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Python實現(xiàn)系統(tǒng)交互(subprocess)

發(fā)布日期:2022-02-20 12:33 | 文章來源:CSDN

我們幾乎可以在任何操作系統(tǒng)上通過命令行指令與操作系統(tǒng)進行交互,比如Linux平臺下的shell。那么我們?nèi)绾瓮ㄟ^Python來完成這些命令行指令的執(zhí)行呢?另外,我們應(yīng)該知道的是命令行指令的執(zhí)行通常有兩個我們比較關(guān)注的結(jié)果:

  • 命令執(zhí)行的狀態(tài)碼--表示命令執(zhí)行是否成功
  • 命令執(zhí)行的輸出結(jié)果--命令執(zhí)行成功后的輸出

早期的Python版本中,我們主要是通過os.system()、os.popen().read()等函數(shù)來執(zhí)行命令行指令的,另外還有一個很少使用的commands模塊。但是從Python 2.4開始官方文檔中建議使用的是subprocess模塊,所以os模塊和commands模塊的相關(guān)函數(shù)在這里只提供一個簡單的使用示例,我們重要要介紹的是subprocess模塊。

一、os與commands模塊

Python中提供了以下幾個函數(shù)來幫助我們完成命令行指令的執(zhí)行:

函數(shù)名 描述
os.system(command) 返回命令執(zhí)行狀態(tài)碼,而將命令執(zhí)行結(jié)果輸出到屏幕
os.popen(command).read() 可以獲取命令執(zhí)行結(jié)果,但是無法獲取命令執(zhí)行狀態(tài)碼
commands.getstatusoutput(command) 返回一個元組(命令執(zhí)行狀態(tài)碼, 命令執(zhí)行結(jié)果)

說明:

os.popen(command)函數(shù)得到的是一個文件對象,因此除了read()方法外還支持write()等方法,具體要根據(jù)command來定;
commands模塊只存在于Python 2.7中,且不支持windows平臺,因此commands模塊很少被使用。另外,commands模塊實際上也是通過對os.popen()的封裝來完成的。

1. os.system()函數(shù)實例

>>> import os
>>>
>>> retcode = os.system('dir')
 驅(qū)動器 C 中的卷沒有標(biāo)簽。
 卷的序列號是 4C32-B292
 C:\Users\wader\PycharmProjects\LearnPython 的目錄
2017/03/21  11:15 <DIR> .
2017/03/21  11:15 <DIR> ..
2017/07/29  18:04 <DIR> .idea
2016/12/06  11:19 <DIR> blog
2016/12/06  11:42 <DIR> day01
2016/12/09  22:07 <DIR> day02
2017/01/04  09:14 <DIR> day03
2017/07/19  16:11 <DIR> day04
2017/07/29  14:44 <DIR> day05
2017/07/06  14:45 <DIR> day06
2017/07/06  17:13 <DIR> exam01
0 個文件  0 字節(jié)
  11 個目錄  6,659,977,216 可用字節(jié)
>>> retcode
0
>>>

2. os.popen()函數(shù)實例

>>> import os
>>>
>>> ret = os.popen('dir').read()
>>> print(ret)
 驅(qū)動器 C 中的卷沒有標(biāo)簽。
 卷的序列號是 4C32-B292
 C:\Users\wader\PycharmProjects\LearnPython 的目錄
2017/03/21  11:15 <DIR> .
2017/03/21  11:15 <DIR> ..
2017/07/29  18:04 <DIR> .idea
2016/12/06  11:19 <DIR> blog
2016/12/06  11:42 <DIR> day01
2016/12/09  22:07 <DIR> day02
2017/01/04  09:14 <DIR> day03
2017/07/19  16:11 <DIR> day04
2017/07/29  14:44 <DIR> day05
2017/07/06  14:45 <DIR> day06
2017/07/06  17:13 <DIR> exam01
0 個文件  0 字節(jié)
  11 個目錄  6,664,052,736 可用字節(jié)
>>>

