Python练习：从入门到实践——文件和异常

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一、从文件中读取数据

1.1 读取整个文件

1.2 文件路径

1.3 逐行读取

1.4 创建一个包含文件各行内容的列表

1.5 使用文件的内容

1.6 包含一百万位的大型文件

1.7 圆周率中包含你的生日吗

二、写入文件

2.1 写入空文件

2.2 写入多行

2.3 附加到文件

练习

三、异常

3.1 处理ZeroDivisionError异常

3.2 使用异常避免崩溃

3.3 处理FileNotFoundError异常

3.4 分析文本

3.5 使用多个文件

3.6 pass（）语句

四、 存储数据

4.1 使用json.dump()和json.load()

4.2 保存和读取用户生成的数据

 

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一、从文件中读取数据

1.1 读取整个文件

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

1. 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，函数open()返回一个表示文件的对象，并将此对象存储在变量file_object中。
2. 关键字with在不再需要访问文件后将其关闭。并非在任何情况下都能轻松确定关闭文件的恰当时机，但是通过with结构，可以让Python去确定，用户只管打开文件，并在需要的时候使用它，Python会在何时的时候自动将其关闭；
3. 方法read()用来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，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；
4. 相比于原文件，该输出的不同在于末尾多了一个空行，因为read()到达文件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，要删除多余的空行，应使用rstrip()，此时输出与原始文件的内容完全相同。

print(contents.rstrip())

1.2 文件路径

• 相对路径——数据文件存储在程序文件所在目录下的一个文件夹中
• 绝对路径——使用绝对路径乐意读取系统任何位置的文件

MAC OS使用“/”，windows 使用“\”。

1.3 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，或者以某种方式修改文件中的文本。

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 = 'txt_file/pi_digist.txt'

with open(filename) as file_object:
    for line in file_object:
        print(line.rstrip())

1. 可以将要读取文件的名称存储在变量filename中；
2. 调用open()后，将一个表示文件及其内容的对象存储到了变量file_object中；
3. 使用关键字with，让Python负责打开和关闭文件。

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，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。

filename = 'txt_file/pi_digist.txt'

with open(filename) as file_object:
    lines = file_object.readlines()

for line in lines:
    print(line.rstrip())

1.5 使用文件的内容

e.g 以简单的方式使用圆周率的值。

filename = 'pi_digits.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))

！！读取文本时，Python将其中的所有文本都解读为字符串，若读到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float()将其转换为浮点数。

1.6 包含一百万位的大型文件

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做，想处理多少数据都可以。

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(pi_string[:52] + '...')
print(len(pi_string))

1.7 圆周率中包含你的生日吗

e.g 判断某人的生日是否包含在圆周率值的前10000001位中。（可将生日表示位一个?️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.rstrip()

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.")

练习：

e.g-1 在文本编辑器中新建一个文件，命名为“learning_python.py”；编写一个程序，读取该文件，并打印其内容。

filename = 'learning_python.txt'

with open(filename) as file_object:
    # 读取整个文件
    contents = file_object.read()
    print(contents.rstrip())

    # 遍历文件对象
    for line in file_object:
        print(line.strip())

    # 将各行存储在一个列表中
    lines = file_object.readlines()

# 在with代码块外打印文件内容
for line in lines:
    print(line.strip())

e.g-2 使用方法replace()将字符串中的特定单词都替换为另一个单词。

message = "I really like dogs, I hace a dog named 'Pipi'."

print(message.replace('dog','cat'))

二、写入文件

保存数据最简单的方式之一是将其写入文件中。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。

2.1 写入空文件

filename = 'programming.txt'

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

• 写文件时调用open()需要提供两个实参，一个是文件名，另一个是'w'告诉Python以写入模式打开文件。打开文件时，可以指定“读取模式（'r'），写入模式（'w'），附加模式（'a'），能够读取和写入文件的模式（'r+）。若忽略了模式实参，Python将以默认的只读模式打开文件；
• 若写入的文件不存在，open()将自动创建；若以写入模式（'w'）打开文件，指定的文件已经存在，python将在返回文件对象前清空该文件。
• Python只能将字符串写入文本文件中，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。

2.2 写入多行

函数write()不会在写入文本末尾的换行符，需要指定换行符。\n——换行符，\t——制表符

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

2.3 附加到文件

若要给文件添加内容，而不是覆盖原有的内容，可以使用附加模式打开文件；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，写入的内容将加在文件的末尾；若打开的指定文件不存在，Python会创建一个空文件。

