對于Linux用戶來說，命令行的名聲相當(dāng)?shù)母?。不像其他操作系統(tǒng)，命令行是一個可怕的命題，但是對于Linux社區(qū)中那些經(jīng)驗(yàn)豐富的大牛，命令行卻是最值得推薦鼓勵使用的。通常，命令行對比圖形用戶界面，更能提供更優(yōu)雅和更高效的解決方案。

命令行伴隨著Linux社區(qū)的成長，UNIX shells，例如 bash和zsh，已經(jīng)成長為一個強(qiáng)大的工具，也是UNIX shell的重要組成部分。使用bash和其他類似的shells，可以得到一些很有用的功能，例如，管道，文件名通配符和從文件中讀取命令，也就是腳本。

讓我們在實(shí)際操作中來介紹命令行的強(qiáng)大功能吧。每當(dāng)用戶登陸某服務(wù)后，他們的用戶名都被記錄到一個文本文件。例如，我們來看看有多少獨(dú)立用戶曾經(jīng)使用過該服務(wù)。

以下一系列的命令展現(xiàn)了由一個個小的命令串接起來后所實(shí)現(xiàn)的強(qiáng)大功能：
 

$ cat names.log | sort | uniq | wc -l

管道符號（|）把一個命令的標(biāo)準(zhǔn)輸出傳送給另外一個命令的標(biāo)準(zhǔn)輸入。在這個例子中，把cat names.log的輸出傳送給sort命令的輸入。sort命令是把每一行按字母順序重新排序。接下來，管道把輸出傳送至uniq命令，它可以刪除重復(fù)名字。最后，uniq的輸出又傳送給wc命令。wc是一個字符計(jì)數(shù)命令，使用-l參數(shù)，可以返回行的數(shù)量。管道可以讓你把一系列的命令串接在一起。

但是，有時(shí)候需求會很復(fù)雜，串接命令會變得十分笨重。在這個情況下，shell腳本可以解決這個問題。shell腳本就是一系列的命令，被shell程序所讀取，并按順序執(zhí)行。Shell腳本同樣支持一些編程語言的特性，例如變量，流程控制和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。shell腳步對于經(jīng)常重復(fù)運(yùn)行的批處理程序非常有用。但是，shell腳本也有一些弱點(diǎn)：

•     shell腳本很容易變?yōu)閺?fù)雜的代碼，導(dǎo)致開發(fā)人員難于閱讀和修改它們。
•     通常，它的語法和解釋都不是那么靈活，而且不直觀。
•     它代碼通常不能被其他腳本使用。腳本中的代碼重用率很低，并且腳本通常是解決一些很具體的問題。
•     它們一般不支持庫特性，例如HTML解釋器或者處理HTTP請求庫，因?yàn)閹煲话愣贾怀霈F(xiàn)在流行的語言和腳本語言中。

這些問題通常會導(dǎo)致腳本變得不靈活，并且浪費(fèi)開發(fā)人員大量的時(shí)間。而Python語言作為它的替代品，是相當(dāng)不錯的選擇。使用python作為shell腳本的替代，通常有很多優(yōu)勢：

•     python在主流的linux發(fā)行版本中都被默認(rèn)安裝。打開命令行，輸入python就可以立刻進(jìn)入python的世界。這個特性，讓它可以成為大多腳本任務(wù)的最好選擇。
•     python非常容易閱讀，語法容易理解。它的風(fēng)格注重編寫簡約和干凈的代碼，允許開發(fā)人員編寫適合shell腳本的風(fēng)格代碼。
•     python是一個解釋性語言，這意味著，不需要編譯。這讓python成為最理想的腳本語言。python同時(shí)還是讀取，演繹，輸出的循環(huán)風(fēng)格，這允許開發(fā)人員可以快速的通過解釋器嘗試新的代碼。開發(fā)人員無需重新編寫整個程序，就可以實(shí)現(xiàn)自己的一些想法。
•     python是一個功能齊全的編程語言。代碼重用非常簡單，因?yàn)閜ython模塊可以在腳本中方便的導(dǎo)入和使用。腳本可以輕易的擴(kuò)展。
•     python可以訪問優(yōu)秀的標(biāo)準(zhǔn)庫，還有大量的實(shí)現(xiàn)多種功能的第三方庫。例如解釋器和請求庫。例如，python的標(biāo)準(zhǔn)庫包含時(shí)間庫，允許我們把時(shí)間轉(zhuǎn)換為我們想要的各種格式，而且可以和其他日期做比較。
•     python可以是命令鏈中的一部分。python不能完全代替bash。python程序可以像UNIX風(fēng)格那樣(從標(biāo)準(zhǔn)輸入讀取，從標(biāo)準(zhǔn)輸出中輸出)，所以python程序可以實(shí)現(xiàn)一些shell命令，例如cat和sort。