3. commands.getstatusoutput()函數(shù)實例

需要注意的是commands模塊不支持windows平臺,因此該實例是在Linux平臺下執(zhí)行的

>>> import os
>>> os.system('ls')
cmdline-jmxclient-0.10.3.jar  dhparam.pem  FtpMan.class  gitlab.crt  gitlab.csr  gitlab.key  resolv.txt  test.json  test.php  test.sh  test.text  test.txt
0
>>> import commands
>>> retcode, ret = commands.getstatusoutput('ls -l')
>>> retcode
0
>>> print(ret)
total 68
-rw-r--r-- 1 root root 20124 Jul 11  2016 cmdline-jmxclient-0.10.3.jar
-rw-r--r-- 1 root root424 Aug 22  2016 dhparam.pem
-rw-r--r-- 1 root root  2576 Jul 13  2016 FtpMan.class
-rw-r--r-- 1 root root  1302 Aug 22  2016 gitlab.crt
-rw-r--r-- 1 root root  1054 Aug 22  2016 gitlab.csr
-rw-r--r-- 1 root root  1675 Aug 22  2016 gitlab.key
-rw-r--r-- 1 root root  9329 Jun 24  2016 resolv.txt
-rw-r--r-- 1 root root594 Mar  7 08:14 test.json
-rw-r--r-- 1 root root162 Jun 28 10:39 test.php
-rw-r--r-- 1 root root760 Jun 24  2016 test.sh
-r-x------ 1 root root  0 Feb  6 08:21 test.text
drwxr-xr-x 2 root root  4096 Feb  7 16:43 test.txt
>>> 

通過查看commands模塊提供的屬性可知,它也提供了單獨獲取命令執(zhí)行狀態(tài)碼和執(zhí)行結(jié)果的函數(shù),如下所示:

>>> dir(commands)
['__all__', '__builtins__', '__doc__', '__file__', '__name__', '__package__', 'getoutput', 'getstatus', 'getstatusoutput', 'mk2arg', 'mkarg']

二、subprocess模塊

subprocess是Python 2.4中新增的一個模塊,它允許你生成新的進程,連接到它們的 input/output/error 管道,并獲取它們的返回(狀態(tài))碼。這個模塊的目的在于替換幾個舊的模塊和方法,如:

  • os.system
  • os.spawn*

1. subprocess模塊中的常用函數(shù)

函數(shù) 描述
subprocess.run() Python 3.5中新增的函數(shù)。執(zhí)行指定的命令,等待命令執(zhí)行完成后返回一個包含執(zhí)行結(jié)果的CompletedProcess類的實例。
subprocess.call() 執(zhí)行指定的命令,返回命令執(zhí)行狀態(tài),其功能類似于os.system(cmd)。
subprocess.check_call() Python 2.5中新增的函數(shù)。 執(zhí)行指定的命令,如果執(zhí)行成功則返回狀態(tài)碼,否則拋出異常。其功能等價于subprocess.run(..., check=True)。
subprocess.check_output() Python 2.7中新增的的函數(shù)。執(zhí)行指定的命令,如果執(zhí)行狀態(tài)碼為0則返回命令執(zhí)行結(jié)果,否則拋出異常。
subprocess.getoutput(cmd) 接收字符串格式的命令,執(zhí)行命令并返回執(zhí)行結(jié)果,其功能類似于os.popen(cmd).read()和commands.getoutput(cmd)。
subprocess.getstatusoutput(cmd) 執(zhí)行cmd命令,返回一個元組(命令執(zhí)行狀態(tài), 命令執(zhí)行結(jié)果輸出),其功能類似于commands.getstatusoutput()。

說明:

  1. 在Python 3.5之后的版本中,官方文檔中提倡通過subprocess.run()函數(shù)替代其他函數(shù)來使用subproccess模塊的功能;
  2. 在Python 3.5之前的版本中,我們可以通過subprocess.call(),subprocess.getoutput()等上面列出的其他函數(shù)來使用subprocess模塊的功能;
  3. subprocess.run()、subprocess.call()、subprocess.check_call()和subprocess.check_output()都是通過對subprocess.Popen的封裝來實現(xiàn)的高級函數(shù),因此如果我們需要更復(fù)雜功能時,可以通過subprocess.Popen來完成。
  4. subprocess.getoutput()和subprocess.getstatusoutput()函數(shù)是來自Python 2.x的commands模塊的兩個遺留函數(shù)。它們隱式的調(diào)用系統(tǒng)shell,并且不保證其他函數(shù)所具有的安全性和異常處理的一致性。另外,它們從Python 3.3.4開始才支持Windows平臺。

