Python3 基础学习笔记第九章 —— 【文件和异常】

- 9.1 从文件中读取数据

- 9.1.1 读取整个文件

有一个文件，包含精确到小数点后30位的圆周率值，且在小数点后每10位处都换行：

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Circumference rate.txt
----------
3.1415926535
  8979323846
  2643383279

以下两个程序将打开并读取这个文件，再将其内容显示到屏幕上：

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#file_reader.py

with open('Circumference rate.txt') as file_object:
    contents = file_object.read()
    print(contents)

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#file_reader2.py

contents = open ('Circumference rate.txt')
print(contents.read())
contents.close()

函数open()接受一个参数：要打开的文件的名称，Python在当前执行的文件所在的目录中查找指定的文件；关键字with在不再需要访问文件后将其关闭；也可以调用open()和close()来打开和关闭文件，如果使用这种方法，当程序存在bug时，close()语句未执行，文件将不会被关闭；方法read()将读取这个文件的全部内容，并将其作为一个长长的字符串储存在变量contents中，通过打印contents的值，就可以将这个文本文件的全部内容打印出来：

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3.1415926535
  8979323846
  2643383279

输出结果末尾有一空行，这是因为read()到达末尾时返回一个空字符串，而将这个空字符串显示出来就是一个空行，如果要删除末尾的空行，可在print语句中使用rstrip():

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#file_reader.py

with open('Circumference rate.txt') as file_object:
    contents = file_object.read()
    print(contents.rstrip())

输出结果如下：

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3.1415926535
  8979323846
  2643383279

- 9.1.2 文件路径

相对文件路径：假定程序文件位于python_work文件夹中，程序文件操作的文本文件位于python_work文件夹的子文件夹text_files中，此时可以使用相对文件路径来打开该文本文件，相对文件路径让Python到指定的位置去查找，而该位置是相对于当前运行的程序所在目录的

在Linux和OS X中，相对路径类似于如下：

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with open('text_files/filename.txt') as file_object:

在Windows系统中，文件路径中使用反斜杠（\）而不是斜杠（/）:

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with open('text_files\filename.txt') as file_object:

绝对文件路径：不用关心当前运行的程序储存在什么地方，直接将文件在计算机中的准确位置告诉Python，这称为绝对文件路径，绝对路径通常比相对路径更长，因此将其储存在一个变量中，再将变量传递给open()会有所帮助

在Linux和OS X中，绝对路径类似于如下：

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file_path = '/home/ehmatthes/other_files/text_files/filename.txt'
with open(file_path) as file_object:

在Windows系统中，绝对路径类似于如下：

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file_path = 'C:\Users\ehmatthes\other_files\text_files\filename.txt'
with open(file_path) as file_object:

- 9.1.3 逐行读取

要以每次一行的方式检查文件，可对文件对象使用for循环：

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#file_reader.py

filename = 'Circumference rate.txt'
with open(filename) as file_object:
    for line in file_object:
        print(line)

在文件中每行的末尾都有一个看不见的换行符，而print语句也会加上一个换行符，因此每行末尾都有两个换行符：一个来自文件，一个来自print语句，输出结果如下：

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3.1415926535

  8979323846

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要消除这些多余的空白行，可以使用rstrip():

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#file_reader.py

filename = 'Circumference rate.txt'
with open(filename) as file_object:
    for line in file_object:
        print(line.rstrip())

输出结果如下：

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3.1415926535
  8979323846
  2643383279

- 9.1.4 创建一个包含文件各行内容的列表

使用关键字with时，open()返回的文件对象只在with代码块内可用，如果要在with代码块外访问文件的内容，可在with代码块内将文件的各行储存在一个列表当中，并在with代码块外使用该列表：

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#file_reader.py

filename = 'Circumference rate.txt'
with open(filename) as file_object:
    lines = file_object.readlines()
    
for line in lines:
    print(line.rstrip())

输出结果与文件内容完全一致

- 9.1.5 使用文件的内容

创建一个字符串，它包含文件中储存的所有数字，且没有任何空格：

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#pi_string.py

filename = 'Circumference rate.txt'
with open(filename) as file_object:
    lines = file_object.readlines()

pi_string = ''
for line in lines:
    pi_string += line.rstrip()
    
print(pi_string)
print(len(pi_string))