讓我們基于文章前面提到問題，重新使用python構(gòu)建。除了已完成的工作，還讓我們來看看某個用戶登陸系統(tǒng)到底有多少次。uniq命令只是簡單的刪除重復(fù)記錄，而沒有提示到底這些重復(fù)記錄重復(fù)了多少次。我們使用python腳本替代uniq命令，而且腳本可以作為命令鏈中的一部分。以下是python程序?qū)崿F(xiàn)這個功能（在這個例子中，腳本叫做namescount.py）：

#!/usr/bin/env python
import sys
 
if __name__ == "__main__":
  # 初始化一個names的字典，內(nèi)容為空
  # 字典中為name和出現(xiàn)數(shù)量的鍵值對
  names = {}
  # sys.stdin是一個文件對象。 所有引用于file對象的方法，
  # 都可以應(yīng)用于sys.stdin.
  for name in sys.stdin.readlines():
      # 每一行都有一個newline字符做結(jié)尾
      # 我們需要刪除它
      name = name.strip()
      if name in names:
          names[name] += 1
      else:
          names[name] = 1
 
  # 迭代字典,
  # 輸出名字，空格，接著是該名字出現(xiàn)的數(shù)量
  for name, count in names.iteritems():
      sys.stdout.write("%d\t%s\n" % (count, name))

讓我們來看看python腳本如何在命令鏈中起作用的。首先，它從標(biāo)準(zhǔn)輸入sys.stdin對象讀取數(shù)據(jù)。所有的輸出都寫到sys.stdout對象里面，這個對象是python里面的標(biāo)準(zhǔn)輸出的實(shí)現(xiàn)。然后使用python字典（在其他語言中，叫做哈希表）來保存名字和重復(fù)次數(shù)的映射。要讀取所有用戶的登陸次數(shù)，只需執(zhí)行下面的命令：
 

$ cat names.log | python namescount.py

這里會輸出某用戶出現(xiàn)的次數(shù)還有他的名字，使用tab作為分隔符。接下來的事情就是，以用戶登陸次數(shù)的降序順序輸出。這可以在python中實(shí)現(xiàn)，但是讓我們使用UNIX的命令來實(shí)現(xiàn)吧。前面已經(jīng)提到，使用sort命令可以按字母順序排序。如果sort命令接收一個-rn參數(shù)，那么它就會按照數(shù)字的降序方式做排序。因?yàn)閜ython腳本輸出到標(biāo)準(zhǔn)輸出，所以我們可以使用管道鏈接sort命令，獲取該輸出：
 

$ cat names.log | python namescount.py | sort -rn

這個例子使用了python作為命令鏈中的一部分。使用python的優(yōu)勢是：

•     可以跟例如cat和sort這樣的命令鏈接在一起。簡單的工具（讀取文件，給文件按數(shù)字排序），可以使用成熟的UNIX命令。這些命令都是一行一行的讀取，這意味著這些命令可以兼容大容量的文件，而且它們的效率很高。
•     如果命令鏈條中某部分很難實(shí)現(xiàn)，很清晰，我們可以使用python腳本，這可以讓我們做我們想做的，然后減輕鏈條一下個命令的負(fù)擔(dān)。
•     python是一個可重用的模塊，雖然這個例子是指定了names，如果你需要處理重復(fù)行的其他輸入，你可以輸出每一行，還有該行的重復(fù)次數(shù)。讓python腳本模塊化，這樣你就可以把它應(yīng)用到其他地方。

為了演示python腳本中結(jié)合模塊和管道風(fēng)格的強(qiáng)大力量，讓我們擴(kuò)展一下這個問題。讓我們來找出使用服務(wù)最多的前5位用戶。head命令可以讓我們指定需要輸出的行數(shù)。在命令鏈中加入這個命令：
 

$ cat names.log | python namescount.py | sort -rn | head -n 5

這個命令只會列出前5位用戶。類似的，獲取使用該服務(wù)最少的5位用戶，你可以使用tail命令，這個命令使用同樣的參數(shù)。python命令的結(jié)果輸出到標(biāo)準(zhǔn)輸出，這樣可以允許你擴(kuò)展和構(gòu)建它的功能。

為了演示腳本的模塊化特性，我們又來擴(kuò)展一下問題。該服務(wù)同樣生成一個以逗號分割的csv的日志文件，其中包含，一個email地址列表，還有該地址對我們服務(wù)的評價(jià)。如下是其中一個例子：
 

"email@example.com", "This service is great."

