第28天:Python 标准库之 sys 模块详解

2019/10/09

by 轩辕御龙

Python sys 模块详解

1. 简介

“sys”即“system”,“系统”之意。该模块提供了一些接口,用于访问 Python 解释器自身使用和维护的变量,同时模块中还提供了一部分函数,可以与解释器进行比较深度的交互。

2. 常用功能

2.1 sys.argv

“argv”即“argument value”的简写,是一个列表对象,其中存储的是在命令行调用 Python 脚本时提供的“命令行参数”。

这个列表中的第一个参数是被调用的脚本名称,也就是说,调用 Python 解释器的“命令”(python)本身并没有被加入这个列表当中。这个地方要注意一下,因为这一点跟 C 程序的行为有所不同,C 程序读取命令行参数是从头开始的。

举例来说,在当前目录下新建一个 Python 文件sys_argv_example.py,其内容为:

import sys

print("The list of command line arguments:\n", sys.argv)

在命令行运行该脚本:

$ python sys_argv_example.py
The list of command line arguments:
 ['example.py']
 

加上几个参数试试:

$ python sys_argv_example.py arg1 arg2 arg3
The list of command line arguments:
 ['example.py', 'arg1', 'arg2', 'arg3']

利用好这个属性,可以极大增强 Python 脚本的交互性。

2.2 sys.platform

在《第26天: Python 标准库之 os 模块详解》中,我们提到过“查看sys模块中的sys.platform属性可以得到关于运行平台更详细的信息”,这里我们就来试试:

>>> import sys
>>> sys.platform
'win32'

在 Linux 上:

>>> sys.platform
'linux'

比较一下os.name的结果,不难发现,sys.platform的信息更加准确。

2.3 sys.byteorder

“byteorder”即“字节序”,指的是在计算机内部存储数据时,数据的低位字节存储在存储空间中的高位还是低位。

“小端存储”时,数据的低位也存储在存储空间的低位地址中,此时sys.byteorder的值为“little”。如果不注意,在按地址顺序打印内容的时候,可能会把小端存储的内容打错。当前大部分机器都是使用的小端存储。

所以不出意外的话,你的机器上执行下述交互语句也应当跟我的结果一样:

>>> sys.byteorder
'little'

而另外还存在一种存储顺序是“大端存储”,即数据的高位字节存储在存储空间的低位地址上,此时sys.byteorder的值为“big”

这种方式看起来好像很合理也很自然,因为我们一般在书面表示的时候都将低位地址写在左边,高位地址写在右边,大端存储的顺序就很符合人类的阅读习惯。但实际上对机器而言,内存地址并没有左右之分,所谓的“自然”其实并不存在。

抱歉我并没有使用大端存储的机器可以用作演示,因此只能说如果是大端存储的机器上运行 Python,输出结果应该像下面这样,也就是说下面这个示例并非我得到的真实运行结果,仅供参考:

>>> sys.byteorder
'big'

2.4 sys.executable

该属性是一个字符串,在正常情况下,其值是当前运行的 Python 解释器对应的可执行程序所在的绝对路径。

比如在 Windows 上使用 Anaconda 安装的 Python,该属性的值就是:

>>> sys.executable
'E:\\Anaconda\\Anaconda\\python.exe'

2.5 sys.modules

该属性是一个字典,包含的是各种已加载的模块的模块名到模块具体位置的映射。

通过手动修改这个字典,可以重新加载某些模块;但要注意,切记不要大意删除了一些基本的项,否则可能会导致 Python 整个儿无法运行。

关于其具体的值,由于内容过多,就不在此给出示例了,读者可以自行查看。

2.6 sys.builtin_module_names

该属性是一个字符串元组,其中的元素均为当前所使用的的 Python 解释器内置的模块名称。

注意区别sys.modulessys.builtin_module_names——前者的关键字(keys)列出的是导入的模块名,而后者则是解释器内置的模块名。

其值示例如下:

>>> sys.builtin_module_names
('_abc', '_ast', '_bisect', '_blake2', '_codecs', '_codecs_cn', '_codecs_hk', '_codecs_iso2022', '_codecs_jp', '_codecs_kr', '_codecs_tw', '_collections', '_contextvars', '_csv', '_datetime', '_functools', '_heapq', '_imp', '_io', '_json', '_locale', '_lsprof', '_md5', '_multibytecodec', '_opcode', '_operator', '_pickle', '_random', '_sha1', '_sha256', '_sha3', '_sha512', '_signal', '_sre', '_stat', '_string', '_struct', '_symtable', '_thread', '_tracemalloc', '_warnings', '_weakref', '_winapi', 'array', 'atexit', 'audioop', 'binascii', 'builtins', 'cmath', 'errno', 'faulthandler', 'gc', 'itertools', 'marshal', 'math', 'mmap', 'msvcrt', 'nt', 'parser', 'sys', 'time', 'winreg', 'xxsubtype', 'zipimport', 'zlib')

2.7 sys.path

A list of strings that specifies the search path for modules. Initialized from the environment variable PYTHONPATH, plus an installation-dependent default.

该属性是一个由字符串组成的列表,其中各个元素表示的是 Python 搜索模块的路径;在程序启动期间被初始化。

其中第一个元素(也就是path[0])的值是最初调用 Python 解释器的脚本所在的绝对路径;如果是在交互式环境下查看sys.path的值,就会得到一个空字符串。

命令行运行脚本(脚本代码见示例 sys_path_example.py):

$ python sys_path_example.py
The path[0] =  D:\justdopython\sys_example

交互式环境查看属性第一个元素:

>>> sys.path[0]
''

3. 进阶功能

3.1 sys.stdin

即 Python 的标准输入通道。通过改变这个属性为其他的类文件(file-like)对象,可以实现输入的重定向,也就是说可以用其他内容替换标准输入的内容。

所谓“标准输入”,实际上就是通过键盘输入的字符。

在示例(sys_stdin_example.py)中,我们尝试把这个属性的值改为一个打开的文件对象hello_python.txt,其中包含如下的内容:

Hello Python!
Just do Python, go~

Go, Go, GO!

