Python -- 文件操作

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1.文件的打开与关闭

1.1 打开文件

1.2 关闭文件

2.文件的读取和写入

2.1 文件的读写

3.CSV文件的读写

3.1 CSV文件的写入

4.将数据写入

4.1 StingIO

4.2 BytesIO

5.练习:实现文件拷贝

6.序列化和反序列化

6.1 使用JSON实现列化

6.2 使用JSON实现反序列化

6.3 pickle模块

7.异常处理

7.1 读取文件异常

7.2 try...except语句

7.3 try...else语句

7.4 try...finally语句

8.with关键字的使用

9.自定义异常


1.文件的打开与关闭

想一想:

如果想用word编写一份简历,应该有哪些流程呢?

  1. 打开word软件,新建一个word文件

  2. 写入个人简历信息

  3. 保存文件

  4. 关闭word软件

同样,在操作文件的整体过程与使用word编写一份简历的过程是很相似的

  1. 打开文件,或者新建立一个文件

  2. 读/写数据

  3. 关闭文件

1.1 打开文件

在python,使用open函数,可以打开一个已经存在的文件,或者创建一个新文件

open(文件路径,访问模式)

示例如下:

 f = open('test.txt', 'w')

说明:

文件路径

文件的路径分为相对路径和绝对路径两种。

  • 绝对路径:指的是绝对位置,完整地描述了目标的所在地,所有目录层级关系是一目了然的。

    • 例如:C:/Users/chris/AppData/Local/Programs/Python/Python37/python.exe,从电脑的盘符开始,表示的就是一个绝对路径。

  • 相对路径:是从当前文件所在的文件夹开始的路径。

    • test.txt,是在当前文件夹查找 test.txt 文件

    • ./test.txt,也是在当前文件夹里查找test.txt文件, ./ 表示的是当前文件夹。

    • ../test.txt,从当前文件夹的上一级文件夹里查找 test.txt 文件。../ 表示的是上一级文件夹

    • demo/test.txt,在当前文件夹里查找 demo这个文件夹,并在这个文件夹里查找 test.txt文件。

访问模式:

访问模式 说明
r 以只读方式打开文件。文件的指针将会放在文件的开头。如果文件不存在,则报错。这是默认模式。
w 打开一个文件只用于写入。如果该文件已存在则将其覆盖。如果该文件不存在,创建新文件。
a 打开一个文件用于追加。如果该文件已存在,文件指针将会放在文件的结尾。也就是说,新的内容将会被写入到已有内容之后。如果该文件不存在,创建新文件进行写入。
r+ 打开一个文件用于读写。文件指针将会放在文件的开头。
w+ 打开一个文件用于读写。如果该文件已存在则将其覆盖。如果该文件不存在,创建新文件。
a+ 打开一个文件用于读写。如果该文件已存在,文件指针将会放在文件的结尾。文件打开时会是追加模式。如果该文件不存在,创建新文件用于读写。
rb 以二进制格式打开一个文件用于只读。文件指针将会放在文件的开头。
wb 以二进制格式打开一个文件只用于写入。如果该文件已存在则将其覆盖。如果该文件不存在,创建新文件。
ab 以二进制格式打开一个文件用于追加。如果该文件已存在,文件指针将会放在文件的结尾。也就是说,新的内容将会被写入到已有内容之后。如果该文件不存在,创建新文件进行写入。
rb+ 以二进制格式打开一个文件用于读写。文件指针将会放在文件的开头。
wb+ 以二进制格式打开一个文件用于读写。如果该文件已存在则将其覆盖。如果该文件不存在,创建新文件。
ab+ 以二进制格式打开一个文件用于读写。如果该文件已存在,文件指针将会放在文件的结尾。如果该文件不存在,创建新文件用于读写。

1.2 关闭文件

close( )

示例如下

 # 新建一个文件,文件名为:test.txt
 f = open('test.txt', 'w')
 
 # 关闭这个文件
 f.close()

2.文件的读取和写入

2.1 文件的读写

2.1.1 写数据(write)

使用write()可以完成向文件写入数据

demo: 新建一个文件 file_write_test.py,向其中写入如下代码:

 f = open('test.txt', 'w')
 f.write('hello world, i am here!\n' * 5)
 f.close()