這個任務(wù)是，提供一個途徑，來發(fā)送一個感謝信息給使用該服務(wù)最多的前10位用戶。首先，我們需要一個腳本讀取csv和輸出其中某一個字段。python提供一個標(biāo)準(zhǔn)的csv讀取模塊。以下的python腳本實(shí)現(xiàn)了這個功能：
 

#!/usr/bin/env python
# CSV module that comes with the Python standard library
import csv
import sys
 
 
if __name__ == "__main__":
  # CSV模塊使用一個reader對象作為輸入
  # 在這個例子中，就是 sys.stdin.
  csvfile = csv.reader(sys.stdin)
 
  # 這個腳本必須接收一個參數(shù)，指定列的序號
  # 使用sys.argv獲取參數(shù).
  column_number = 0
  if len(sys.argv) > 1:
      column_number = int(sys.argv[1])
 
  # CSV文件的每一行都是用逗號作為字段的分隔符
  for row in csvfile:
      print row[column_number]

這個腳本可以把csv轉(zhuǎn)換并返回參數(shù)指定的字段的文本。它使用print代替sys.stout.write，因?yàn)閜rint默認(rèn)使用標(biāo)準(zhǔn)輸出最為它的輸出文件。

讓我們把這個腳步添加到命令鏈中。新的腳本跟其他命令組合在一起，實(shí)現(xiàn)輸出評論最多的email地址。（假設(shè).csv 文件名稱為emailcomments.csv，新的腳本為csvcolumn.py）

接下來，你需要一個發(fā)送郵件的方法，在Python 函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)庫中，你可以導(dǎo)入smtplib 庫，這是一個用來連接SMTP服務(wù)器并發(fā)送郵件的模塊。讓我們寫一個簡單的Python腳本，使用這個模塊發(fā)送一個郵件給每個top 10 的用戶。
 

#!/usr/bin/env python
import smtplib
import sys
 
 
GMAIL_SMTP_SERVER = "smtp.gmail.com"
GMAIL_SMTP_PORT = 587
 
GMAIL_EMAIL = "Your Gmail Email Goes Here"
GMAIL_PASSWORD = "Your Gmail Password Goes Here"
 
 
def initialize_smtp_server():
  '''
  This function initializes and greets the smtp server.
  It logs in using the provided credentials and returns
  the smtp server object as a result.
  '''
  smtpserver = smtplib.SMTP(GMAIL_SMTP_SERVER, GMAIL_SMTP_PORT)
  smtpserver.ehlo()
  smtpserver.starttls()
  smtpserver.ehlo()
  smtpserver.login(GMAIL_EMAIL, GMAIL_PASSWORD)
  return smtpserver
 
 
def send_thank_you_mail(email):
  to_email = email
  from_email = GMAIL_EMAIL
  subj = "Thanks for being an active commenter"
  # The header consists of the To and From and Subject lines
  # separated using a newline character
  header = "To:%s\nFrom:%s\nSubject:%s \n" % (to_email,
      from_email, subj)
  # Hard-coded templates are not best practice.
  msg_body = """
  Hi %s,
 
  Thank you very much for your repeated comments on our service.
  The interaction is much appreciated.
 
