Python文件和异常(一)

简介: Python文件和异常(一)

一、从文件中读取数据

       文本文件可存储的数据量多得难以置信: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,可以编写一个这样的程序:读取一个文本文件的内容,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。


       要使用文本文件中的信息,首先需要将信息读取到内存中。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。

(一)读取整个文件

       要读取文件,需要一个包含几行文本的文件。下面首先创建一个文件,它包含精确到小数点后30位的圆周率值,且在小数点后每10位处换行:

3.1415926535 
  8979323846 
  2643383279

       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 pi_digits.txt 。

       下面的程序打开并读取这个文件,再将其内容显示到屏幕上:

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

       在这个程序中,第一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,那怕仅仅是打印其内容,都得先打开文件,才能访问它。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。在本例中,当前运行的是 file_reader.py ,因此 Python 在 file_reader.py 所在的目录中查找 pi_digits.txt 。函数 open() 返回一个表示文件的对象。在这里,open('pi_digits.txt') 返回一个表示文件 pi_digitls.txt 的对象, Python 将该对象赋给 file_object 供以后使用。


       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() 。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 导致方法 close() 未执行,文件将不会关闭。这看似微不足道,但未妥善关闭文件可能导致数据丢失或受损。如果在程序中过早调用 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能轻松确定关闭文件的怡当时机,但通过使用前面所示的结构,可让 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 pi_digits.txt 的文件对象后,使用方法 read()(前述程序的第二行)读取这个文件的全部内容,并将其作为一个长长的字符串赋给变量 contents 。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:

3.1415926535 
  8979323846 
  2643383279
 

       相比于原始文件,该输出唯一不同的地方是末尾多了一个空行。为何会多出这个空行呢?因为 read() 到达文件未尾时返回一个空字符串,而将这个空字符串显示出来时就是一个空行。要删除多出来的空行,可在函数调用 print() 中使用 rstrip() :

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

     前面说过,Python 方法 rstrip() 删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:

3.1415926535 
  8979323846 
  2643383279

(二)文件路径

       将类似于pi_digits.txt 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。

       根据你组织文件的方式,有时可能要打开不在程序文件所属目录中的文件。例如,你可能将程序文件存储在了文件夹 python_work 中,而该文件夹中有一个名为 text_files 的文件夹用于存储程序文件操作的文本文件。虽然文件夹 text_files 包含在文件夹 python_work 中,但仅向 open() 传递位于前者中的文件名称也不可行,因为 Python 只在文件夹 python_work 中查找,而不会在其子文件夹 text_files 中查找。要让 Python 打开不与程序文件位于同一个目录中的文件,需要提供文件路径,让 Python 到系统的特定位置去查找。

       由于文件夹 text_files 位于文件夹 python_work 中,可以使用相对文件路径来打开其中的文件。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。例如,可这样编写代码:

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

     这行代码让 Python 到文件夹 python_work 下的文件夹 text_files 中去查找指定的 .txt 文件。

注意:显示文件路径时,Windows 系统使用反斜杠(\)而不是斜杠(/),但在代码中依然可以使用斜杠。

       还可以将文件在计算机中的准确位置告诉 Python ,这样就不用关心当前运行的程序存储在什

么地方了。这称为绝对文件路径。在相对路径行不通时,可使用绝对路径。例如,如果 text_files 并不在文件夹 python_work 中,而在文件夹 other_files 中,则向 open() 传递路径 'text_files/filename.txt' 行不通,因为 Python 只在文件夹 python_work 中查找该位置。为明确指出希望 Python 到哪里去查找,需要提供完整的路径。  

       绝对路径通常比相对路径长,因此将其赋给一个变量,再将该变量传递给 open() 会有所帮助:

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

       通过使用绝对路径,可读取系统中任何地方的文件。就目前而言,最简单的做法是,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所在目录下的一个文件夹(如 text_files )中。


注意:如果在文件路径中直接使用反斜杠,将引发错误,因为反斜杠用于对字符串中的字符进行转义。例如,对于路径 "C:\path\to\file.txt" ,其中的 \t 将被解读为制表符。如果一定要使用反斜杠,可对路径中的每个反斜杠都进行转义,如 "C:\\path\\to\\file.txt" 。