运行之后会在file_write_test.py文件所在的路径中创建一个文件test.txt,并写入内容,运行效果显示如下:

注意:

  • 如果文件不存在,那么创建;如果存在那么就先清空,然后写入数据

2.1.2 读数据(read)

使用read(num)可以从文件中读取数据,num表示要从文件中读取的数据的长度(单位是字节),如果没有传入num,那么就表示读取文件中所有的数据

demo: 新建一个文件file_read_test.py,向其中写入如下代码:

 f = open('test.txt', 'r')
 content = f.read(5)  # 最多读取5个数据
 print(content)
 
 print("-"*30)  # 分割线,用来测试
 
 content = f.read()  # 从上次读取的位置继续读取剩下的所有的数据
 print(content)
 
 f.close()  # 关闭文件,这个可是个好习惯哦

运行现象:

 hello
 ------------------------------
  world, i am here!

注意:

  • 如果用open打开文件时,如果使用的"r",那么可以省略 open('test.txt')

2.1.3 读数据(readline)

readline只用来读取一行数据。

 f = open('test.txt', 'r')
 
 content = f.readline()
 print("1:%s" % content)
 
 content = f.readline()
 print("2:%s" % content)
 
 
 f.close()

2.1.4 读数据(readlines)

readlines可以按照行的方式把整个文件中的内容进行一次性读取,并且返回的是一个列表,其中每一行为列表的一个元素。

 f = open('test.txt', 'r')
 content = f.readlines()
 print(type(content))
 
 for temp in content:
     print(temp)
 
 f.close()

2.1.5 指针定位

  • tell()方法用来显示当前指针的

 f = open('test.txt')
 print(f.read(10))  # read 指定读取的字节数
 print(f.tell())    # tell()方法显示当前文件指针所在的文字
 f.close()

  • xseek(offset,whence) 方法用来重新设定指针的位置。

f = open('test.txt','rb')  # 需要指定打开模式为rb,只读二进制模式

print(f.read(3))
print(f.tell())

f.seek(2,0)   # 从文件的开头开始,跳过两个字节
print(f.read())

f.seek(1,1) # 从当前位置开始,跳过一个字节
print(f.read())

f.seek(-4,2) # 从文件末尾开始,往前跳过四个字节
print(f.read())

f.close()
  • 0表示从文件头开始
  • 1表示从当前位置开始

  • 2 表示从文件的末尾开始

  • offset:表示偏移量

  • whence:只能传入012中的一个数字。

3.CSV文件的读写

CSV文件:Comma-Separated Values,中文叫逗号分隔值或者字符分割值,其文件以纯文本的形式存储表格数据。可以把它理解为一个表格,只不过这个表格是以纯文本的形式显示的,单元格与单元格之间,默认使用逗号进行分隔;每行数据之间,使用换行进行分隔。

name,age,score
zhangsan,18,98
lisi,20,99
wangwu,17,90
jerry,19,95

Python中的csv模块,提供了相应的函数,可以让我们很方便的读写csv文件。

3.1 CSV文件的写入

import csv

# 以写入方式打开一个csv文件
file = open('test.csv','w')

# 调用writer方法,传入csv文件对象,得到的结果是一个CSVWriter对象
writer = csv.writer(file)

# 调用CSVWriter对象的writerow方法,一行行的写入数据
writer.writerow(['name', 'age', 'score'])

# 还可以调用writerows方法,一次性写入多行数据
writer.writerows([['zhangsan', '18', '98'],['lisi', '20', '99'], ['wangwu', '17', '90'], ['jerry', '19', '95']])
file.close()

3.2 CSV文件的读取

import csv

# 以读取方式打开一个csv文件
file = open('test.csv', 'r')

# 调用csv模块的reader方法,得到的结果是一个可迭代对象
reader = csv.reader(file)

# 对结果进行遍历,获取到结果里的每一行数据
for row in reader:
    print(row)

file.close()

4.将数据写入

内存中写入数据

除了将数据写入到一个文件以外,我们还可以使用代码,将数据暂时写入到内存里,可以理解为数据缓冲区。Python中提供了StringIO和BytesIO这两个类将字符串数据和二进制数据写入到内存里。