2. 上面各函數(shù)的定義及參數(shù)說明

函數(shù)參數(shù)列表:

subprocess.run(args, *, stdin=None, input=None, stdout=None, stderr=None, shell=False, timeout=None, check=False, universal_newlines=False)
subprocess.call(args, *, stdin=None, stdout=None, stderr=None, shell=False, timeout=None)
subprocess.check_call(args, *, stdin=None, stdout=None, stderr=None, shell=False, timeout=None)
subprocess.check_output(args, *, stdin=None, stderr=None, shell=False, universal_newlines=False, timeout=None)
subprocess.getstatusoutput(cmd)
subprocess.getoutput(cmd)

參數(shù)說明:

  • args: 要執(zhí)行的shell命令,默認應(yīng)該是一個字符串序列,如['df', '-Th']或('df', '-Th'),也可以是一個字符串,如'df -Th',但是此時需要把shell參數(shù)的值置為True。
  • shell: 如果shell為True,那么指定的命令將通過shell執(zhí)行。如果我們需要訪問某些shell的特性,如管道、文件名通配符、環(huán)境變量擴展功能,這將是非常有用的。當(dāng)然,python本身也提供了許多類似shell的特性的實現(xiàn),如glob、fnmatch、os.walk()、os.path.expandvars()、os.expanduser()和shutil等。
  • check: 如果check參數(shù)的值是True,且執(zhí)行命令的進程以非0狀態(tài)碼退出,則會拋出一個CalledProcessError的異常,且該異常對象會包含 參數(shù)、退出狀態(tài)碼、以及stdout和stderr(如果它們有被捕獲的話)。
  • stdout, stderr:
    • run()函數(shù)默認不會捕獲命令執(zhí)行結(jié)果的正常輸出和錯誤輸出,如果我們向獲取這些內(nèi)容需要傳遞subprocess.PIPE,然后可以通過返回的CompletedProcess類實例的stdout和stderr屬性或捕獲相應(yīng)的內(nèi)容;
    • call()和check_call()函數(shù)返回的是命令執(zhí)行的狀態(tài)碼,而不是CompletedProcess類實例,所以對于它們而言,stdout和stderr不適合賦值為subprocess.PIPE;
    • check_output()函數(shù)默認就會返回命令執(zhí)行結(jié)果,所以不用設(shè)置stdout的值,如果我們希望在結(jié)果中捕獲錯誤信息,可以執(zhí)行stderr=subprocess.STDOUT。
  • input: 該參數(shù)是傳遞給Popen.communicate(),通常該參數(shù)的值必須是一個字節(jié)序列,如果universal_newlines=True,則其值應(yīng)該是一個字符串。
  • universal_newlines: 該參數(shù)影響的是輸入與輸出的數(shù)據(jù)格式,比如它的值默認為False,此時stdout和stderr的輸出是字節(jié)序列;當(dāng)該參數(shù)的值設(shè)置為True時,stdout和stderr的輸出是字符串。

3. subprocess.CompletedProcess類介紹

需要說明的是,subprocess.run()函數(shù)是Python3.5中新增的一個高級函數(shù),其返回值是一個subprocess.CompletedPorcess類的實例,因此,subprocess.completedPorcess類也是Python 3.5中才存在的。它表示的是一個已結(jié)束進程的狀態(tài)信息,它所包含的屬性如下:

  • args: 用于加載該進程的參數(shù),這可能是一個列表或一個字符串
  • returncode: 子進程的退出狀態(tài)碼。通常情況下,退出狀態(tài)碼為0則表示進程成功運行了;一個負值-N表示這個子進程被信號N終止了
  • stdout: 從子進程捕獲的stdout。這通常是一個字節(jié)序列,如果run()函數(shù)被調(diào)用時指定universal_newlines=True,則該屬性值是一個字符串。如果run()函數(shù)被調(diào)用時指定stderr=subprocess.STDOUT,那么stdout和stderr將會被整合到這一個屬性中,且stderr將會為None
  • stderr: 從子進程捕獲的stderr。它的值與stdout一樣,是一個字節(jié)序列或一個字符串。如果stderr滅有被捕獲的話,它的值就為None
  • check_returncode(): 如果returncode是一個非0值,則該方法會拋出一個CalledProcessError異常。