打印该字符串以及其长度：

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3.1415926535  8979323846  2643383279
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由于原文件每行左边都有空格，我们可以使用strip()而不是rstrip()来删除它：

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#pi_string.py

filename = 'Circumference rate.txt'
with open(filename) as file_object:
    lines = file_object.readlines()

pi_string = ''
for line in lines:
    pi_string += line.strip()
    
print(pi_string)
print(len(pi_string))

输出结果如下：

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3.141592653589793238462643383279
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Python中有三个去除头尾字符、空白符的函数，它们依次为:

strip：用来去除头尾字符、空白符(包括\n、\r、\t、’ ‘，即：换行、回车、制表符、空格)

lstrip：用来去除开头字符、空白符(包括\n、\r、\t、’ ‘，即：换行、回车、制表符、空格)

rstrip：用来去除结尾字符、空白符(包括\n、\r、\t、’ ‘，即：换行、回车、制表符、空格)
注意：这些函数都只会删除头和尾的字符，中间的不会删除。
用法分别为：
string.strip([chars])
string.lstrip([chars])
string.rstrip([chars])
参数chars是可选的，当chars为空，默认删除string头尾的空白符(包括\n、\r、\t、’ ‘)
当chars不为空时，函数会被chars解成一个个的字符，然后将这些字符去掉
它返回的是去除头尾字符(或空白符)的string副本，string本身不会发生改变

- 9.2 写入文件

将一条简单的消息储存到文件中：

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#write_message.py

filename = 'programming.txt'
with open(filename,'w') as file_object:
    file_object.write("I love programming!")

调用open()时提供了两个实参，第一个实参也是要打开文件的名称，第二个实参（’w’）告诉Python，我们要以写入模式打开这个文件，打开文件时，可指定读取模式（’r’）、写入模式（’w’）、附加模式（’a’）或者让我们能够读取和写入文件的模式（’r+’），如果省略模式实参，则默认以只读模式打开文件

附表：Python读写文件各种模式区别
模式 可做操作 若文件不存在 是否覆盖
r 打开一个文件用于只读 报错 -
rb 以二进制格式打开一个文件用于只读 报错 -
r+ 打开一个文件用于读和写 报错 是
rb+ 以二进制格式打开一个文件用于读和写 报错 是
w 打开一个文件用于只写 创建 是
wb 以二进制格式打开一个文件只用于只写 创建 是
w+ 打开一个文件用于读和写 创建 是
wb+ 以二进制格式打开一个文件用于读和写 创建 是
a 打开一个文件用于追加 创建 否，追加写
ab 以二进制格式打开一个文件用于追加 创建 否，追加写
a+ 打开一个文件用于读和写 创建 否，追加写
ab+ 以二进制格式打开一个文件用于追加 创建 否，追加写

- 9.3 使用 try-except 代码块处理异常

当我们尝试将一个数字除以0时，会发生ZeroDivisionError异常：

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>>> print(5/0)
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#0>", line 1, in <module>
    print(5/0)
ZeroDivisionError: division by zero

此时我们可以编写一个try-except代码块来处理该异常：

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try:
    print(5/0)
except ZeroDivisionError:
    print("You can't divide by zero!")

当我们运行该程序时，会出现提示：

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You can't divide by zero!

在try-except代码块中加入else，编写一个只执行除法运算的简单计算器：

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print("Give me two numbers,and I'll divide them.")
print("Enter 'q' to quit.")

while True:
    first_number = input("\nFirst number:")
    if first_number == 'q':
        break
    second_number = input("\nSecond number:")
    if second_number == 'q':
        break
    try:
        answer = int(first_number)/int(second_number)
    except ZeroDivisionError:
        print("You can't divide by 0!")
    else:
        print(answer)

运行程序：

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Give me two numbers,and I'll divide them.
Enter 'q' to quit.

First number:45

Second number:0
You can't divide by 0!

