python基础篇(二十一)——文件和异常(上)

Posted 2021-08-24 一计之长

前言

  我们前面的文章给大家介绍了Python中类的相关知识；本文开始给大家介绍Python中的文件和在写程序中遇到的一些异常。首先给大家介绍从文中读取数据；

一、从文件中读取数据

  文本文件可存储的数据量多的难以置信；天气数据、交通数据、社会经济数据、文学作品等。每当需要分析或修改存储在文件中的信息时，读取文件都很有用，对数据分析应用程序来说尤其如此。例如，你可以编写一个这样程序；读取一个文本文件内容，重新设置这些数据的格式并将其写入文件，让浏览器能够显示这些内容。
  要使用文本中的信息，首先需要将信息读取的内存中。为此，你可以一次性读取文件的全部内容，也可以以每次一行的方式逐步读取。

1、读取整个文件

  要读取文件，需要一个包含几行文本的文件的内容。下面首先来创建一个文件，它包含精确到小数点后30位的圆周率，且小数点后每10位都换行：具体文件如下：

  要动手尝试后续示例，可在编辑器中输入这些数据行，再将文件保存为demo.txt。然后，将该文件保存到如图所示的目录中(一定要与程序在同一目录中)。下面的程序打开并读取文件，再将其内容显示到屏幕上；

with open(\'demo.txt\') as file_object:
    contents = file_object.read()
    print(contents)

  在这个程序中，第1行代码做了大量的工作，我们先来看看函数open()。要以任何方式使用文件——哪怕仅仅是打印其内容，都得先打开文件，这样才能访问它。函数open()接受一个参数：要打开文件的名称。Python在当前执行的文件所在目录中查找指定文件。在这个示例中，当前运行的是test2.py，因此Python在test.py所在目录中查找demo.txt。函数open()返回一个表示文件的对象。在这里，open(\'demo.txt\')返回一个表示文件demo.txt的对象；Python将这个对象存储在我们这在后面使用的变量中。
  关键字with在不再需要访问文件后将其关闭。在这个程序中，注意到我们调用了open()，但没有调用close()；你也可以调用open()和close()来打开和关闭文件，但这样做时，如果程序存在bug，导致close()语句未执行，文件将不会关闭。这看似微不足道，但未妥善地关闭文件可能会导致数据丢失或受损。如果在程序中过早地调用close()，你会发现需要使用文件时它已关闭(无法访问),这会导致更多的错误。并非在任何情况下都轻松确定关闭文件恰当时机，但通过使用前面所示的结构，可以让Python去确定；你只管打开文件，并在需要时使用它，Python自会在合适的时候自动将其关闭。
  有了表示demo.txt的文件对象后，我们使用方法read()(前述程序的第2行)读取文件的全部内容，并将其作为一个长长的字符串存储在变量contents中。这样，通过打印contents的值，就可将这个文本文件的全部内容显示出来：

  为何会出这个空行呢？因为read()到达文件末尾返回一个空字符串，而将这个空字符串，而将这个空字符串显示出来时就是一个空行。要删除末尾的空行，可在print语句中使用rstrip()；

with open(\'demo.txt\') as file_object:
    contents = file_object.read()
    print(contents.rstrip())

  本文在前面提到过，Python方法rstrip()删除(剥除)字符串末尾的空白。现在，输出与原始文件的内容完全相同，具体实现结果如下：

2、文件路径

  当你将类似demo.txt这样的简单文件名传递给函数open()时，Python将在当前执行的文件(即.py程序文件)所在的目录中查找文件。
  根据我们组织文件的方式，有时可能要打开不在程序文件所属目录中的文件。例如，我们将程序文件存储在了文件夹test中，而在文件test中，有一个名为text_file的文件夹，用于存储程序文件操作的文本文件。虽然文件夹test_file包含在文件夹test中，但仅向open()传递位于该文件夹中文件的名称也不可行，因为Python只在文件夹test中查找，而不会在其子文件夹test_file中查找。要让Python打开不与程序文件位于相同一个目录中的文件，需要提供文件路径，它让Python到系统的特定位置去查找。
  由于文件夹test_file文件文件夹test中，因此， 可使用相对文件路径来打开该文件夹中的文件。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，我门可以这样编写代码：

with open(\'text_file/filename.txt\') as file_objects:

  这行代码让Python到文件夹test下的文件夹tset_file中去查找指定的.txt文件。在windows系统中，在文件路径中使用\\而不是/。

with open(\'text_file\\filename.txt\') as file_objects:

  我们还可以将文件在计算中的准确位置告诉Python，这样就不用关心当前运行的程序存储在什么地方了。这称为绝对路径。在相对路径行不通时，可使用绝对路径。例如，如果test_file并不在文件夹test中，而在文件夹other_files中，则向open()传递路径text_file/filename.txt是不行的，因为Python只在文件夹test中查找该位置。为明确地指出我们希望Python到哪里去查找，我们需要提供完整的路径。
  绝对路径通常比相对路径更长，因此将其存储在一变量中，再将该变量传递给open()会有所帮助。在Linux和OS X中，绝对路径类似于下面这样：

