在Python中執行Shell命令並獲取其結果，通常可以使用subprocess模組。這個模組允許我們啟動新的程序，連線到它們的輸入/輸出/錯誤管道，並獲取它們的返回碼。下面是一個詳細的示例，展示瞭如何使用subprocess.run()函式來執行Shell命令並獲取其輸出。
1. 示例一：使用subprocess.run()執行ls命令並獲取結果
這個示例將執行ls命令（在Unix/Linux/macOS系統上列出當前目錄下的檔案和資料夾），並捕獲命令的輸出和返回碼。
import subprocess
# 定義要執行的命令
command = ['ls', '-l'] # 使用列表形式，更安全，可以避免shell注入攻擊
# 執行命令
# capture_output=True 參數列示捕獲命令的輸出（stdout和stderr）
# text=True 參數列示將輸出作為文字處理（Python 3.7+），之前版本使用universal_newlines=True
result = subprocess.run(command, capture_output=True, text=True)
# 獲取命令的標準輸出
stdout = result.stdout
# 獲取命令的錯誤輸出（如果有的話）
stderr = result.stderr
# 獲取命令的返回碼
returncode = result.returncode
# 列印結果
print(f"標準輸出:\n{stdout}")
if stderr:
print(f"錯誤輸出:\n{stderr}")
print(f"返回碼: {returncode}")
# 注意：如果命令成功執行，returncode通常為0；非0值表示有錯誤發生
注意事項：
（1）安全性：本例中使用命令列表而非字串來避免shell注入攻擊。當命令和引數以列表形式提供時，Python會直接將它們傳遞給系統，不會透過shell解釋，從而減少了安全風險。
（2）文字與位元組：capture_output=True 和 text=True（或universal_newlines=True，在舊版本中）的組合使得輸出以文字（字串）形式返回，而不是位元組。這對於處理文字資料很方便，但如果我們需要處理二進位制資料（如影像或影片檔案），則可能需要以位元組形式捕獲輸出。
（3）錯誤處理：透過檢查returncode可以判斷命令是否成功執行。如果returncode不為0，則可能需要根據stderr中的資訊來診斷問題。
（4）跨平臺相容性：本示例中的ls -l命令是Unix/Linux/macOS系統特有的。在Windows系統上，我們可能需要執行不同的命令（如dir），並可能需要調整命令的呼叫方式（例如，使用shell=True，但請注意這會增加安全風險）。
（5）效能考慮：頻繁地啟動外部程序可能會降低程式的效能。如果可能，儘量在Python內部解決問題，或者考慮使用多執行緒/多程序來並行處理外部命令的呼叫。
2. 示例二：使用subprocess.run()函式來執行Shell命令
以下是一個更詳細的程式碼示例，它展示瞭如何在Python中使用subprocess.run()函式來執行Shell命令（在這個例子中是ls -l），並處理可能出現的各種情況，包括成功執行、命令不存在、以及捕獲標準輸出和錯誤輸出。
請注意，這個示例假設我們在一個Unix/Linux/macOS系統上執行，因為ls -l是這些系統的命令。如果我們在Windows上，我們可能需要替換為dir命令，並可能需要調整shell引數的使用（儘管通常建議避免使用shell=True以避免安全風險）。
import subprocess
def run_command(command):
"""
執行給定的命令並返回其輸出和返回碼。
引數:
- command: 要執行的命令，作為列表傳遞（例如 ['ls', '-l']），以避免shell注入。
返回:
- output: 命令的標準輸出（如果有的話）。
- error: 命令的錯誤輸出（如果有的話）。
- returncode: 命令的返回碼。
"""
try:
# 使用subprocess.run()執行命令
# capture_output=True表示捕獲stdout和stderr
# text=True表示將輸出作為文字處理（Python 3.7+）
result = subprocess.run(command, capture_output=True, text=True, check=True)
# 如果命令成功執行（沒有異常），則返回其輸出和返回碼
return result.stdout, None, result.returncode
except subprocess.CalledProcessError as e:
# 如果命令執行失敗（返回碼非0），則捕獲CalledProcessError異常
# 並返回錯誤輸出、標準輸出（如果有的話）和返回碼
return None, e.stderr, e.returncode
except Exception as e:
# 捕獲其他可能的異常（雖然在這個簡單的例子中可能不太常見）
return None, f"An unexpected error occurred: {e}", None
# 定義要執行的命令
command = ['ls', '-l']
# 執行命令並獲取結果
output, error, returncode = run_command(command)
# 根據返回的結果列印相應的資訊
if output:
print("標準輸出:")
print(output)
if error:
print("錯誤輸出:")
print(error)
if returncode is not None:
print(f"返回碼: {returncode}")
