P2-7.8 补充学习：阅读 shell 执行流程¶

Section ID: P2-7.8 Version: v2026.09.15

shell 中的 | 将一个命令的输出连接到下一个命令的输入。> 与 < 将输出和输入连接到文件，环境变量(environment variable)向程序传递设置值。下面的 shell 命令以 Bash 为准，并假设可用 python 执行 Python。

标准输入与标准输出¶

命令行程序可以通过标准输入(standard input)接收数据，通过标准输出(standard output)发送结果。直接在终端运行时，通常连接键盘与屏幕，但也可以改为连接文件或其他程序。

将下面代码保存为 read_numbers.py。它读取每行一个数字的输入，并打印总和。输入 10、20、30，输出为 60。

import sys

# 逐行读取标准输入，转换为整数后求和。
numbers = [int(line) for line in sys.stdin if line.strip()]
print(sum(numbers))

在 Bash 中使用以下命令创建输入文件 numbers.txt。printf 会将 \n 转换为换行。

printf '10\n20\n30\n' > numbers.txt

用管道连接命令¶

cat 将文件内容发送到标准输出。通过 | 连接后，这些内容成为 Python 程序的标准输入。

cat numbers.txt | python read_numbers.py

输出为 60。两个程序直接交换数据，无需先显示文件内容，再由人重新输入。后面的程序必须被编写为读取标准输入，这种连接才有意义。

管道并非只是要求按顺序执行命令，而是把前一个命令的标准输出连接到后一个命令的标准输入。用于错误消息的标准错误(standard error)默认不包含在这个连接中。

将文件连接到输入与输出¶

使用 <，无需 cat 即可将同一文件连接到 Python 的标准输入。

python read_numbers.py < numbers.txt

同时使用 >，可将结果保存到 total.txt 而非屏幕。

python read_numbers.py < numbers.txt > total.txt

命令成功后，屏幕不显示总和，total.txt 中保存 60 和一个换行。可用 cat total.txt 查看内容。

Bash 写法	操作
`< input.txt`	将文件连接到标准输入
`> output.txt`	将标准输出写入文件，覆盖已有内容
`>> output.txt`	将标准输出追加到文件末尾
`2> errors.log`	将标准错误写入单独文件

python train.py > train.log 也只保存标准输出，不能假定所有错误消息都会进入该文件。文件路径以当前工作文件夹为基准解释。

将命令保存为 shell 脚本¶

可把需要重复的命令保存到 run_summary.sh。

python read_numbers.py < numbers.txt > total.txt
cat total.txt

在包含这三个文件的文件夹执行以下命令，Bash 会读取脚本、保存总和并打印。

1	`bash run_summary.sh`

shell 脚本(shell script)是由 shell 解释的命令文件，与保存 Python 代码的 .py 文件使用不同的解释程序。

用环境变量传递设置¶

环境变量是在运行程序时传入的名称与值的组合。例如，可以在代码外指定数据文件夹。

在 Bash 中执行以下命令。

export BOOK_DATA_DIR="./data"

export 使此 shell 后续启动的子进程接收到这个值，不会改变其他已经运行的终端的环境。

将下面代码保存为 show_config.py，在同一 shell 执行 python show_config.py，会打印 ./data。

import os

# 环境变量不存在时，打印未设置状态。
print(os.environ.get("BOOK_DATA_DIR", "not set"))

在 Windows PowerShell 中，可按以下方式设置环境变量。

$env:BOOK_DATA_DIR = "./data"
python show_config.py

环境变量的值是字符串。指定文件夹路径不会自动创建文件夹。API 密钥等秘密值也可以这样传递，但不应原样留在代码或输出日志中。

改变数字与输出保存方式¶

将 numbers.txt 的最后一个数字从 30 改为 40，总和会从 60 变为 70。执行以下命令，total.txt 中只保留新总和 70。

python read_numbers.py < numbers.txt > total.txt

保持相同输入，将 > 改为 >> 再执行，文件中会累积两行 70。计算代码相同，改变的只是 shell 的输出连接方式。

检查命令会改变的对象¶

写法	检查对象
`>`	将被覆盖的文件路径
`rm`、`del`、`Remove-Item`	将被删除的文件与文件夹
`sudo`	将以提升后的权限执行的命令
含秘密值的环境变量	值是否留在命令历史、日志或仓库中

PowerShell 管道还可以在命令间传递对象，并非所有语法都与 Bash 相同。尤其不要把上面的 < 输入重定向直接照搬到 PowerShell。

检查错误输出与退出状态¶

输入中包含非数字行时，程序会在生成合计前失败。以下 Bash 命令创建单独的输入文件，并把结果与错误输出到不同文件。

printf '10\noops\n' > invalid-numbers.txt
python read_numbers.py < invalid-numbers.txt > invalid-total.txt 2> errors.log
printf 'exit=%s\n' "$?"
cat errors.log

Python 执行后，$? 保存上一条命令的退出状态，本例为 1。errors.log 包含带 ValueError 的 traceback，而 invalid-total.txt 为空。不能把空结果文件理解为合计为 0。其他命令会改变 $?，因此应紧接被检查的命令读取它。

会在程序运行之前清空输出文件。因此，把同一个文件同时用作输入和输出可能丢失原始输入，应分开指定路径。Bash 管道的退出状态默认取自最后一条命令，所以最后一条命令成功不能证明前面的命令都成功。

检查清单¶

能区分解释 shell 脚本与 Python 脚本的程序。
能说明 | 连接标准输出与标准输入。
能区分 <、>、>> 对应的文件读取、覆盖与追加。
能说明标准输出与标准错误是独立通道。
能在 Python 中读取通过环境变量传递的设置值。
能确认改变输入数字与输出连接方式后，文件内容如何变化。

来源与参考资料¶

GNU Project, Bash Reference Manual, GNU Bash 5.3 manual，确认日期：2026-07-20。用于确认 Bash 的 shell 角色、pipeline、redirection、变量与环境变量语法。
Microsoft Learn, about_Pipelines, PowerShell 7.6 documentation，确认日期：2026-07-20。用于确认 PowerShell 中 | 是把一个命令结果发送给下一个命令的 pipeline operator。
Microsoft Learn, about_Redirection, PowerShell 7.6 documentation，确认日期：2026-07-20。用于确认 PowerShell 中 >、>>、n> 等 redirection operator 会把输出流发送或追加到文件。
Microsoft Learn, about_Environment_Variables, PowerShell 7.6 documentation，确认日期：2026-07-20。用于确认环境变量是操作系统和程序使用的字符串设置值，并可被子进程继承。