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

  而在window系统中，他们类似于，它类似于下面这样：

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

  通过使用绝对路径，可读取系统任何地方的文件。就目前而言，最简单的做法就是：要么将数据文件存储在程序文件所在的目录，要么将其存储在程序文件呢所在目录下的一个文件夹(如text_file)中。
  这里需要我们注意的是：windows系统有时候能够正确地解读文件路径中的斜杠。如果你使用的是windows系统，且结果不符合预期，请确保在文件路径中使的是反斜杠。另外，由于反斜杠是在Python中被视为是转义标记，为在windows中确保万无一失，应以原始字符字符串的方式指定路径，即在开头的单引号前面加上r。

3、逐行读取

  读取文件时，常常需要检查其中的每一行；你可能要在文件中查找特定的信息，或者要以某种方法修改文件中的文本。例如，我们可能要遍历一个包含天气数据的文件，并使用天气描述总包含字样sunny的行。在新闻报道中，你可能会查找包含标签的行，并按特定的格式设置它。
  要以每一次执行的方式检查文件，可对文件对象使用for循环：

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

  我们将要读取的文件名称存储在变量filename中，这是使用文件时一种常见的做法。由于变量filename表示的并非实际文件——它只是一个让Python知道哪里去查找文件的字符串，因此可轻松地将demo.txt替换为我们要使用的另一个文件的名称。调用open()后，将让Python负责妥善地打开和关闭文件。为查看文件的内容，我们通过对文件对象执行循环来遍历文件中的每一行。我们打印每一行时，发现空白行更多了，具体如下图所示：

  为何出现这些空白行呢？因为在这个文件中，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，另一个来自print语句。要消除这些多余的空白行，可在print语句中使用rstrip()：

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

  现在，输出又与文件内容完全相同了：

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存储在一个列表中，并在with代码块外使用该列表：你可以立即处理文件的各个部分，也可推迟到程序后面在处理。
  下面的示例在with代码中将文件demo.txt的各行存储在一个列表中，再在with代码块外打印它们：

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

  我们通过用read_lines()从文件中读取每一行，并将其存储在一个列表中：接下来，该列表被存储到变量lines中；在with代码块中，我们依然可以使用这个变量。在我们使用一个简单的for循环来打印lines中的各行。由于列表lines的每个元素都对应于文件中的一行，因此输出与文件内容完全一致。

5、使用文件的内容

  将文件读取到内存后，就可以任何方式使用这些数据了。下面以简单的方式使用圆周率的值。首先，我们将创建一个字符串，它包含文件中存储的所有数字，且没有任何空格：

filename = \'demo.txt\'
with open(filename) as file_object:
    lines = file_object.readlines()
    de_string = \'\'
    for line in lines:
        de_string += line.rstrip()
print(de_string)
print(len(de_string))

  就像前面的示例一样，我们首先打开文件，并将其中的所有行都存储在一个列表中。首先，我们创建了一个变量——de_string，用于存储圆周率的值。接下来，我们使用一个循环将各行都加入de_string，并删除每行末尾的换行符，最后骂我们将其字符串的长度打印出来，具体结果如下：

  在变量de_string存储的字符串中，包含原来位于每行左边的空格，为删除这些空格，可使用strip()而不是strip()：

filename = \'demo.txt\'
with open(filename) as file_object:
    lines = file_object.readlines()
    de_string = \'\'
    for line in lines:
        de_string += line.strip()
print(de_string)
print(len(de_string))

  这样，我们就获得了一个这样的字符串：它包含精确到30位小数的圆周率值。这个字符串长32字符，因为它还包含整数部分的3和小数点，具体执行结果如下：

  这里需要注意的是：读取文本文件时，Python将其中的所有文本都解读为字符串。如果你读取的是数字，并要将其作为数值使用，就必须使用函数int()将其转换为整数，或使用函数float()将其转换为浮点数。

6、包含一百万位的大型文件

  前面我们分析的都是一个只含有三行的文本文件，但这些代码示例也可以处理大得多的文件。如果我们有一个文本文件，其中包含精确到小数点后10000000位而不是30位的圆周率值，也可以创建一个包含所有这些数字的字符串。为此，我们无需对前面的程序做任何修改，只需将这个文件传递给它即可。在这里，我们只打印到小数点后30位，以免终端为显示全部100000000位而不断地翻滚。

filename = \'demo.txt\'
with open(filename) as file_object:
    lines = file_object.readlines()
    de_string = \'\'
    for line in lines:
        de_string += line.strip()
print(de_string[:22] + "...")
print(len(de_string))