(三)逐行读取

      读取文件时,常常需要检查其中的每一行:可能要在文件中查找特定的信息,或者要以某种方式修改文件中的文本。例如,你可能要遍历一个包含天气数据的文件,并使用天气描述中包含 sunny 字样的行。在新闻报道中,你可能会查找包含标签 <headline> 的行,并按特定的格式设置它。

       要以每次一行的方式检查文件,可对文件对象使用for循环:

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

       将要读取的文件的名称赋给变量 filename 。这是使用文件时的一种常见做法。变量 filename 表示的并非实际文件——它只是一个让 Python 知道到哪里去查找文件的字符串,因此可以轻松地将 'pi_digits.txt' 替换为要使用的另一个文件的名称。调用 open() 后,将一个表示文件及其内容的对象赋给了变量 file_object 。这里也使用了关键字 with ,让 Python 负责妥善地打开和关闭文件。为查看文件的内容,通过对文件对象执行循环来遍历文件中的每一行。

       打印每一行时,发现空白行更多了:

3.1415926535 
 
  8979323846 
 
  2643383279
 

       为何会出现这些空白行呢?因为在这个文件中,每行的末尾都有一个看不见的换行符,而函数调用 print() 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,另一个来自函数调用 print() 。要消除这些多余的空白行,可在函数调用 print() 中使用 rstrip() :

filename = 'pi_digits.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:

3.1415926535
  8979323846
  2643383279

(四)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:可以立即处理文件的各个部分,也可以推迟到程序后面再处理。

       下面的示例在 with 代码块中将文件 pi_digits.txt 的各行存储在一个列表中,再在 with 代码块外打印:

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

       方法 readlines() 从文件中读取每一行,并将其存储在一个列表中。接下来。该列表被赋给变量 lines 。在 with 代码块外,依然可使用这个变量。使用一个简单的 for 循环来打印 lines 中的各行。因为列表 lines 的每个元素都对应于文件中的一行,所以输出与文件内容完全一致。

(五)使用文件的内容

       将文件读取到内存中后,就能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,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 = 'pi_digits.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))

       像前一个示例一样,首先打开文件,并将其中所有的行都存储在一个列表中。创建了一个变量 pi_string ,用于指向圆周率的值。接下来,使用一个循环将各行加入 pi_string ,并删除每行末尾的换行符。打印这个字符串及其长度:

3.1415926535  8979323846  2643383279
36

       变量 pi_string 指向的字符串包含原来位于每行左边的空格,为删除这些空格,可使用 strip() 而非 Istrip() :

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

      这样就获得了一个字符串,其中包含准确到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:

3.141592653589793238462643383279
32

注意:读取文本文件时,Python 将其中的所有文本都解读为字符串。如果读取的是数,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。

(六)包含一百万位的大型文件

       前面分析的都是一个只有三行的文本文件,但这些代码示例也可处理大得多的文件。如果我们有一个文本文件,其中包含精确到小数点后1000000位而不是30位的圆周率值,也可创建一个包含所有这些数字的字符串。为此,无须对前面的程序做任何修改,只要将这个文件传递给它即可。在这里,只打印到小数点后50位,以免终端为显示全部1000000位而不断滚动:

filename = 'pi_million_digits.txt'
 
with open(filename) as file_object:
    lines = file_object.readlines()
 
pi_string = ''
for line in lines:
    pi_string += line.strip()
    
print(f"{pi_string[:52]}...")
print(len(pi_string))

    输出表明,创建的字符串确实包含精确到小数点后1000000位的圆周率值:

3.14159265358979323846264338327950288419716939937510...
1000002

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

(七)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值中。下面来扩展刚才编写的程序,以确定某个人的生日是否包含在圆周率值的前1000000位中。为此,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 pi_string 中:

filename = 'pi_million_digits.txt'
 
with open(filename) as file_object:
    lines = file_object.readlines()
 
pi_string = ''
for line in lines:
    pi_string += line.strip()
 
birthday = input("Enter your birthday, in the form mmddyy: ")
if birthday in pi_string:
    print("Your birthday appears in the first million digits of pi!")
else:
    print("Your birthday does not appear in the first million digits of pi.")

    提示用户输入生日。检查这个字符串是否包含在 pi_string 中。下面来运行一下这个程序:

Enter your birthday, in the form mmddyy: 030109
Your birthday appears in the first million digits of pi!