4. 實例

subprocess.run()

>>> subprocess.run(["ls", "-l"])  # doesn't capture output
CompletedProcess(args=['ls', '-l'], returncode=0)
>>> subprocess.run("exit 1", shell=True, check=True)
Traceback (most recent call last):
  ...
subprocess.CalledProcessError: Command 'exit 1' returned non-zero exit status 1
>>> subprocess.run(["ls", "-l", "/dev/null"], stdout=subprocess.PIPE)
CompletedProcess(args=['ls', '-l', '/dev/null'], returncode=0,
stdout=b'crw-rw-rw- 1 root root 1, 3 Jan 23 16:23 /dev/null\n')

subprocess.call()

>>> subprocess.call(['ls',  '-l'])
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>>> subprocess.call('ls -l', shell=True)
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0
>>> subprocess.call(['ls',  '-l'], stdout=subprocess.DEVNULL)
0
>>> subprocess.call(['ls',  '-l', '/test'])
ls: 無法訪問/test: 沒有那個文件或目錄
2

suprocess.check_call()

>>> subprocess.check_call(['ls',  '-l'])
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>>> subprocess.check_call('ls -l', shell=True)
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>>> subprocess.check_call('ls -l /test', shell=True)
ls: 無法訪問/test: 沒有那個文件或目錄
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "/usr/lib/python3.4/subprocess.py", line 557, in check_call
 raise CalledProcessError(retcode, cmd)
subprocess.CalledProcessError: Command 'ls -l /test' returned non-zero exit status 2

sbuprocess.check_output()

>>> ret = subprocess.check_output(['ls',  '-l'])
>>> print(ret)
b' \xe5\x85\xac\xe5\x85\xb1\xe7\x9a\x84\ndrwxr-xr-x  2 wader wader4096 12\xe6\x9c\x88  7  2015 \xe6\xa8\xa1\xe6\x9d\xbf\ndrwxr-xr-x  2 wader wader4096 12\xe6\x9c\x88  7  2015 \xe8\xa7\x86\xe9\xa2\x91\ndrwxr-xr-x  2 wader wader4096 12\xe6\x9c\x88  7  2015 \xe5\x9b\xbe\xe7\x89\x87\ndrwxr-xr-x  2 wader wader4096 12\xe6\x9c\x88  7  2015 \xe6\x96\x87\xe6\xa1\xa3\ndrwxr-xr-x  2 wader wader4096  4\xe6\x9c\x88 13  2016 \xe4\xb8\x8b\xe8\xbd\xbd\ndrwxr-xr-x  2 wader wader4096 12\xe6\x9c\x88  7  2015 \xe9\x9f\xb3\xe4\xb9\x90\ndrwxr-xr-x  7 wader wader4096  5\xe6\x9c\x88 26  2016 \xe6\xa1\x8c\xe9\x9d\xa2\n'
>>> ret = subprocess.check_output(['ls',  '-l'], universal_newlines=True)
>>> print(ret)
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subprocess.getoutput()與subprocess.getstatusoutput()

>>> ret = subprocess.getoutput('ls -l')
>>> print(ret)
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>>> retcode, output = subprocess.getstatusoutput('ls -l')
>>> print(retcode)
0
>>> print(output)
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>>> retcode, output = subprocess.getstatusoutput('ls -l /test')
>>> print(retcode)
2
>>> print(output)
ls: 無法訪問/test: 沒有那個文件或目錄

三、subprocess.Popen介紹

該類用于在一個新的進程中執(zhí)行一個子程序。前面我們提到過,上面介紹的這些函數(shù)都是基于subprocess.Popen類實現(xiàn)的,通過使用這些被封裝后的高級函數(shù)可以很方面的完成一些常見的需求。由于subprocess模塊底層的進程創(chuàng)建和管理是由Popen類來處理的,因此,當(dāng)我們無法通過上面哪些高級函數(shù)來實現(xiàn)一些不太常見的功能時就可以通過subprocess.Popen類提供的靈活的api來完成。