  Thank You.""" % email
  content = header + "\n" + msg_body
  smtpserver = initialize_smtp_server()
  smtpserver.sendmail(from_email, to_email, content)
  smtpserver.close()
 
 
if __name__ == "__main__":
  # for every line of input.
  for email in sys.stdin.readlines():
      send_thank_you_mail(email)

這個python腳本能夠連接任何的SMTP服務(wù)器，不管是在本地還是遠(yuǎn)程。為便于使用，我使用了Gmail的SMTP服務(wù)器，正常情況下，應(yīng)該提供你連接Gmail的密碼口令，這個腳本使用了smtp庫中的函數(shù)發(fā)送郵件。再一次證明使用Python腳本的強(qiáng)大之處，類似SMTP這樣的交互操作使用python來寫的話是比較簡單易讀的。相同的shell腳本的話，可能是比較復(fù)雜并且像SMTP這樣的庫是基本沒有的。

為了發(fā)送電子郵件給評論頻率最高的前十名用戶，首先必須單獨(dú)得到電子郵件列的內(nèi)容。要取出某一列，在Linux中你可以使用cut命令。在下面的例子中，命令是在兩個單獨(dú)的串。為了便于使用，我寫輸出到一個臨時(shí)文件，其中可以加載到第二串命令中。這只是讓過程更具可讀性（Python發(fā)送郵件腳本簡稱為sendemail.py）：
 

$ cat emailcomments.csv | python csvcolumn.py |
 ?python namescount.py | sort -rn > /tmp/comment_freq
$ cat /tmp/comment_freq | head -n 10 | cut -f2 |
 ?python sendemail.py

這表明Python作為一種實(shí)用工具如bash命令鏈的真正威力。編寫的腳本從標(biāo)準(zhǔn)輸入接受 數(shù)據(jù)并且將任何輸出寫入到標(biāo)準(zhǔn)輸出，允許開發(fā)者串起這些命令， 鏈中的這些快速，簡單的命令以及Python程序。這種只為一個目的設(shè)計(jì)小程序的哲學(xué)非常適用于這里所使用的命令流方式。

通常在命令行中使用的Python腳本，當(dāng)他們運(yùn)行某個命令時(shí)，參數(shù)由用戶來選擇。例如，head命令取得一個-n的參數(shù)標(biāo)志和它后面的數(shù)字，然后只打印這個數(shù)字大小的行數(shù)。Python腳本的每一個參數(shù)都是通過sys.argv數(shù)組提供，可在import sys后來訪問。下面的代碼顯示了如何使用單個詞語作為參數(shù)。此程序是一個簡單的加法器，它有兩個數(shù)字參數(shù)，將它們相加，并打印輸出給用戶。然而，這種命令行參數(shù)使用方式是非?；A(chǔ)的。這也是很容易出錯誤的 ——例如，輸入兩個字符串，如hello和world，這個命令，你會一開始就得到錯誤：
 

#!/usr/bin/env python
import sys
 
if __name__ == "__main__":
  # The first argument of sys.argv is always the filename,
  # meaning that the length of system arguments will be
  # more than one, when command-line arguments exist.
  if len(sys.argv) > 2:
      num1 = long(sys.argv[1])
      num2 = long(sys.argv[2])
  else:
      print "This command takes two arguments and adds them"
      print "Less than two arguments given."
      sys.exit(1)
  print "%s" % str(num1 + num2)

慶幸的是，Python有很多處理有關(guān)命令行參數(shù)的模塊。我個人比較喜歡OptionParser。OptionParser是標(biāo)準(zhǔn)庫提供的optparse模塊的一部分。OptionParser允許你對命令行參數(shù)做一系列非常有用的操作。

•     如果沒有提供具體的參數(shù)，可以指定默認(rèn)的參數(shù)
•     它支持參數(shù)標(biāo)志(顯示或不顯示）和參數(shù)值（-n 10000)。
•     它支持傳遞參數(shù)的不同格式——例如，有差別的-n=100000和-n 100000。

我們來用OptionParser來改進(jìn)sending-mail腳本。原來的腳本有很多的變量硬編碼的地方，比如SMTP細(xì)節(jié)和用戶的登錄憑據(jù)。在下面提供的代碼，在這些變量是用來傳遞命令行參數(shù)：
 

#!/usr/bin/env python
import smtplib
import sys
 
from optparse import OptionParser
 
def initialize_smtp_server(smtpserver, smtpport, email, pwd):
  '''
  This function initializes and greets the SMTP server.
  It logs in using the provided credentials and returns the
  SMTP server object as a result.
  '''
  smtpserver = smtplib.SMTP(smtpserver, smtpport)
  smtpserver.ehlo()
  smtpserver.starttls()
  smtpserver.ehlo()
  smtpserver.login(email, pwd)
  return smtpserver
 
 
def send_thank_you_mail(email, smtpserver):
  to_email = email
  from_email = GMAIL_EMAIL
  subj = "Thanks for being an active commenter"
  # The header consists of the To and From and Subject lines
  # separated using a newline character.
  header = "To:%s\nFrom:%s\nSubject:%s \n" % (to_email,
      from_email, subj)
  # Hard-coded templates are not best practice.
  msg_body = """
  Hi %s,
 
  Thank you very much for your repeated comments on our service.
  The interaction is much appreciated.
 