if returncode == 0:
print("命令成功執行。")
else:
print("命令執行失敗。")
在這個示例中，run_command函式封裝了subprocess.run()的呼叫，並處理了幾種可能的情況：
（1）命令成功執行（返回碼為0）：返回標準輸出、None作為錯誤輸出，以及返回碼。
（2）命令執行失敗（返回碼非0）：捕獲subprocess.CalledProcessError異常，並返回None作為標準輸出、錯誤輸出，以及返回碼。
（3）其他異常情況：捕獲並返回一條錯誤訊息和None作為返回碼（雖然在這個特定的例子中，由於subprocess.run()通常只丟擲CalledProcessError，所以這部分可能不會被執行）。
請注意，subprocess.run()的check=True引數會在命令返回非零退出碼時自動丟擲CalledProcessError異常，這使得我們可以在try-except塊中捕獲它。然而，在這個示例中，我選擇了顯式地捕獲異常，以便能夠更靈活地處理輸出和返回碼。如果我們只想在命令失敗時丟擲異常，並且不關心錯誤處理的具體細節，那麼可以在呼叫subprocess.run()時設定check=True，並讓Python的預設異常處理機制來處理它。
3. shell程式設計及shell命令
3.1 Shell程式設計
Shell程式設計是指使用Shell（也稱為命令列直譯器或命令列介面）作為程式語言來編寫指令碼的過程。Shell是Unix/Linux/macOS等類Unix作業系統中的一個特殊程式，它為使用者提供了一個與作業系統互動的環境。Shell指令碼是一系列Shell命令的集合，這些命令被編寫在文字檔案中，並透過Shell直譯器執行，以實現自動化任務、批處理檔案、管理系統資源等目的。
Shell指令碼具有跨平臺性，因為它們主要依賴於Shell的功能和命令，而這些在大多數類Unix系統中都是相似的。然而，不同的Shell（如Bash、Zsh、Fish等）可能有自己的特性和擴充套件，因此編寫的指令碼可能需要針對特定的Shell進行適配。
Shell程式設計通常包括變數定義、條件判斷、迴圈控制、函式呼叫等程式設計元素，但與傳統程式語言相比，Shell指令碼的語法相對簡單且靈活。
3.2 Shell命令
Shell命令是使用者在Shell環境中輸入的指令，用於執行各種操作，如檔案管理、程式執行、系統管理等。Shell命令可以是Shell內建的，也可以是系統上的外部程式。
（1）內建命令：由Shell本身提供的命令，這些命令在Shell啟動時就已經載入到記憶體中，因此執行速度較快。內建命令不依賴於系統上的其他程式，因此它們在系統啟動時就已經可用。常見的內建命令包括cd（改變目錄）、echo（顯示資訊）、exit（退出Shell）等。
（2）外部命令：也稱為檔案系統命令，這些命令是系統上獨立的程式，通常位於/bin、/usr/bin、/sbin、/usr/sbin等目錄下。當Shell需要執行這些命令時，它會查詢這些目錄來找到對應的程式並執行。常見的外部命令包括ls（列出目錄內容）、cp（複製檔案或目錄）、mv（移動或重新命名檔案或目錄）等。
Shell命令可以透過管道（|）、重定向（>、<、>>）、命令替換（command 或 $(command)）等機制進行組合，以實現更復雜的操作。例如，ls -l | grep '^d'命令會列出當前目錄下所有目錄的詳細資訊（ls -l列出詳細資訊，grep '^d'篩選出以d開頭的行，即目錄）。
Shell程式設計和Shell命令是Unix/Linux/macOS等系統使用者日常工作中不可或缺的工具，它們能夠極大地提高使用者的工作效率，並幫助使用者自動化地完成各種任務。
3.3 如何使用Shell程式設計
使用Shell程式設計主要涉及到編寫Shell指令碼，這些指令碼包含了一系列的Shell命令，透過Shell直譯器執行以實現特定的功能。以下是使用Shell程式設計的基本步驟：
3.3.1 選擇Shell
首先，我們需要確定使用哪種Shell。常見的Shell有Bash（Bourne Again SHell，大多數Linux發行版的預設Shell）、Zsh（Z Shell，具有許多增強特性和更好的使用者體驗）、Fish（Friendly Interactive SHell，以使用者友好和易於學習而著稱）等。對於初學者來說，Bash是一個很好的起點，因為它廣泛可用且文件豐富。
3.3.2 編寫Shell指令碼
Shell指令碼通常儲存在以.sh為副檔名的檔案中。我們可以使用任何文字編輯器來編寫Shell指令碼，比如nano、vim、emacs或簡單的echo和重定向。
以下是一個簡單的Shell指令碼示例，它列印出“Hello, World!”：
#!/bin/bash
# 這是一個簡單的Shell指令碼示例
echo "Hello, World!"
在指令碼的第一行，#!/bin/bash被稱為shebang，它告訴系統這個指令碼應該使用哪個直譯器來執行。在這個例子中，它指定了Bash。
3.3.3 儲存指令碼
將我們的指令碼儲存到檔案中，例如hello.sh。
3.3.4 賦予執行許可權
在Linux或macOS上，我們需要給指令碼檔案賦予執行許可權，以便能夠直接執行它。我們可以使用chmod命令來做到這一點：
bash複製程式碼
chmod +x hello.sh
這個命令會給hello.sh檔案新增執行許可權。
3.3.5 執行指令碼
現在，我們可以透過以下兩種方式之一來執行我們的指令碼：
直接透過指令碼的路徑和名稱（如果指令碼具有執行許可權）：
bash複製程式碼
./hello.sh
注意，我們需要使用./來指定指令碼位於當前目錄下。
使用Shell直譯器來執行指令碼（無論指令碼是否具有執行許可權）：
bash複製程式碼
bash hello.sh
這個命令會告訴Bash直譯器來執行hello.sh指令碼中的命令。