常用标准库：os、sys、pathlib

Python 标准库里有几个模块几乎每个项目都用得到：os 管系统与环境变量、sys 管 Python 解释器本身、pathlib 管路径。前面 文件读写操作 已经介绍过 pathlib 的基础。这一篇把三个模块日常最常用的功能串起来讲，让你以后写脚本时知道该找哪个。

一、os 模块：跟系统打交道

环境变量

import os

# 读
os.environ["PATH"]                        # 存在则读；不存在抛 KeyError
os.environ.get("APP_ENV", "development")  # 带默认值
os.getenv("APP_ENV", "development")       # 同上，更常见

# 写（仅当前进程生效，退出即消失）
os.environ["APP_DEBUG"] = "1"

# 遍历
for key, value in os.environ.items():
    print(key, value)

注意：os.environ 的值永远是字符串。要 bool/int 自己转：

DEBUG = os.getenv("DEBUG", "0").lower() in ("1", "true", "yes")
PORT = int(os.getenv("PORT", 8080))

目录操作

os.getcwd()                          # 当前工作目录
os.chdir("/tmp")                     # 切换（用完记得切回）
os.listdir(".")                      # 列目录（返回文件名列表）
os.makedirs("a/b/c", exist_ok=True)  # 递归建目录
os.mkdir("a")                        # 只建一层
os.rmdir("empty_dir")                # 删空目录
os.rename("a.txt", "b.txt")          # 重命名/移动
os.remove("file.txt")                # 删文件

但现代 Python 推荐用 pathlib——见下一节。

os.path（老 API，逐步用 pathlib 取代）

os.path.join("a", "b", "c.txt")       # 'a/b/c.txt'
os.path.exists("file.txt")
os.path.isfile("file.txt")
os.path.isdir("dir")
os.path.abspath("relative")            # → 绝对路径
os.path.dirname("/a/b/c.txt")          # '/a/b'
os.path.basename("/a/b/c.txt")         # 'c.txt'
os.path.splitext("c.txt")              # ('c', '.txt')
os.path.getsize("file.txt")            # 字节

同样功能 pathlib 全都有，代码更漂亮。

系统信息

os.cpu_count()                       # CPU 核心数
os.name                              # 'nt' (Windows) / 'posix' (Unix)
os.getpid()                          # 当前进程 PID
os.getppid()                         # 父进程 PID
os.getlogin()                        # 当前登录用户名

执行外部命令

os.system("ls -la")     # ❌ 老 API，不推荐（返回值只有退出码）

# ✅ 用 subprocess
import subprocess
result = subprocess.run(["ls", "-la"], capture_output=True, text=True)
print(result.stdout)

二、sys 模块：跟 Python 解释器打交道

命令行参数

import sys

sys.argv       # 命令行参数列表，第一个是脚本名
# python script.py --name 咖飞 --age 3
# sys.argv = ['script.py', '--name', '咖飞', '--age', '3']

简单场景用 sys.argv，复杂用 argparse：

import argparse
parser = argparse.ArgumentParser()
parser.add_argument("input")
parser.add_argument("--verbose", "-v", action="store_true")
args = parser.parse_args()

标准输入输出错误

sys.stdin       # 标准输入
sys.stdout      # 标准输出
sys.stderr      # 标准错误

# 打印到 stderr
print("错误", file=sys.stderr)

# 逐行读输入
for line in sys.stdin:
    print(line.rstrip())

退出

sys.exit()        # 正常退出
sys.exit(1)       # 退出码 1（表示错误）
sys.exit("错误信息")  # 打到 stderr，退出码 1

注意：sys.exit() 内部抛 SystemExit 异常。所以 try / except: 会把它捕获——但 except Exception: 不会（因为 SystemExit 继承自 BaseException）。

Python 版本 / 平台

sys.version              # '3.13.0 (main, ...)'
sys.version_info         # sys.version_info(major=3, minor=13, ...)
sys.platform             # 'win32' / 'linux' / 'darwin'
sys.executable           # 当前 Python 解释器路径

if sys.version_info < (3, 10):
    raise RuntimeError("需要 Python 3.10+")

模块搜索路径

sys.path                 # 模块搜索路径列表
sys.path.append("/new/path")   # 添加（不推荐，用 pip install -e . 更好）
sys.modules              # 已导入的模块字典

递归深度

sys.getrecursionlimit()          # 默认 1000
sys.setrecursionlimit(5000)      # 加深，慎用（栈溢出崩溃）

内存与对象

sys.getsizeof(obj)       # 对象占用字节数（浅）
sys.getrefcount(obj)     # 引用计数（调试用）

三、pathlib：面向对象的路径操作

前面 文件读写操作 简单讲过，这里补充完整常用 API。

from pathlib import Path

# 构造
p = Path("data/input.txt")
p = Path.home() / "Documents" / "notes.md"
p = Path.cwd()                    # 当前目录

属性

p.name          # 'input.txt'
p.stem          # 'input'
p.suffix        # '.txt'
p.suffixes      # ['.txt']（多后缀 like .tar.gz）
p.parent        # PosixPath('data')
p.parents       # 迭代所有上层
p.parts         # ('data', 'input.txt')
p.is_absolute()

判断

p.exists()
p.is_file()
p.is_dir()
p.is_symlink()

读写（一步）

Path("greeting.txt").write_text("你好", encoding="utf-8")
Path("greeting.txt").read_text(encoding="utf-8")

Path("img.png").write_bytes(b"...")
Path("img.png").read_bytes()