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 browser.\n")

练习

e.g 编写一个while循环，提示用户输入其名字。用户输入其名字后，在屏幕上打印一句问候语，并将一条访问记录添加到文件guest_book.txt中，确保每条记录都独占一行。

filename = 'guest_book.txt'

flag = True
with open(filename,'w') as file_object:
    while flag:
        name = input("Please input your name: ")
        if name!='q':
            message = "Hello, " + name.title()
            print(message)
            file_object.write(message + "\n")
        else:
            break

三、异常

Python使用被称为异常的特殊对象来管理程序执行期间发生的错误，每当发生让Python无法处理的错误时，它会创建一个异常对象；若编写了处理该异常的代码，程序将继续运行，若未对异常进行处理，程序将停止，并显示traceback，其中包含有关异常的报告。

异常是使用try-except代码块处理的，try-except代码块让python执行指定的操作，同时告诉Python发生异常时该怎么办。使用try-except代码块时，即便出现异常程序也会继续运行，显示编写好的错误信息而不是traceback。

3.1 处理ZeroDivisionError异常

当认为可能发生了错误时，可编写一个try-except代码块来处理可能引发的异常。

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

• 将可能导致错误的代码行放在try 代码块中，如果try 代码块运行期俩没有问题，Python将跳过except代码块，如果try代码块中的代码导致了错误，Python将查找昂except代码块，并运行其中的代码，指出引发错误的原因。
• 若try-except代码块后面还有其他代码，程序将接着运行。

3.2 使用异常避免崩溃

发生错误时，若程序还没有完成工作，妥善得处理错误异常重要。这种情况常常出现在要求用户提供输入的程序中，如果程序能够妥善地处理无效输入，就能再提示用户有效输入，而不至于崩溃。

e.g 创建一个只执行除法运算的简单计算器。

print("Give me two number 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("Second 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)

try-except-else代码块的工作原理：

• 只有可能引发异常的代码才需要放在try语句中；
• 仅在try代码块中成功执行时才需要运行的代码，放在else代码块中；
• except代码块指示了当try代码块中的代码引发了指定的异常时，程序应该怎么做。

3.3 处理FileNotFoundError异常

e.g 尝试读取一个不存在的文件。

filename = 'programming.txt'

try:
    with open(filename) as file_object:
        contents = file_object.read()
        print(contents)
except FileNotFoundError:
    msg = "Sorry, the file '" + filename + "' does not exist."
    print(msg)

3.4 分析文本

split()：以空格为分割符将字符串拆分成多个部分，并将这些部分都存储在一个列表中，结果是一个包含字符串中所有单词的列表。

e.g 分析文本中包含多少单词。

try:
    with open(filename) as file_object:
        contents = file_object.read()

except FileNotFoundError:
    msg = "Sorry, the file '" + filename + "' does not exist."
    print(msg)
else:
    # 计算文件大致包含多少单词
    words = contents.split()
    num_words = len(words)
    print("The file " + filename + " has about " + str(num_words) + " words.")

3.5 使用多个文件

def count_words(filename):
    """计算一个文件大致包含多少个单词"""
    try:
        with open(filename) as f_obj:
            contents = f_obj.read()
    except FileNotFoundError:
        msg = "Sorry, the file '" + filename +"' does not exist.."
        print(msg)
    else:
        # 计算文件大致包含几个单词
        words = contents.split()
        num_words = len(words)
        print("The file " + filename + " has about " + str(num_words) + " words.")

filenames = ['alice.txt','siddhartha.txt','moby_dick.txt','little_women.txt']
for filename in filenames:
    count_words(filename)

3.6 pass（）语句

pass语句可以跳过，也可以做占位符，提醒用户在程序的某个地方什么都没做，并且以后也许要在这里做些什么。

四、 存储数据

模块json能将简单的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。还可以使用json在Python之间分享数据。Json数据并非Python专用。

4.1 使用json.dump()和json.load()

json.dump()接受两个实参：要存储的数据、可用于存储数据的文件对象。

import json

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

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

使用json.load()将数据读取到内存中。

import json

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

print(numbers)

4.2 保存和读取用户生成的数据

import json


filename = 'username.json'
try:
    with open(filename) as f_obj:
        username = json.load(f_obj)
except FileNotFoundError:
        username = input("What is 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 +"!")