详解python的几种标准输出重定向方式

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：

Python 2.7.11 (v2.7.11:6d1b6a68f775,Dec 5 2015,20:32:19) [MSC v.1500 32 bit (Intel)] on win32
Type "copyright","credits" or "license()" for more information.
>>> import sys
>>> for fd in (sys.stdin,sys.stdout,sys.stderr): print fd

<idlelib.PyShell.PseudoInputFile object at 0x0177C910>
<idlelib.PyShell.PseudoOutputFile object at 0x0177C970>
<idlelib.PyShell.PseudoOutputFile object at 0x017852B0>
>>> for fd in (sys.__stdin__,sys.__stdout__,sys.__stderr__): print fd

<open file '<stdin>',mode 'r' at 0x00FED020>
<open file '<stdout>',mode 'w' at 0x00FED078>
<open file '<stderr>',mode 'w' at 0x00FED0D0>
>>> 

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：

>>> import sys
>>> print 'Hello World'
Hello World
>>> sys.stdout.write('Hello World')
Hello World

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)：

E:>echo print 'hello' > test.py
E:>test.py > out.txt
E:>type out.txt
hello
E:>test.py >> out.txt
E:>type out.txt
hello
hello
E:>test.py > nul

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)：

[wangxiaoyuan_@localhost ~]$ echo $SHELL
/bin/bash
[wangxiaoyuan_@localhost ~]$ python -c "print 'hello'"
hello
[wangxiaoyuan_@localhost ~]$ python -c "print 'hello'" > out.txt
[wangxiaoyuan_@localhost ~]$ cat out.txt
hello
[wangxiaoyuan_@localhost ~]$ python -c "print 'world'" >> out.txt
[wangxiaoyuan_@localhost ~]$ cat out.txt             
hello
world
[wangxiaoyuan_@localhost ~]$ python -c "print 'I am'" | tee out.txt
I am
[wangxiaoyuan_@localhost ~]$ python -c "print 'xywang'" | tee -a out.txt
xywang
[wangxiaoyuan_@localhost ~]$ cat out.txt
I am
xywang
[wangxiaoyuan_@localhost ~]$ python -c "print 'hello'" > /dev/null
[wangxiaoyuan_@localhost ~]$ 

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：

memo = cStringIO.StringIO(); serr = sys.stderr; file = open('out.txt','w+')
print >>memo,'StringIO'; print >>serr,'stderr'; print >>file,'file'
print >>None,memo.getvalue()

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：

import sys
savedStdout = sys.stdout #保存标准输出流
with open('out.txt','w+') as file:
  sys.stdout = file #标准输出重定向至文件
  print 'This message is for file!'

sys.stdout = savedStdout #恢复标准输出流
print 'This message is for screen!'

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：

class RedirectStdout: #import os,sys,cStringIO
  def __init__(self):
    self.content = ''
    self.savedStdout = sys.stdout
    self.memObj,self.fileObj,self.nulObj = None,None,None

  #外部的print语句将执行本write()方法，并由当前sys.stdout输出
  def write(self,outStr):
    #self.content.append(outStr)
    self.content += outStr

  def toCons(self): #标准输出重定向至控制台
    sys.stdout = self.savedStdout #sys.__stdout__

  def toMemo(self): #标准输出重定向至内存
    self.memObj = cStringIO.StringIO()
    sys.stdout = self.memObj

  def toFile(self,file='out.txt'): #标准输出重定向至文件
    self.fileObj = open(file,'a+',1) #改为行缓冲
    sys.stdout = self.fileObj
  
  def toMute(self): #抑制输出
    self.nulObj = open(os.devnull,'w')
    sys.stdout = self.nulObj
    
  def restore(self):
    self.content = ''
    if self.memObj.closed != True:
      self.memObj.close()
    if self.fileObj.closed != True:
      self.fileObj.close()
    if self.nulObj.closed != True:
      self.nulObj.close()
    sys.stdout = self.savedStdout #sys.__stdout__

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：

redirObj = RedirectStdout()
sys.stdout = redirObj #本句会抑制"Let's begin!"输出
print "Let's begin!"

#屏显'Hello World!'和'I am xywang.'(两行)
redirObj.toCons(); print 'Hello World!'; print 'I am xywang.'
#写入'How are you?'和"Can't complain."(两行)
redirObj.toFile(); print 'How are you?'; print "Can't complain."
redirObj.toCons(); print "What'up?"   #屏显
redirObj.toMute(); print '<Silence>'  #无屏显或写入
os.system('echo Never redirect me!')  #控制台屏显'Never redirect me!'
redirObj.toMemo(); print 'What a pity!' #无屏显或写入
redirObj.toCons(); print 'Hello?'    #屏显
redirObj.toFile(); print "Oh,xywang can't hear me" #该串写入文件
redirObj.restore()

print 'Pop up' #屏显

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。

（编辑：安卓应用网）

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