python编程：从入门到实践-10文件和异常

1从文件中读取数据
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。

1.1读取整个文件
下面首先来创建一个文件，它包含精确到小数点后30位的圆周率值，且在小数点后每10位处都换行：

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，也可从本书的配套网站（https://www.nostarch.com/pythoncrashcourse/）下载该文件。然后，将该文件保存到本章程序所在的目录中。
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)

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。在这个示例中，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_digits.txt的对象；Python将这个对象存储在我们将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能轻松确定关闭文件的恰当时机，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，我们使用方法read()（前述程序的第2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：

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()到达文件末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print语句中使用rstrip()

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

1.2文件路径
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，而在文件夹python_work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()传递位于该文件夹中的文件的名称也不可行，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，它让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，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Windows系统中，在文件路径中使用反斜杠（\）而不是斜杠（/）：

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

你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。
绝对路径通常比相对路径更长，因此将其存储在一个变量中，再将该变量传递给open()会有所帮助。

file_path = 'C:\Users\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 Windows系统有时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用的是反斜杠。

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：

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

我们打印每一行时，发现空白行更多了：

3.1415926535

8979323846

2643383279

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()

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再处理。

filename = 'pi_digits.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
将文件读取到内存中后，就可以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 = '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))

3.1415926535 8979323846 2643383279
36

在变量pi_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rstrip()：

filename = 'pi_30_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))

3.141592653589793238462643383279
32

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。

1.6包含一百万位的大型文件
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1 000 000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
对于你可处理的数据量，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。

1.7圆周率值中包含你的生日吗
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.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.")

Enter your birthdate, in the form mmddyy: 120372
Your birthday appears in the first million digits of pi!

2写入文件

2.1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

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

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，函数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。

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。

2.2写入多行
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 = '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")

I love programming.
I love creating new games.

2.3附加到文件
如果你要给文件添加内容，而不是覆盖原有的内容，可以附加模式打开文件。你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，而你写入到文件的行都将添加到文件末尾。
如果指定的文件不存在，Python将为你创建一个空文件。

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")

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.

3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不知所措的错误时，它都会创建一个异常对象。如果你编写了处理该异常的代码，程序将继续运行；如果你未对异常进行处理，程序将停止，并显示一个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发生异常时怎么办。使用了try-except代码块时，即便出现异常，程序也将继续运行：显示你编写的友好的错误消息，而不是令用户迷惑的traceback。

3.1处理 ZeroDivisionError 异常

print(5/0)

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

3.2使用 try-except 代码块

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

3.3使用异常避免崩溃

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("Second number: ")
    if second_number == 'q':
        break
    answer = int(first_number) / int(second_number)
    print(answer)

Give me two numbers, and I'll divide them.
Enter 'q' to quit.
First number: 5
Second number: 0
Traceback (most recent call last):
File "division.py", line 9, in <module>
answer = int(first_number) / int(second_number)
ZeroDivisionError: division by zero

程序崩溃可不好，但让用户看到traceback也不是好主意。不懂技术的用户会被它们搞糊涂，而且如果用户怀有恶意，他会通过traceback获悉你不希望他知道的信息。例如，他将知道你的程序文件的名称，还将看到部分不能正确运行的代码。有时候，训练有素的攻击者可根据这些信息判断出可对你的代码发起什么样的攻击。

3.4else 代码块

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("Second number: ")
    try:
        answer = int(first_number) / int(second_number)
    except ZeroDivisionError:
        print("You can't divide by 0!")
    else:
        print(answer)

try-except-else代码块的工作原理大致如下：Python尝试执行try代码块中的代码；只有可能引发异常的代码才需要放在try语句中。有时候，有一些仅在try代码块成功执行时才需要运行的代码；这些代码应放在else代码块中。except代码块告诉Python，如果它尝试运行try代码块中的代码时引发了指定的异常，该怎么办。
通过预测可能发生错误的代码，可编写健壮的程序，它们即便面临无效数据或缺少资源，也能继续运行，从而能够抵御无意的用户错误和恶意的攻击。

3.5处理 FileNotFoundError 异常
使用文件时，一种常见的问题是找不到文件：你要查找的文件可能在其他地方、文件名可能不正确或者这个文件根本就不存在。对于所有这些情形，都可使用try-except代码块以直观的方式进行处理。
我们来尝试读取一个不存在的文件。下面的程序尝试读取文件alice.txt的内容，但我没有将这个文件存储在alice.py所在的目录中：

filename = 'alice.txt'
with open(filename) as f_obj:
    contents = f_obj.read()

Traceback (most recent call last):
File "alice.py", line 3, in <module>
with open(filename) as f_obj:
FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: 'alice.txt'


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

3.6分析文本
下面来提取童话Alice in Wonderland的文本，并尝试计算它包含多少个单词。我们将使用方法split()，它根据一个字符串创建一个单词列表。下面是对只包含童话名"Alice in Wonderland"的字符串调用方法split()的结果：

title = "Alice in Wonderland"
title.split()
['Alice', 'in', 'Wonderland']


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

The file alice.txt has about 29461 words.

