ID: {ppid}")

5. system(command)
执行操作系统的命令，并返回命令执行的状态码。该函数会在一个子进程中执行命令，返回命令的退出状态（通常为 0 表示成功，非 0 表示失败）。

import os# 示例
status = os.system('echo Hello, World!')
print(f"命令执行状态码: {status}")  # 输出：0 表示命令成功执行# 执行其他系统命令
status = os.system('ls')
print(f"命令执行状态码: {status}")

进程管理

• os.fork() 用于创建子进程（只适用于 Unix 系统）。
• os.exec*() 用于在当前进程中执行新的程序，覆盖当前进程的内容。
• os.spawn*() 用于创建子进程并执行指定的命令，它们在创建进程时更高层次地封装了 fork() 和 exec()。
• os.popen() 用于执行外部命令并返回命令输出的文件对象，可以方便地读取外部程序的结果。

这些操作通常用于需要进程间通信、创建子进程或者执行外部命令的场景。

函数	描述
fork()	在 Unix 系统中，创建一个子进程。
exec*()	用于在当前进程中执行一个新的程序（覆盖当前进程的内容）。
spawn*()	创建一个子进程并执行指定的命令。
popen(command)	打开一个管道，执行指定的命令并获取输出。
以下是与进程创建和管理相关的几个函数的使用示例，适用于 Unix 系统（例如 Linux 和 macOS）。请注意，这些操作系统特定的函数通常无法在 Windows 上使用。

1. fork()
os.fork() 在 Unix 系统中创建一个子进程。调用该函数后，父进程会得到子进程的 PID（进程 ID），而子进程会得到 0。通常你可以通过判断返回值来区分父进程和子进程。

import os# 示例：创建一个子进程
pid = os.fork()if pid > 0:# 这是父进程print(f"这是父进程，子进程的 PID 是 {pid}")
elif pid == 0:# 这是子进程print("这是子进程")
else:print("创建进程失败")

2. exec*()系列
os.exec*() 系列函数用于在当前进程中执行新的程序，替换当前进程的内容。它们不会返回，因为它们会完全替代当前进程的映像。常见的变体有 execv(), execvp() 等。

示例：使用 os.execvp() 来执行一个新的程序：

import os# 示例：在当前进程中执行一个新的程序（如执行 `ls` 命令）
os.execvp("ls", ["ls", "-l"])  # 将当前进程替换为执行 'ls -l' 的进程

注意：os.exec*() 会使得当前的 Python 进程被新的进程替换，所以代码执行到此时就不会返回。

3. spawn*()系列
os.spawn*() 系列函数用于创建一个子进程并执行指定的命令。这些函数类似于 fork() 和 exec()，但是它们提供了更高层次的接口来管理进程。

示例：使用 os.spawnlp() 创建一个子进程并执行指定的命令。

import os# 示例：使用 os.spawnlp 执行 `ls -l` 命令
pid = os.spawnlp(os.P_WAIT, "ls", "ls", "-l")print(f"子进程的 PID 是 {pid}")

• os.P_WAIT 表示父进程会等待子进程执行完毕，os.P_NOWAIT 则表示父进程不会等待子进程结束。
• os.spawnlp() 的第一个参数是一个标志，后面的参数是传递给命令的参数。

4. popen(command)
os.popen(command) 打开一个管道，执行指定的命令并返回一个文件对象，可以通过该文件对象读取命令的输出。适用于需要与外部程序交互并获取输出的场景。

import os# 示例：通过管道执行 `ls -l` 命令并获取输出
with os.popen("ls -l") as pipe:output = pipe.read()print("命令输出：")print(output)

• os.popen() 执行命令并返回一个文件对象，你可以通过 .read() 方法获取命令输出。
• os.popen() 相当于通过管道（pipe）与子进程交互。

注意事项

1. 平台差异：os 模块的一些功能（如 os.fork()）是平台特定的，仅在 Unix/Linux 系统中可用，Windows 不支持该功能。因此，在编写跨平台代码时，需要注意这些差异。
2. 文件路径格式：虽然 os.path 模块能够处理跨平台的路径问题，但需要小心 Windows 和类 Unix 系统在路径分隔符上的差异（Windows 使用 \，类 Unix 系统使用 /）。os.path.join() 可以有效解决这个问题。
3. 权限问题：某些操作，如创建目录、删除文件等，可能会受到操作系统权限的限制，尤其是在 Linux 或 macOS 上，可能需要管理员权限。

总结

os 模块是 Python 中用于与操作系统交互的核心模块之一，提供了文件、目录操作、环境变量管理、路径操作、进程控制等多种功能。掌握 os 模块的使用能帮助开发者高效地与操作系统交互，编写跨平台的 Python 程序。