16.1 操作系统接口和命令行

    通常，shell会用一些构成OS API的信息来启动应用程序。

    • shell会为每个应用程序提供环境变量的集合。在Python中，这些集合可以通过os.environ访问。
    • shell会准备3种标准文件。在Python中，这3种文件对应的是sys.stdin、sys.stdout和sys.stderr。还有一些其他的模块，例如fileinput可以访问sys.stdin。
    • shell会将命令行解析为一些单词，命令行的一部分可以通过sys.argv来访问。Python会提供原始命令行中的一些信息，我们会在下面的部分中详细介绍这点。对于POSIX操作系统，shell可能会替换shell的环境变量并展开通配符文件名。在Windows中，简单的cmd.exe shell不会为我们展开文件名。
    • 操作系统也维护了一些上下文设置，例如当前工作目录、用户ID和用户组。这些可以通过os模块访问。它们没有作为参数在命令行中提供。

    OS希望应用程序结束时能够提供一个数字状态码。如果我们想访问一个特定的数字状态码，可以在应用程序中使用sys.exit()。如果我们的程序正常结束，Python会返回0。

    shell的操作是操作系统API的重要部分。对于一行给定的输入，基于（更复杂的）引用规则和替换选项，shell会执行一系列的替换操作。然后，它会将生成的结果转换为用空格分隔的一行单词。第1个单词一定是内置的shell命令（例如cd或者set）或者某个文件的名称。shell会在它定义的PATH中搜索这个文件。

    命令中的第1个单词指定的文件必须拥有execute (x)权限。shell命令chmod +x somefile.py让一个文件成为可执行文件。如果文件名匹配但是该文件不是可执行的，就会得到一个OS Permission Denied错误。

    一个可执行文件开头的一些字节包含一个幻数，shell会基于这个数字来决定执行这个文件的方式。一些幻数指出该文件是可执行二进制文件，shell可以启动一个子shell来执行它。其他的幻数，尤其是b'#!'，指出该文件是脚本，需要使用解释器来执行。这种文件第1行的其他部分是解释器的名称。

    我们经常用下面这行指令。

    #!/usr/bin/env python3.3

    如果一个Python文件拥有执行权限并且以这行作为首行，那么shell会运行env程序。env程序的参数（python 3.3）会初始化配置环境并且在Python 3.3程序中运行第1个参数所指定的Python文件。

    事实上，通过可执行脚本从操作系统shell到Python的步骤类似下面这样。

    1.shell解析ourapp.py -s someinput.csv。第1个单词是ourapp.py。这个文件在shell的PATH中并且拥有x可执行权限。shell打开文件找到#!字节。shell读取这行的剩余部分并找到一个新的命令：/usr/bin/env python3.3。

    2.shell解析新的/usr/bin/env命令，这个文件是可执行的二进制文件。所以，shell启动这个程序。然后，这个程序启动python3.3。原来命令行中的单词序列作为操作系统API的一部分提供给Python。

    3.Python将从这个取自原始命令行中的单词中提取第1个参数前的所有选项。Python会使用这些最开始的选项。第1个参数是要运行的文件名。这个文件名参数和所有其他的单词会分别保存在sys.argv中。

    4.Python基于找到的选项执行正常的启动操作。由于我们使用了-s选项，因此Python可能会使用site模块设置查找路径——sys.path。如果我们使用-m选项，Python将用runpy模块启动我们的应用程序。这些脚本文件可能都会被编译成字节码。

    5.我们的应用程序可以用sys.argv解析选项，用argparse模块解析参数。我们的应用程序可以使用os.environ中的环境变量。它也可以解析配置文件，更多关于这个主题的更多信息，可参见第13章“配置文件和持久化”。

    如果没有提供文件名，Python解释器会从标准输入中读取。如果标准输入是命令行（在Linux的术语中被称为TTY），那么Python会进入Read-Execute-Print Loop (REPL)并且显示>>>提示符。当作为开发者时会经常使用这种模式，但是通常不会在最终的应用程序中使用这种模式。

    另外一种可能是标准输入是一个重定向的文件，例如，python < some fileor some app | python。这两种输入都是正确的，但是可能让人难以理解。

    参数和选项

    为了能够运行程序，shell将命令行解析为一串单词。所有已经启动的程序都可以使用这串单词。通常，第1个单词是为了让shell可以理解命令。命令行中其余的单词被理解为选项和参数。

    有若干用于处理选项和参数的准则，下面这些是基本的规则。

    • 选项先出现。它们以-或—为前缀。有两种格式：-letter和—word。有两种选项：带参选项和无参选项。无参选项的例子是用-V或者— version显示版本。带参选项的一个参数是-m module，-m选项后面必须带有一个模块名。
    • 不带参数的短格式（单一字母）选项可以组合在单个的-之后。方便起见，我们可以用-bqv作为-b - q -v选项的组合。
    • 参数最后出现。它们没有前置的-或者—。有两种常用的参数。
      • 对于位置参数，位置是有意义的。我们可能有两个这样的位置参数：一个输入文件名和一个输出文件名。这个顺序很重要是因为输出文件会被修改。当涉及覆盖文件的操作时，通过位置进行简单的区分需要非常小心，因为可能会引起混乱。
      • 参数列表，这些参数在语义上是平等的。我们可能有一些代表输入文件名的参数。这种方式适合shell匹配文件名。当我们说process.py .html时，shell会将.html命令扩展为代表文件名的位置参数。（这在Windows中无法工作，所以必须使用glob模块。）

    除了上面这些规则外，还有一些细节没有介绍。关于命令行选项的更多信息，可以参考http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699919799/basedefs/V1 chap12. html#tag 12 _ 02。Python的命令行包含超过12种选项可以用于控制Python中一些行为的细节。如果想知道这些选项是什么，可参见Python Setup and Usage文档。位置参数对于Python命令行而言是需要运行的脚本的名称，这是我们的应用程序中最顶层的文件。