3.7使用多个文件
下面多分析几本书。这样做之前，我们先将这个程序的大部分代码移到一个名为count_words()的函数中，这样对多本书进行分析时将更容易

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:
        # 计算文件大致包含多少个单词
        words = contents.split()
        num_words = len(words)
        print("The file " + filename + " has about " + str(num_words) +" words.")
filename = 'alice.txt'
count_words(filename)

现在可以编写一个简单的循环，计算要分析的任何文本包含多少个单词了。为此，我们将要
分析的文件的名称存储在一个列表中，然后对列表中的每个文件都调用count_words()。我们将
尝试计算Alice in Wonderland、Siddhartha、Moby Dick和Little Women分别包含多少个单词，它们
都不受版权限制。我故意没有将siddhartha.txt放到word_count.py所在的目录中，让你能够看到这
个程序在文件不存在时处理得有多出色：

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

The file alice.txt has about 29461 words.
Sorry, the file siddhartha.txt does not exist.
The file moby_dick.txt has about 215136 words.
The file little_women.txt has about 189079 words.

3.8失败时一声不吭
并非每次捕获到异常时都需要告诉用户，有时候你希望程序在发生异常时一声不吭，就像什么都没有发生一样继续运行。要让程序在失败时一声不吭，可像通常那样编写try代码块，但在except代码块中明确地告诉Python什么都不要做。Python有一个pass语句，可在代码块中使用它来让Python什么都不要做

"""计算一个文件大致包含多少个单词"""
try:
--snip--
except FileNotFoundError:
    pass
else:
--snip--

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

The file alice.txt has about 29461 words.
The file moby_dick.txt has about 215136 words.
The file little_women.txt has about 189079 words.

3.9决定报告哪些错误
如果用户知道要分析哪些文件，他们可能希望在有文件没有分析时出现一条消息，将其中的原因告诉他们。如果用户只想看到结果，而并不知道要分析哪些文件，可能就无需在有些文件不存在时告知他们。向用户显示他不想看到的信息可能会降低程序的可用性。Python的错误处理结构让你能够细致地控制与用户分享错误信息的程度，要分享多少信息由你决定。
编写得很好且经过详尽测试的代码不容易出现内部错误，如语法或逻辑错误，但只要程序依赖于外部因素，如用户输入、存在指定的文件、有网络链接，就有可能出现异常。凭借经验可判断该在程序的什么地方包含异常处理块，以及出现错误时该向用户提供多少相关的信息。

4存储数据
模块json让你能够将简单的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。你还可以使用json在Python程序之间分享数据。更重要的是，JSON数据格式并非Python专用的，这让你能够将以JSON格式存储的数据与使用其他编程语言的人分享。

JSON（JavaScript Object Notation）格式最初是为JavaScript开发的，但随后成了一种常见格式，被包括Python在内的众多语言采用。

4.1使用 json.dump()和 json.load()
我们来编写一个存储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()来存储这组数字，而第二个程序将使用json.load()。函数json.dump()接受两个实参：要存储的数据以及可用于存储数据的文件对象。

import json
numbers = [2, 3, 5, 7, 11, 13]
filename = 'numbers.json'
with open(filename, 'w') as f_obj:
    json.dump(numbers, f_obj)

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

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

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

4.2保存和读取用户生成的数据
对于用户生成的数据，使用json保存它们大有裨益，因为如果不以某种方式进行存储，等程序停止运行时用户的信息将丢失。

import json
username = input("What is 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 + "!")

What is your name? Eric
We'll remember you when you come back, Eric!

现在再编写一个程序，向其名字被存储的用户发出问候：

import json
filename = 'username.json'
with open(filename) as f_obj:
    username = json.load(f_obj)
    print("Welcome back, " + username + "!")

Welcome back, Eric!


import json
# 如果以前存储了用户名，就加载它
# 否则，就提示用户输入用户名并存储它
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 + "!")

4.3重构
代码能够正确地运行，但可做进一步的改进——将代码划分为一系列完成具体工作的函数。这样的过程被称为重构。重构让代码更清晰、更易于理解、更容易扩展。

import json
def greet_user():
"""问候用户，并指出其名字"""
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 + "!")

greet_user()

import json
def get_stored_username():
"""如果存储了用户名，就获取它"""
filename = 'username.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 is 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()

import json
def get_stored_username():
"""如果存储了用户名，就获取它"""
--snip--

def get_new_username():
"""提示用户输入用户名"""
    username = input("What is 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()