目录

Path("dir").mkdir(parents=True, exist_ok=True)   # 递归+幂等
Path("empty_dir").rmdir()                          # 删空目录

# 遍历目录
for f in Path("logs").iterdir():
    print(f)

for f in Path("logs").glob("*.log"):        # 一层通配
    print(f)

for f in Path("logs").rglob("*.log"):       # 递归所有子目录
    print(f)

变换

p.with_name("new.txt")
p.with_suffix(".json")
p.with_stem("newstem")
p.absolute()                     # → 绝对路径
p.resolve()                      # → 规范化（解析符号链接）
p.relative_to("/root")           # 相对路径

复制/移动

pathlib 没有直接的 copy/move，用 shutil：

import shutil

shutil.copy(src, dst)
shutil.copytree(src_dir, dst_dir)
shutil.move(src, dst)
shutil.rmtree(dir)     # 递归删（危险）

Path 有 .rename(target) 但不能跨设备：

Path("a.txt").rename("b.txt")

四、__file__ 和脚本自身路径

在一个模块里知道自己的位置：

from pathlib import Path

# 脚本自身
HERE = Path(__file__).resolve().parent

# 相对脚本的路径
CONFIG_PATH = HERE / "config.json"

别用相对路径，否则脚本在别的目录启动就崩。永远基于 __file__ 拼绝对路径。

五、os + pathlib 混用

有些 os 的功能 pathlib 没有：

# 环境变量
os.environ

# 系统调用
os.getpid()

# 权限
p.stat().st_mode        # 得到权限位
os.chmod(p, 0o755)      # pathlib 3.11+ 有 p.chmod

六、临时文件与目录

import tempfile

# 临时文件（自动删除）
with tempfile.NamedTemporaryFile("w", suffix=".txt", encoding="utf-8", delete=True) as f:
    f.write("temp")
    print(f.name)

# 临时目录
with tempfile.TemporaryDirectory() as d:
    Path(d, "hello.txt").write_text("hi")
    # 出块时目录清空

七、常用工具集

配置项统一读取

def env(key, default=None, cast=str):
    val = os.environ.get(key, default)
    if val is None:
        return None
    if cast == bool:
        return str(val).lower() in ("1", "true", "yes")
    return cast(val)


PORT = env("PORT", 8080, int)
DEBUG = env("DEBUG", False, bool)

项目根目录

PROJECT_ROOT = Path(__file__).resolve().parent.parent
CONFIG_DIR = PROJECT_ROOT / "config"
DATA_DIR = PROJECT_ROOT / "data"

找所有 .py

for p in Path("src").rglob("*.py"):
    print(p)

统计目录大小

def total_size(root: Path) -> int:
    return sum(f.stat().st_size for f in root.rglob("*") if f.is_file())

八、一个完整例子：项目文件整理脚本

# organize.py
"""按扩展名把一个目录里的文件归类到子目录。"""

from pathlib import Path
import shutil
import sys


CATEGORIES = {
    "images": {".jpg", ".jpeg", ".png", ".gif", ".webp"},
    "documents": {".pdf", ".doc", ".docx", ".xlsx", ".txt", ".md"},
    "videos": {".mp4", ".mov", ".avi", ".mkv"},
    "audios": {".mp3", ".wav", ".flac", ".m4a"},
    "archives": {".zip", ".tar", ".gz", ".7z", ".rar"},
    "code": {".py", ".js", ".ts", ".go", ".rs", ".c", ".cpp"},
}


def category(ext: str) -> str:
    for cat, exts in CATEGORIES.items():
        if ext.lower() in exts:
            return cat
    return "others"


def organize(target: Path, dry_run: bool = False):
    if not target.is_dir():
        print(f"{target} 不是目录", file=sys.stderr)
        sys.exit(1)

    for f in target.iterdir():
        if not f.is_file():
            continue
        cat = category(f.suffix)
        dest_dir = target / cat
        dest_dir.mkdir(exist_ok=True)
        dest = dest_dir / f.name

        if dry_run:
            print(f"[干跑] {f} → {dest}")
        else:
            print(f"{f} → {dest}")
            shutil.move(str(f), str(dest))


if __name__ == "__main__":
    target = Path(sys.argv[1]) if len(sys.argv) > 1 else Path.home() / "Downloads"
    dry_run = "--dry-run" in sys.argv
    organize(target, dry_run=dry_run)

九、常见陷阱

1. os.environ 值只是字符串：需要转 int/bool。
2. os.chdir 副作用：全局改工作目录，多线程/协程时容易乱。
3. 相对路径依赖启动目录：永远基于 __file__ 拼绝对路径。
4. Path 拼接用 /：不是 +。
5. shutil.rmtree 是核弹：写错路径可能删掉整个磁盘。加确认或用 send2trash 库送回收站。
6. sys.exit 抛异常：会被 try/except: 捕获，用 except Exception: 不会。
7. Windows 路径与正斜杠：pathlib 会自动处理，但注意 str(p) 在 Windows 上会用反斜杠。

十、小结与延伸阅读

• os：环境变量、进程、目录（旧 API）；
• sys：命令行参数、退出码、Python 版本、模块路径；
• pathlib：面向对象的路径，优先用它取代 os.path；
• 复制/删目录用 shutil；
• 临时文件用 tempfile；
• 项目路径统一从 __file__ 出发；
• 环境变量值都是字符串，手动转。

延伸阅读：

• os：https://docs.python.org/zh-cn/3/library/os.html
• sys：https://docs.python.org/zh-cn/3/library/sys.html
• pathlib：https://docs.python.org/zh-cn/3/library/pathlib.html

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