由于input()使用的就是标准输入流,因此通过修改sys.stdin的值,我们使用老朋友input()函数,也可以实现对文件内容的读取,程序运行效果如下:

$ python sys_stdin_example.py
Hello Python!
Just do Python, go~

Go, Go, GO!

3.2 sys.stdout

与上一个“标准输入”类似,sys.stdout则是代表“标准输出”的属性。

通过将这个属性的值修改为某个文件对象,可以将本来要打印到屏幕上的内容写入文件。

比如运行示例程序sys_stdout_example.py,用来临时生成日志也是十分方便的:

import sys


# 以附加模式打开文件,若不存在则新建
with open("count_log.txt", 'a', encoding='utf-8') as f:
    sys.stdout = f
    for i in range(10):
        print("count = ", i)

3.3 sys.err

与前面两个属性类似,只不过该属性标识的是标准错误,通常也是定向到屏幕的,可以粗糙地认为是一个输出错误信息的特殊的标准输出流。由于性质类似,因此不做演示。

此外,sys模块中还存在几个“私有”属性:sys.__stdin__sys.__stdout__sys.__stderr__。这几个属性中保存的就是最初定向的“标准输入”、“标准输出”和“标准错误”流。在适当的时侯,我们可以借助这三个属性将sys.stdinsys.stdoutsys.err恢复为初始值。

3.4 sys.getrecursionlimit() 和 sys.setrecursionlimit()

sys.getrecursionlimit()sys.setrecursionlimit()是成对的。前者可以获取 Python 的最大递归数目,后者则可以设置最大递归数目。因为初学阶段很少用到,因此只做了解。

3.5 sys.getrefcount()

在《第12天:Python 之引用》中我们其实已经用到过这个函数,其返回值是 Python 中某个对象被引用的次数。关于“引用”的知识可以回去看看这篇文章。

3.6 sys.getsizeof()

这个函数的作用与 C 语言中的sizeof运算符类似,返回的是作用对象所占用的字节数。

比如我们就可以看看一个整型对象1在内存中的大小:

>>> sys.getsizeof(1)
28

注意,在 Python 中,某类对象的大小并非一成不变的:

>>> sys.getsizeof(2**30-1)
28
>>> sys.getsizeof(2**30)
32

3.7 sys.int_info 和 sys.float_info

这两个属性分别给出了 Python 中两个重要的数据类型的相关信息。

其中sys.int_info的值为:

>>> sys.int_info
sys.int_info(bits_per_digit=30, sizeof_digit=4)

在文档中的解释为:

属性 解释
bits_per_digit number of bits held in each digit. Python integers are stored internally in base 2**int_info.bits_per_digit
sizeof_digit size in bytes of the C type used to represent a digit

指的是 Python 以 2 的sys.int_info.bits_per_digit次方为基来表示整数,也就是说它是“2 的sys.int_info.bits_per_digit次方进制”的数。这样的数每一个为都用 C 类中的 4 个字节来存储。

换句话说,每“进 1 位”(即整数值增加2 的sys.int_info.bits_per_digit次方),就需要多分配 4 个字节用以保存某个整数。

因此在sys.getsizeof()的示例中,我们可以看到2**30-12**30之间,虽然本身只差了 1,但是所占的字节后者却比前者多了 4。

sys.float_info的值则是:

>>> sys.float_info
sys.float_info(max=1.7976931348623157e+308, max_exp=1024, max_10_exp=308, min=2.2250738585072014e-308, min_exp=-1021, min_10_exp=-307, dig=15, mant_dig=53, epsilon=2.220446049250313e-16, radix=2, rounds=1)

其中各项具体的含义就不在这里继续展开了,感兴趣的同学可以参看文档《深入理解计算机系统》等讲解组成原理的书。

4. 一个有趣的功能

接下来让我们放松一下。

每次打开 Python 的交互式界面,我们都会看到一个提示符>>>。不知道你有没有想过要把这个东西换成另外的什么呢?

反正我没想过哈哈——至少在文档中看到这两个属性之前,我确实没有想过。哪两个属性呢?

就这俩货:sys.ps1sys.ps2

所谓“ps”,应当是“prompts”的简写,即“提示符”。

这两个属性中,sys.ps1代表的是一级提示符,也就是进入 Python 交互界面之后就会出现的那一个>>>;而第二个sys.ps2则是二级提示符,是在同一级内容没有输入完,换行之后新行行首的提示符...。当然,两个属性都是字符串。

好了,知道怎么回事儿就好办了。

现在我们就来一个:

>>> sys.ps1 = "justdopython "
justdopython li = [1,2,3]
justdopython li[0]
1
justdopython 

提示符已经被改变了,当然,有点长,不大美观哈哈。

咱们换一下:

justdopython sys.ps1 = "ILoveYou: "
ILoveYou: print("你可真是个小机灵鬼儿!")
你可真是个小机灵鬼儿!
ILoveYou:

有点儿意思吧?

注意不要忘了在字符串最后加个空格,否则提示符就会和你输入的内容混杂在一起了,会十分难看的哟~

示例代码:python-100-days

参考资料

Python3 标准库-sys 模块


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