       我的生日确实出现在了圆周率值中!读取文件的内容后,能以你能想到的任何方式对其进行分析。

二、写入文件

     保存数据的最简单的方式之一是将其写人文件中。通过将输出写人文件,即便关闭包含程序输出的终端窗口,这些输出也依然存在:可以在程序结束运行后查看这些输出,可以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。

(一)写入空文件

       要将文本写人文件,你在调用 open() 时需要提供另一个实参,告诉 Python 你要写入打开的文件。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:

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

       在本例中,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 ,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') 或读写模式 ('r+' ) 。如果省略了模式实参,Python 将以默认的只读模式打开文件。


       如果要写入的文件不存在,函数 open() 将自动创建它。然而,以写人模式 ('w') 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的内容。

       使用文件对象的方法 write() 将一个字符串写人文件。这个程序没有终端输出,但如果打开文件 programming.txt ,将看到其中包含如下一行内容:

I love programming.

       相比于计算机中的其他文件,这个文件没有什么不同。你可以打开它、在其中输人新文本、复制其内容、将内容粘贴到其中,等等。

注意: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。

(二)写入多行

       函数 write() 不会在写人的文本末尾添加换行符,因此如果写入多行时没有指定换行符,文件看起来可能不是你希望的那样:

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

   如果你打开 programming.txt ,将发现两行内容挤在一起:

I love programming.I love creating new games.

       要让每个字符串都单独占一行,需要在方法调用 write() 中包含换行符:

filename = 'programming.txt'
 
with open(filename, 'w') as file_object:
    file_object.write("I love programming.\n")
    file_object.write("I love creating new games.\n")

    现在,输出出现在不同的行中:

I love programming.
I love creating new games.

       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。

(三)附加到文件

       如果要给文件添加内容,而不是覆盖原有的内容,可以以附加模式打开文件。以附加模式打开文件时,Python 不会在返回文件对象前清空文件的内容,而是将写人文件的行添加到文件末尾。如果指定的文件不存在,Python 将为你创建一个空文件。


      下面来修改 write_message.py ,在既有文件 programming.txt 中再添加一些你酷爱编程的原因:

filename = 'programming.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 browser.\n")

      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。又写人了两行,它们被添加到文件 programming.txt 末尾:

I love programming.
I love creating new games.
I also love finding meaning in large datasets.
I love creating apps that can run in a browser.

       最终的结果是,文件原来的内容还在,后面则是刚添加的内容。

未完,待续……


:上述文章可能用到的数据文件:

链接:https://pan.quark.cn/s/0c4a1f5cbcc3

提取码:q7eK


目录
相关文章
|
5天前
|
Shell Python
Python基础教程(第3版)中文版 第11章 文件(笔记)
Python基础教程(第3版)中文版 第11章 文件(笔记)
|
5天前
|
Shell Python
Python基础教程(第3版)中文版 第11章 文件(笔记)
Python基础教程(第3版)中文版 第11章 文件(笔记)
|
5天前
|
Python
Python基础教程(第3版)中文版 第8章 异常(笔记)
Python基础教程(第3版)中文版 第8章 异常(笔记)
|
4天前
|
数据可视化 Python
python WAV音频文件处理——(3)高效处理大型 WAV 文件
python WAV音频文件处理——(3)高效处理大型 WAV 文件
31 9
|
4天前
|
数据管理 Python 内存技术
python WAV音频文件处理—— (2)处理PCM音频-- waveio包
python WAV音频文件处理—— (2)处理PCM音频-- waveio包
31 15
|
4天前
|
存储 Python 内存技术
python WAV音频文件处理—— (1)读写WAV文件
python WAV音频文件处理—— (1)读写WAV文件
32 14
|
4天前
|
存储 Python
Python零基础入门-8 错误和异常
Python零基础入门-8 错误和异常
|
4天前
|
计算机视觉 索引 Python
openCV 3计算机视觉 Python语言实现 笔记__第二章 处理文件、摄像头和图形用户界面
openCV 3计算机视觉 Python语言实现 笔记__第二章 处理文件、摄像头和图形用户界面
|
4天前
|
Python
python执行elasticsearch异常【已解决】
python执行elasticsearch异常【已解决】
8 2
|
5天前
|
搜索推荐 区块链 开发者
【python程序打包教程】PyInstaller一键打包Python程序为独立可执行exe文件
【python程序打包教程】PyInstaller一键打包Python程序为独立可执行exe文件