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详解python的几种标准输出重定向方式(python三种类型)

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一. 背景

在Python中,文件对象sys.stdin、sys.stdout和sys.stderr分别对应解释器的标准输入、标准输出和标准出错流。在程序启动时,这些对象的初值由sys.__stdin__、sys.__stdout__和sys.__stderr__保存,以便用于收尾(finalization)时恢复标准流对象。

Windows系统中IDLE(Python GUI)由pythonw.exe,该GUI没有控制台。因此,IDLE将标准输出句柄替换为特殊的PseudoOutputFile对象,以便脚本输出重定向到IDLE终端窗口(Shell)。这可能导致一些奇怪的问题,例如:

可以发现,sys.__stdout__与sys.stdout取值并不相同。而在普通的Python解释器下(如通过Windows控制台)运行上述代码时,两者取值相同。

print语句(statement)不以逗号结尾时,会在输出字符串尾部自动附加一个换行符(linefeed);否则将一个空格代替附加的换行符。print语句默认写入标准输出流,也可重定向至文件或其他可写对象(所有提供write方法的对象)。这样,就可以使用简洁的print语句代替笨拙的object.write('hello'+'n')写法。

由上可知,在Python中调用print obj打印对象时,缺省情况下等效于调用sys.stdout.write(obj+'n')

示例如下:

二. 重定向方式

本节介绍常用的Python标准输出重定向方式。这些方法各有优劣之处,适用于不同的场景。

2.1 控制台重定向

最简单常用的输出重定向方式是利用控制台命令。这种重定向由控制台完成,而与Python本身无关。

Windows命令提示符(cmd.exe)和Linux Shell(bash等)均通过">"或">>"将输出重定向。其中,">"表示覆盖内容,">>"表示追加内容。类似地,"2>"可重定向标准错误。重定向到"nul"(Windows)或"/dev/null"(Linux)会抑制输出,既不屏显也不存盘。

以Windows命令提示符为例,将Python脚本输出重定向到文件(为缩短篇幅已删除命令间空行):

注意,在Windows命令提示符中执行Python脚本时,命令行无需以"python"开头,系统会根据脚本后缀自动调用Python解释器。此外,type命令可直接显示文本文件的内容,类似Linux系统的cat命令。

Linux Shell中执行Python脚本时,命令行应以"python"开头。除">"或">>"重定向外,还可使用tee命令。该命令可将内容同时输出到终端屏幕和(多个)文件中,"-a"选项表示追加写入,否则覆盖写入。示例如下(echo $SHELL或echo $0显示当前所使用的Shell):

若仅仅想要将脚本输出保存到文件中,也可直接借助会话窗口的日志抓取功能。

注意,控制台重定向的影响是全局性的,仅适用于比较简单的输出任务。

2.2 print >>重定向

这种方式基于print语句的扩展形式,即"print obj >> expr"。其中,obj为一个file-like(尤其是提供write方法的)对象,为None时对应标准输出(sys.stdout)。expr将被输出到该文件对象中。

示例如下:

上述代码执行后,屏显为"serr"和"StringIO"(两行,注意顺序),out.txt文件内写入"file"。

可见,这种方式非常灵活和方便。缺点是不适用于输出语句较多的场景。

2.3 sys.stdout重定向

将一个可写对象(如file-like对象)赋给sys.stdout,可使随后的print语句输出至该对象。重定向结束后,应将sys.stdout恢复最初的缺省值,即标准输出。

简单示例如下:

注意,IDLE中sys.stdout初值为PseudoOutputFile对象,与sys.__stdout__并不相同。为求通用,本例另行定义变量(savedStdout)保存sys.stdout,下文也将作此处理。此外,本例不适用于经由from sys import stdout导入的stdout对象。

以下将自定义多种具有write()方法的file-like对象,以满足不同需求:

详解python的几种标准输出重定向方式(python三种类型)

注意,toFile()方法中,open(name[, mode[, buffering]])调用选择行缓冲(无缓冲会影响性能)。这是为了观察中间写入过程,否则只有调用close()或flush()后输出才会写入文件。内部调用open()方法的缺点是不便于用户定制写文件规则,如模式(覆盖或追加)和缓冲(行或全缓冲)。

重定向效果如下:

可见,执行toXXXX()语句后,标准输出流将被重定向到XXXX。此外,toMute()和toMemo()的效果类似,均可抑制输出。

使用某对象替换sys.stdout时,尽量确保该对象接近文件对象,尤其是涉及第三方库时(该库可能使用sys.stdout的其他方法)。此外,本节替换sys.stdout的代码实现并不影响由os.popen()、os.system()或os.exec*()系列方法所创建进程的标准I/O流。

2.4 上下文管理器(Context Manager)

本节严格意义上并非新的重定向方式,而是利用Pyhton上下文管理器优化上节的代码实现。借助于上下文管理器语法,可不必向重定向使用者暴露sys.stdout。

首先考虑输出抑制,基于上下文管理器语法实现如下:

使用示例如下:

再考虑更通用的输出重定向:

使用示例如下:

可见,with内嵌块里的函数和print语句输出均被重定向。注意,上述示例不是线程安全的,主要适用于单线程。

当函数被频繁调用时,建议使用装饰器包装该函数。这样,仅需修改该函数定义,而无需在每次调用该函数时使用with语句包裹。示例如下:

若装饰器MuteStdout的参数retCache为真,外部调用func()函数时将返回该函数内部print输出的内容(可供屏显);若retCache为假,外部调用func()函数时将返回该函数的返回值(抑制输出)。

MuteStdout装饰器使用示例如下:

在所有线程中,被装饰函数执行期间,sys.stdout都会被MuteStdout装饰器劫持。而且,函数一经装饰便无法移除装饰。因此,使用该装饰器时应慎重考虑场景。

接着,考虑创建RedirectStdout装饰器:

使用示例如下:

注意FunTwoArg()函数的定义和调用与其他函数的不同,这是两种等效的语法。此外,RedirectStdout装饰器的最内层函数wrapper()未使用"functools.wraps(func)"修饰,会丢失被装饰函数原有的特殊属性(如函数名、文档字符串等)。

2.5 logging模块重定向

对于代码量较大的工程,建议使用logging模块进行输出。该模块是线程安全的,可将日志信息输出到控制台、写入文件、使用TCP/UDP协议发送到网络等等。

默认情况下logging模块将日志输出到控制台(标准出错),且只显示大于或等于设置的日志级别的日志。日志级别由高到低为CRITICAL > ERROR > WARNING > INFO > DEBUG > NOTSET,默认级别为WARNING。

以下示例将日志信息分别输出到控制台和写入文件:

通过对多个handler设置不同的level参数,可将不同的日志内容输入到不同的地方。本例使用在logging模块内置的StreamHandler(和FileHandler),运行后屏幕上显示:

out.txt文件内容则为:

除直接在程序中设置Logger、Handler、Formatter等外,还可将这些信息写入配置文件。示例如下:

此处共创建三个Logger:root,将所有日志输出至控制台;Logger2F,将所有日志写入文件;Logger2CF,将级别大于或等于INFO的日志输出至控制台,将级别大于或等于WARNING的日志写入文件。

程序以如下方式解析配置文件和重定向输出:

运行后屏幕上显示:

out.txt文件内容则为:

三. 总结

标签: python三种类型

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