  Thank You.""" % email
  content = header + "\n" + msg_body
  smtpserver.sendmail(from_email, to_email, content)
 
 
if __name__ == "__main__":
  usage = "usage: %prog [options]"
  parser = OptionParser(usage=usage)
  parser.add_option("--email", dest="email",
      help="email to login to smtp server")
  parser.add_option("--pwd", dest="pwd",
      help="password to login to smtp server")
  parser.add_option("--smtp-server", dest="smtpserver",
      help="smtp server url", default="smtp.gmail.com")
  parser.add_option("--smtp-port", dest="smtpserverport",
      help="smtp server port", default=587)
  options, args = parser.parse_args()
 
  if not (options.email or options.pwd):
      parser.error("Must provide both an email and a password")
 
  smtpserver = initialize_smtp_server(options.stmpserver,
      options.smtpserverport, options.email, options.pwd)
 
  # for every line of input.
  for email in sys.stdin.readlines():
      send_thank_you_mail(email, smtpserver)
  smtpserver.close()

這個腳本顯示OptionParser 的作用。它提供了一個簡單、易于使用的接口給命令行參數(shù)， 允許你為每個命令行選項(xiàng)定義某些屬性。它還允許你指定默認(rèn)值。如果沒有給出某些參數(shù)，它可以給你報(bào)出特定錯誤。

現(xiàn)在你學(xué)到了多少？并不是使用一個python腳本替代所有的bash命令，我們更推薦讓python完成其中某些困難的任務(wù)。這需要更多的模塊化和重用的腳本，還要好好利用python的強(qiáng)大功能。

使用stdin作為文件對象，這可以允許python讀取輸入，這個輸入是由管道傳輸其他命令的輸出給它的，而把輸出輸出到stout，可以允許python把信息傳遞到管道系統(tǒng)的下一環(huán)節(jié)。結(jié)合這些功能，可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的程序。在這里提到的例子，就是要實(shí)現(xiàn)一個處理服務(wù)的日志文件。

在實(shí)際應(yīng)用中，我最近在處理一個GB級別的CSV文件，我需要使用python腳本轉(zhuǎn)換一個包含插入數(shù)據(jù)的SQL命令。了解我需要處理的文件，并在一個表中處理這些數(shù)據(jù)，腳本需要23個小時(shí)來執(zhí)行并生成20GB的SQL文件。使用文章提到的python編程風(fēng)格的優(yōu)勢在于，我們不需要把這個文件讀取到內(nèi)存中。這意味著整個20GB+的文件可以一行一行的處理。而且我們更清晰的分解每一個步驟（讀取，排序，維護(hù)和輸出）為一些邏輯步驟。還有我們得到這些命令的保障，其中這些命令都是UNIX類型的環(huán)境的核心工具，它們十分高效和穩(wěn)定，可以幫助我們構(gòu)建穩(wěn)定安全的程序。

另外一個優(yōu)點(diǎn)在于，我們不需要硬編碼文件名。這樣可以使得程序更靈活，只需傳遞一個參數(shù)。例如，如果腳本在某個文件在20000中斷了，我們不需要重新運(yùn)行腳本，我們可以使用tail來指定失敗的行數(shù)，來讓腳本在這個位置繼續(xù)運(yùn)行。

python在shell中的應(yīng)用范圍很廣，不局限于本文所述，例如os模塊和subprocess模塊。os模塊是一個標(biāo)準(zhǔn)庫，可以執(zhí)行很多操作系統(tǒng)級別的操作，例如列出目錄的結(jié)構(gòu)，文件的統(tǒng)計(jì)信息，還有一個優(yōu)秀的os.path子模塊，可以處理規(guī)范目錄路徑。subprocess模塊允許python程序運(yùn)行系統(tǒng)命令和其他高級命令，例如，上文提到的使用python代碼和spawned進(jìn)程之間的管道處理。如果你需要編寫python的shell腳本，這些庫都值得去研究的。

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