Python的sys模块：系统交互的关键纽带

Python的sys模块：系统交互的关键纽带

对话实录

小白：（挠头）我知道 Python 能做很多事，可怎么让它和计算机系统‘交流’呢，比如获取系统信息、处理命令行参数？

专家：（微笑）这就得靠sys模块啦！它就像一座桥梁，连接着你的 Python 程序和底层操作系统，功能超强大，接下来为你详细介绍！

sys模块基础认知

1. 获取系统信息

sys模块的version属性可以获取当前 Python解释器的版本信息。

import sys
print("Python版本：", sys.version)  
print("系统平台：", sys.platform)  # 输出如：win32/linux/darwin
print("默认编码：", sys.getdefaultencoding())
#输出为：
Python版本： 3.10.10 (v3.10.10:aad5f6a891, Feb  7 2023, 08:47:40) [Clang 13.0.0 (clang-1300.0.29.30)]
系统平台： darwin
默认编码： utf-8

# 检查Python版本
print(sys.version_info)
if sys.version_info < (3, 11):
    sys.exit("需要Python3.11及以上版本！")
#输出为：
sys.version_info(major=3, minor=10, micro=10, releaselevel='final', serial=0)
需要Python3.11及以上版本！

2. 访问命令行参数

在运行 Python 脚本时，经常需要传递一些参数。sys.argv列表就用于存储命令行参数，其中sys.argv[0]是脚本名称，后续元素是传递的参数。例如，创建一个test.py脚本：

import sys
print(f"脚本名称: {sys.argv[0]}")
if len(sys.argv) > 1:
	print(f"传递的参数: {sys.argv[1:]}")
else:
	sys.exit(1)  # 非0退出码表示异常退出

在命令行中运行python test.py arg1 arg2，你会看到输出脚本名称: test.py以及传递的参数: ['arg1', 'arg2']，这在编写需要灵活配置的脚本时极为实用，比如批量处理文件的脚本，可通过命令行参数指定要处理的文件路径。

3.快速退出程序

sys.exit("直接退出并输出错误信息")  # 自动退出码为1

4.查看引用计数

obj = [1,2,3,4,5]
obj_1 = obj
print("引用计数：", sys.getrefcount(obj))  
#输出为：
引用计数： 3    #结果会比实际多1（临时引用）

5. 内存使用情况查看

sys.getsizeof()函数可以获取对象占用的内存大小（以字节为单位）。例如，查看一个列表占用的内存：

import sys
my_list = [1, 2, 3, 4, 5]
memory_size = sys.getsizeof(my_list)
print(f"列表占用内存: {memory_size} 字节")
#输出为：
列表占用内存: 104 字节

memory_size = [i**2 for i in range(10000)]
print(f"内存占用：{sys.getsizeof(memory_size)} 字节") 
#输出为：
内存占用：85176 字节

在优化程序内存使用，尤其是处理大量数据时，通过该函数了解对象内存占用，有助于发现内存使用不合理的地方。

6. 动态添加模块搜索路径

sys.path是一个列表，包含了 Python 解释器查找模块的路径。在某些情况下，需要动态添加自定义模块路径。比如，有一个位于/home/user/custom_modules目录下的模块，想在当前脚本中使用：

import sys
sys.path.append('/home/user/custom_modules')
# 现在可以导入该目录下的模块了
try:
    import custom_module
except ImportError:
    print("无法导入自定义模块")

常用功能及案例

案例 1：退出程序

sys.exit()函数可用于终止程序运行。比如在一个简单的用户登录验证程序中，当用户输入错误密码次数超过限制时，可使用sys.exit()结束程序。

import sys
max_attempts = 3
attempts = 0
while attempts < max_attempts:
    password = input("请输入密码: ")
    if password == "correct_password":
        print("登录成功！")
        break
    else:
        attempts += 1
        print(f"密码错误，剩余尝试次数: {max_attempts - attempts}")
if attempts == max_attempts:
    print("超过最大尝试次数，程序退出。")
    sys.exit()

通过这种方式，能有效控制程序流程，在满足特定条件时及时结束程序。

案例 2：标准输入输出重定向

sys.stdin、sys.stdout和sys.stderr分别代表标准输入、标准输出和标准错误输出流。我们可以重定向这些流，改变程序输入输出的方向。例如，将原本输出到控制台的内容重定向到一个文件中：

import sys
original_stdout = sys.stdout
with open('output.txt', 'w', encoding='utf - 8') as file:
    sys.stdout = file
    print("这行内容将输出到文件中")
sys.stdout = original_stdout
print("这行内容又回到控制台输出")