1.subprocess.Popen的構(gòu)造函數(shù)

class subprocess.Popen(args, bufsize=-1, executable=None, stdin=None, stdout=None, stderr=None, 
 preexec_fn=None, close_fds=True, shell=False, cwd=None, env=None, universal_newlines=False,
 startup_info=None, creationflags=0, restore_signals=True, start_new_session=False, pass_fds=())

參數(shù)說明:

  • args: 要執(zhí)行的shell命令,可以是字符串,也可以是命令各個參數(shù)組成的序列。當(dāng)該參數(shù)的值是一個字符串時,該命令的解釋過程是與平臺相關(guān)的,因此通常建議將args參數(shù)作為一個序列傳遞。
  • bufsize: 指定緩存策略,0表示不緩沖,1表示行緩沖,其他大于1的數(shù)字表示緩沖區(qū)大小,負數(shù) 表示使用系統(tǒng)默認緩沖策略。
  • stdin, stdout, stderr: 分別表示程序標(biāo)準(zhǔn)輸入、輸出、錯誤句柄。
  • preexec_fn: 用于指定一個將在子進程運行之前被調(diào)用的可執(zhí)行對象,只在Unix平臺下有效。
  • close_fds: 如果該參數(shù)的值為True,則除了0,1和2之外的所有文件描述符都將會在子進程執(zhí)行之前被關(guān)閉。
  • shell: 該參數(shù)用于標(biāo)識是否使用shell作為要執(zhí)行的程序,如果shell值為True,則建議將args參數(shù)作為一個字符串傳遞而不要作為一個序列傳遞。
  • cwd: 如果該參數(shù)值不是None,則該函數(shù)將會在執(zhí)行這個子進程之前改變當(dāng)前工作目錄。
  • env: 用于指定子進程的環(huán)境變量,如果env=None,那么子進程的環(huán)境變量將從父進程中繼承。如果env!=None,它的值必須是一個映射對象。
  • universal_newlines: 如果該參數(shù)值為True,則該文件對象的stdin,stdout和stderr將會作為文本流被打開,否則他們將會被作為二進制流被打開。
  • startupinfo和creationflags: 這兩個參數(shù)只在Windows下有效,它們將被傳遞給底層的CreateProcess()函數(shù),用于設(shè)置子進程的一些屬性,如主窗口的外觀,進程優(yōu)先級等。

2. subprocess.Popen類的實例可調(diào)用的方法

方法 描述
Popen.poll() 用于檢查子進程(命令)是否已經(jīng)執(zhí)行結(jié)束,沒結(jié)束返回None,結(jié)束后返回狀態(tài)碼。
Popen.wait(timeout=None) 等待子進程結(jié)束,并返回狀態(tài)碼;如果在timeout指定的秒數(shù)之后進程還沒有結(jié)束,將會拋出一個TimeoutExpired異常。
Popen.communicate(input=None, timeout=None) 該方法可用來與進程進行交互,比如發(fā)送數(shù)據(jù)到stdin,從stdout和stderr讀取數(shù)據(jù),直到到達文件末尾。
Popen.send_signal(signal) 發(fā)送指定的信號給這個子進程。
Popen.terminate() 停止該子進程。
Popen.kill() 殺死該子進程。

關(guān)于communicate()方法的說明:

  • 該方法中的可選參數(shù) input 應(yīng)該是將被發(fā)送給子進程的數(shù)據(jù),或者如沒有數(shù)據(jù)發(fā)送給子進程,該參數(shù)應(yīng)該是None。input參數(shù)的數(shù)據(jù)類型必須是字節(jié)串,如果universal_newlines參數(shù)值為True,則input參數(shù)的數(shù)據(jù)類型必須是字符串。
  • 該方法返回一個元組(stdout_data, stderr_data),這些數(shù)據(jù)將會是字節(jié)穿或字符串(如果universal_newlines的值為True)。
  • 如果在timeout指定的秒數(shù)后該進程還沒有結(jié)束,將會拋出一個TimeoutExpired異常。捕獲這個異常,然后重新嘗試通信不會丟失任何輸出的數(shù)據(jù)。但是超時之后子進程并沒有被殺死,為了合理的清除相應(yīng)的內(nèi)容,一個好的應(yīng)用應(yīng)該手動殺死這個子進程來結(jié)束通信。
  • 需要注意的是,這里讀取的數(shù)據(jù)是緩沖在內(nèi)存中的,所以,如果數(shù)據(jù)大小非常大或者是無限的,就不應(yīng)該使用這個方法。

3. subprocess.Popen使用實例

實例1:

>>> import subprocess
>>>
>>> p = subprocess.Popen('df -Th', stdout=subprocess.PIPE, shell=True)
>>> print(p.stdout.read())
Filesystem  TypeSize  Used Avail Use% Mounted on
/dev/vda1ext4 40G12G26G  31% /
devtmpfs devtmpfs  3.9G  0  3.9G0% /dev
tmpfs tmpfs  3.9G  0  3.9G0% /dev/shm
tmpfs tmpfs  3.9G  386M  3.5G  10% /run
tmpfs tmpfs  3.9G  0  3.9G0% /sys/fs/cgroup
tmpfs tmpfs  783M  0  783M0% /run/user/0
tmpfs tmpfs  783M  0  783M0% /run/user/1000

實例2:

>>> obj = subprocess.Popen(["python"], stdin=subprocess.PIPE, stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE)
>>> obj.stdin.write('print(1) \n')
>>> obj.stdin.write('print(2) \n')
>>> obj.stdin.write('print(3) \n')
>>> out,err = obj.communicate()
>>> print(out)
1
2
3
>>> print(err)

實例3:

>>> obj = subprocess.Popen(["python"], stdin=subprocess.PIPE, stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE)
>>> out,err = obj.communicate(input='print(1) \n')
>>> print(out)
1
>>> print(err)

實例4:

實現(xiàn)類似df -Th | grep data命令的功能,實際上就是實現(xiàn)shell中管道的共功能。

>>> 
>>> p1 = subprocess.Popen(['df', '-Th'], stdout=subprocess.PIPE)
>>> p2 = subprocess.Popen(['grep', 'data'], stdin=p1.stdout, stdout=subprocess.PIPE)
>>> out,err = p2.communicate()
>>> print(out)
/dev/vdb1ext4493G  4.8G  463G2% /data
/dev/vdd1ext4  1008G  420G  537G  44% /data1
/dev/vde1ext4985G  503G  432G  54% /data2
>>> print(err)
None

四、總結(jié)

那么我們到底該用哪個模塊、哪個函數(shù)來執(zhí)行命令與系統(tǒng)及系統(tǒng)進行交互呢?下面我們來做個總結(jié):

  • 首先應(yīng)該知道的是,Python2.4版本引入了subprocess模塊用來替換os.system()、os.popen()、os.spawn*()等函數(shù)以及commands模塊;也就是說如果你使用的是Python 2.4及以上的版本就應(yīng)該使用subprocess模塊了。
  • 如果你的應(yīng)用使用的Python 2.4以上,但是是Python 3.5以下的版本,Python官方給出的建議是使用subprocess.call()函數(shù)。Python 2.5中新增了一個subprocess.check_call()函數(shù),Python 2.7中新增了一個subprocess.check_output()函數(shù),這兩個函數(shù)也可以按照需求進行使用。
  • 如果你的應(yīng)用使用的是Python 3.5及以上的版本(目前應(yīng)該還很少),Python官方給出的建議是盡量使用subprocess.run()函數(shù)。
  • 當(dāng)subprocess.call()、subprocess.check_call()、subprocess.check_output()和subprocess.run()這些高級函數(shù)無法滿足需求時,我們可以使用subprocess.Popen類來實現(xiàn)我們需要的復(fù)雜功能。

到此這篇關(guān)于Python實現(xiàn)系統(tǒng)交互(subprocess)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Python 系統(tǒng)交互內(nèi)容請搜索本站以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持本站!

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