  输出表明，我们创建的字符串确实包含精确到小数点后30位的圆周率值：

  对于我们可处理的数据量，Python没有任何限制；只要系统的内存足够多，我们想处理多少数据都可以。

7、圆周率值中包含你的生日吗

  我一直想知道自己的生日是否包含在圆周率中。下面来扩展刚写好的程序，已确定某个人的生日是否包含在圆周率的前32位中。为此，我们可将生日表示为一个由数字组成的字符串，再检查这个字符串是否包含在de_string中：

filename = \'demo.txt\'
with open(filename) as file_object:
    lines = file_object.readlines()
    de_string = \'\'
    for line in lines:
        de_string += line.strip()
birthday = input("请输入您的生日，请采用标准的日期格式")
if birthday in de_string:
    print("您的生日出现在32位圆周率中")
else:
    print("您的生日不在这32位圆周率中")

  我们首先提示用户输入其生日，接下来我们检查这个字符串是否包含在de_string中。运行以下这个程序即：

  我的生日不在前32位圆周率中！读取文件后，就可以以我们想象的任何方式对其进行分析。

二、写入文件

  保存数据最简单的方式之一是将其写入到文件中。通过将输出写入文件，即便关闭包含程序输出的终端窗口，这些输出也依然存在：我们可以在程序结束运行后查看这些输出，可与别人分享输出文件，还可以编写程序来将这些输出读取到内存中并进行处理。

1、写入多行

  函数write()不会再你写入的文件末尾添加换行符，因此如果你写入多行时没有指定换行符，文件看起来可能不是我们所希望的那样：

filename = \'demo1.txt\'
with open(filename, \'w\') as file_object:
    file_object.write("I Love Studing Python!!")
    file_object.write("I Love creating new python programming!!!")

  如果我们打开该文件，将发现两行内容挤在一起，具体如下：

  要让每个字符串都单独占一行，需要在write()语句中包含换行符：

filename = \'demo1.txt\'
with open(filename, \'w\') as file_object:
    file_object.write("I Love Studing Python!!\\n")
    file_object.write("I Love creating new python programming!!!\\n")

  现在，输出出现在不同行中：

  像显示到终端的输出一样，还可以使用空格、制表符和空行来设置这些输出的格式。

2、写入空文件

  要将文本写入文件，你在调用open()时需要提供另一个实参，告诉Python我们要写入打开的文件。为明白其中的工作原理，我们来将一条简单的消息存储到文件中，而不是将其打印到屏幕上，具体实现如下：

filename = \'demo2.txt\'
with open(filename, \'w\') as file_object:
    file_object.write("I Love Studing Python!!\\n")

  在这个示例中，调用open()时提供了两个实参。第一个实参也是要打开的文件的名称；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’)或让你能够读取和写入文件的模式(‘r+’)。如果你省略了模式实参，Python将以默认的只读模式打开文件。
  如果你要写入的文件不存在，函open()将自动创建它。然而，以写入(‘w’)模式打开文件时，千万要小心，因为如果指定的文件已经存在，Python将在返回文件对象前清空该文件。
  我们使用文件对象方法write()将一个字符串写入文件。这个程序没有终端输出，但如果我们打开文件，将其看到其中包含如下一行内容：

  相比于我们的计算机中的其他文件，这个文件没有什么不同。我们可以打开它、在其中输入新文本、复制内容、将内容粘贴到其中等。
  这里需要我们注意的是：Python只能将字符串写入文本文件。要将数值数据存储到文本文件中，必须先使用函数str()将其转换为字符串格式。

3、附加到文件

  如果我们要给文件添加内容，而不是覆盖原有内容，可以附加模式打开文件时，Python不会再返回文件对象前清空文件，而我们写入的文件的行都将添加到文件末尾。如果指定的文件不存在时，Python将为我们创建一个空文件。

filename = \'demo1.txt\'
with open(filename, \'a\') as file_object:
    file_object.write("I also love finding meaning in large datasets. \\n")
    file_object.write("I love creating apps that can run in a browers.\\n")

  我们首先打开文件时，指定了实参a，以便将内容附加到文件末尾，而不是覆盖文件原来的内容，另外，我们又写入了两行，它们添加到文件末尾，具体执行结果如下：

  最终的结果是：文件原来的内容还在，它们后面是我们刚添加的内容。

总结

  我们前面的文章给大家介绍了Python中类的相关知识；本文开始给大家介绍Python中的文件和在写程序中遇到的一些异常。本文主要给大家介绍了文件的写入和读取。Python是一门注重实际操作的语言，它是众多编程语言中最简单，也是最好入门的。当你把这门语言学会了，再去学习java、go以及C语言就比较简单了。当然，Python也是一门热门语言，对于人工智能的实现有着很大的帮助，因此，值得大家花时间去学习。生命不息，奋斗不止，我们每天努力，好好学习，不断提高自己的能力，相信自己一定会学有所获。加油！！！