First number:36

Second number:8
4.5

First number:q

若不加入try-except代码块，我们在输入0时，程序就会出现异常而崩溃，而try-except代码块很好的解决了这种问题，而且还起到了提示的作用，同样的，try-except代码块也可以处理其他异常，如FileNotFoundError等

- 9.4 储存数据

- 9.4.1 使用 json.dump() 和 json.load()

模块json能够将简单的Python数据结构转储到文件中，并在程序再次运行时加载该文件中的数据；编写一个储存一组数字的简短程序，再编写一个将这些数字读取到内存中的程序，第一个程序将使用 json.dump()来储存这组数据，而第二个程序将使用 json.load()。函数 json.dump()接受两个实参：要储存的数据以及可用于储存数据的文件对象：

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#number_writer.py

import json

numbers = [2,3,5,7,11,13]

filename = 'numbers.json'
with open(filename,'w') as f_obj:
    json.dump(numbers,f_obj)

先导入模块json，再创建一个数字列表， 通常用文件扩展名.json来指出文件储存的数据为JSON格式，然后以写入模式打开该文件，使用函数json.dump()将数字列表储存到文件numbers.json中，打开该文件，数据的储存格式与Python一样：

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[2, 3, 5, 7, 11, 13]

再编写一个程序，使用json.load()将这个列表读取到内存中：

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#number_reader.py

import json

filename = 'numbers.json'
with open(filename) as f_obj:
    numbers = json.load(f_obj)
print(numbers)

输出结果与number_writer.py中创建的数字列表相同：

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[2, 3, 5, 7, 11, 13]

进阶：在同一个程序中使用 json.dump() 和 json.load()：创建文件username.json储存用户名，从该文件中获取用户名，如果这个文件不存在，就在except代码块中提示用户输入用户名，并将其储存在username.json中：

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#remember_me.py

import json

#如果以前储存了用户名，就加载它
#否则就提示用户输入用户名并储存它
filename = 'numbers.json'
try:
    with open(filename) as f_obj:
        username = json.load(f_obj)
except FileNotFoundError:
    username = input("What's your name?")
    with open(filename,'w') as f_obj:
        json.dump(username,f_obj)
        print("We'll remember you when you come back, " + username + "!")
else:        
    print("Welcome back, " + username + "!")

以前没有储存用户名，第一次运行程序：

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What's your name?TRHX
We'll remember you when you come back, TRHX!

再次运行程序：

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Welcome back, TRHX!

- 9.4.2 重构

代码能够正确运行，但可以做进一步的改进——将代码划分为一系列完成具体工作的函数，这样的过程称为重构，重构让代码更清晰、更易于理解、更容易扩展
重构remember_me.py，将大部分逻辑放到一个或者多个函数中：

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#remember_me.py

import json

def greet_user():
    #问候用户，并指出其名字
    filename = 'numbers.json'
    try:
        with open(filename) as f_obj:
            username = json.load(f_obj)
    except FileNotFoundError:
        username = input("What's your name?")
        with open(filename,'w') as f_obj:
            json.dump(username,f_obj)
            print("We'll remember you when you come back, " + username + "!")
    else:        
        print("Welcome back, " + username + "!")

greet_user()

重构greet_user()，让它不执行这么多任务——将获取储存的用户名的代码移到另一个函数中：

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#remember_me.py

import json

def get_stored_username():
    #如果储存了用户名，就获取它
    filename = 'numbers.json'
    try:
        with open(filename) as f_obj:
            username = json.load(f_obj)
    except FileNotFoundError:
        return None
    else:
        return username

def greet_user():
    #问候用户，并指出其名字
    username = get_stored_username()
    if username:
        print("Welcome back, " + username + "!")
    else:
        username = input("What's your name?")
        filename = 'username.json'
        with open(filename,'w') as f_obj:
            json.dump(username,f_obj)
            print("We'll remember you when you come back, " + username + "!")     

greet_user()

将greet_user()中的另一个代码块提取出来：将没有储存用户名时提示用户输入的代码放在一个独立的函数中：

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#remember_me.py

import json

def get_stored_username():
    #如果储存了用户名，就获取它
    filename = 'numbers.json'
    try:
        with open(filename) as f_obj:
            username = json.load(f_obj)
    except FileNotFoundError:
        return None
    else:
        return username

def get_new_username():
    #提示输入用户名
    username = input("What's your name?")
    filename = 'username.json'
    with open(filename,'w') as f_obj:
        json.dump(username,f_obj)
    return username
    

def greet_user():
    #问候用户，并指出其名字
    username = get_stored_username()
    if username:
        print("Welcome back, " + username + "!")
    else:
        username = get_new_username()
        print("We'll remember you when you come back, " + username + "!")     

greet_user()

最终版本实现了每个函数只负责单一而清晰的任务，我们在编写程序时也要像这样，要写出清晰而易于维护和扩展的代码


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