在with语句块内，所有print语句的输出都被重定向到output.txt文件，之后恢复sys.stdout，输出又回到控制台，在日志记录、数据批量处理等场景中很有用。

案例 3：获取系统平台信息

sys.platform属性可以获取当前运行 Python 的系统平台信息。

import sys
platform_info = sys.platform
if platform_info.startswith('win'):
    print("当前运行在Windows系统")
elif platform_info.startswith('linux'):
    print("当前运行在Linux系统")
elif platform_info == 'darwin':
    print("当前运行在macOS系统")
else:
    print(f"未知系统平台: {platform_info}")

这在编写跨平台代码时，根据不同系统进行差异化处理非常关键，比如在 Windows 系统下调用特定的系统命令，在 Linux 系统下则使用另一套命令。

案例 4：获取系统最大递归深度

sys.getrecursionlimit()函数用于获取 Python 解释器当前设置的最大递归深度。这在排查递归函数相关问题时很有帮助，比如当一个递归函数出现RecursionError: maximum recursion depth exceeded错误时，可通过此函数先查看当前限制。

import sys
print(f"当前系统最大递归深度: {sys.getrecursionlimit()}")
sys.setrecursionlimit(500)  #调整深度
print(f"当前系统最大递归深度: {sys.getrecursionlimit()}")
#输出为：
当前系统最大递归深度: 1000
当前系统最大递归深度: 500

默认情况下，Python设置该值是为了防止程序因无限递归而耗尽系统资源，若要调整，可使用sys.setrecursionlimit()函数。

案例 5：进度条功能

def progress_bar(current, total):
    percent = current / total
    bar = '█' * int(30 * percent)
    sys.stdout.write(f"\r[{bar.ljust(30)}] {percent:.1%}")
    sys.stdout.flush()

# 使用示例
for i in range(101):
    progress_bar(i, 100)
    time.sleep(0.05)

案例 6：获取系统字节序

sys.byteorder属性返回一个字符串，指示系统的字节序。字节序决定了多字节数据类型（如整数）在内存中的存储顺序。常见的字节序有'big'（大端序）和'little'（小端序）。在网络编程、处理二进制文件等涉及数据在不同系统间传输或存储的场景中，了解字节序至关重要。

import sys
byte_order = sys.byteorder
print(f"当前系统字节序: {byte_order}")
#输出为：
当前系统字节序: little

例如，在通过网络发送整数数据时，不同字节序的系统需要进行相应的转换，以确保数据被正确

闭坑指南

命令行参数类型问题

sys.argv获取的参数都是字符串类型，如果需要进行数值计算或其他类型操作，需要手动转换类型。例如：

import sys
# 错误示范，直接对字符串进行加法运算会报错
# result = sys.argv[1] + sys.argv[2]
# 正确做法，先转换为数字类型
try:
    num1 = int(sys.argv[1])
    num2 = int(sys.argv[2])
    result = num1 + num2
    print(f"计算结果: {result}")
except IndexError:
    print("请提供两个数字参数")
except ValueError:
    print("参数必须为数字")

运行脚本时输入python script.py 3 5，可得到正确计算结果，若输入非数字参数或参数数量不足，程序也能给出合理提示。

重定向流未正确恢复

在重定向标准输入输出流后，一定要记得恢复原状，否则后续程序输出可能出现异常。比如：

import sys
original_stdout = sys.stdout
sys.stdout = open('output.txt', 'w', encoding='utf - 8')
print("输出到文件")
# 错误示范，未恢复sys.stdout
# 后续的print语句都会输出到文件，而非控制台
print("这行本应在控制台输出")

正确做法是在完成文件输出操作后，将sys.stdout恢复为原始值，即sys.stdout = original_stdout。

错误使用sys.exit

sys.exit()函数可以接收一个整数参数，该参数作为程序退出状态码返回给操作系统。如果使用不当，可能导致程序调试和排查问题困难。例如，随意使用非零状态码（一般零表示程序正常结束），可能误导后续依赖该程序执行结果的其他程序或脚本。通常应在程序出现错误时返回非零状态码，正常结束时返回 0 。

import sys
try:
    # 模拟一些可能出错的操作
    result = 1 / 0
except ZeroDivisionError:
    print("出现除零错误，程序退出")
    sys.exit(1) # 非零状态码表示程序异常结束
else:
    print("程序正常结束")
    sys.exit(0) # 零状态码表示程序正常

小白：（恍然大悟）原来sys模块有这么多实用功能，能让 Python 和系统配合得这么好！

专家：（点头）没错，熟练掌握sys模块，你在编写系统相关 Python 程序时将更加游刃有余，快去实践吧！

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