4.1 StingIO

StringIO可以将字符串写入到内存中,像操作文件一下操作字符串。

from io import StringIO

# 创建一个StringIO对象
f = StringIO()
# 可以像操作文件一下,将字符串写入到内存中
f.write('hello\r\n')
f.write('good')

# 使用文件的 readline和readlines方法,无法读取到数据
# print(f.readline())
# print(f.readlines())

# 需要调用getvalue()方法才能获取到写入到内存中的数据
print(f.getvalue())

f.close()

4.2 BytesIO

如果想要以二进制的形式写入数据,可以使用BytesIO类,它的用法和StringIO相似,只不过在调用write方法写入时,需要传入二进制数据。

from io import BytesIO

f = BytesIO()
f.write('你好\r\n'.encode('utf-8'))
f.write('中国'.encode('utf-8'))

print(f.getvalue())
f.close()

5.练习:实现文件拷贝

目标:输入文件的名字,然后程序自动完成对文件进行备份

参考代码

# 提示输入文件
file_name = input("请输入要拷贝的文件名字:")

# 以读的方式打开文件
old_file = open(file_name, 'rb')

# 分割文件名和后缀名
file_names =file_name.rsplit('.', maxsplit=1)

# 组织新的文件名字
new_file_name = file_names[0] + '.bak.'+file_names[1]

# 创建新文件
newFile = open(new_file_name, 'wb')

# 把旧文件中的数据,一行一行的进行复制到新文件中
for lineContent in old_file.readlines():
    newFile.write(lineContent)

# 关闭文件
old_file.close()
newFile.close()

6.序列化和反序列化

通过文件操作,我们可以将字符串写入到一个本地文件。但是,如果是一个对象(例如列表、字典、元组等),就无法直接写入到一个文件里,需要对这个对象进行序列化,然后才能写入到文件里。

设计一套协议,按照某种规则,把内存中的数据转换为字节序列,保存到文件,这就是序列化,反之,从文件的字节序列恢复到内存中,就是反序列化。

Python中提供了JSON和pickle两个模块用来实现数据的序列化和反序列化。

JSON模块

JSON(JavaScriptObjectNotation, JS对象简谱)是一种轻量级的数据交换格式,它基于 ECMAScript 的一个子集,采用完全独立于编程语言的文本格式来存储和表示数据。JSON的本质是字符串!

6.1 使用JSON实现列化

JSON提供了dump和dumps方法,将一个对象进行序列化。

dumps方法的作用是把对象转换成为字符串,它本身不具备将数据写入到文件的功能。

import json
file = open('names.txt', 'w')
names = ['zhangsan', 'lisi', 'wangwu', 'jerry', 'henry', 'merry', 'chris']
# file.write(names)  出错,不能直接将列表写入到文件里

# 可以调用 json的dumps方法,传入一个对象参数
result = json.dumps(names)

# dumps 方法得到的结果是一个字符串
print(type(result))  # 

# 可以将字符串写入到文件里
file.write(result)

file.close()

dump方法可以在将对象转换成为字符串的同时,指定一个文件对象,把转换后的字符串写入到这个文件里。

import json

file = open('names.txt', 'w')
names = ['zhangsan', 'lisi', 'wangwu', 'jerry', 'henry', 'merry', 'chris']

# dump方法可以接收一个文件参数,在将对象转换成为字符串的同时写入到文件里
json.dump(names, file)
file.close()

注意:如果是一个空对象,调用dumps方法转换成为一个JSON对象,得到的结果是null(JS里的空对象)

json.dumps(None)  # null

6.2 使用JSON实现反序列化

使用loads和load方法,可以将一个JSON字符串反序列化成为一个Python对象。

loads方法需要一个字符串参数,用来将一个字符串加载成为Python对象。

import json

# 调用loads方法,传入一个字符串,可以将这个字符串加载成为Python对象
result = json.loads('["zhangsan", "lisi", "wangwu", "jerry", "henry", "merry", "chris"]')
print(type(result))  # 

load方法可以传入一个文件对象,用来将一个文件对象里的数据加载成为Python对象。

import json

# 以可读方式打开一个文件
file = open('names.txt', 'r')

# 调用load方法,将文件里的内容加载成为一个Python对象
result = json.load(file)

print(result)
file.close()

6.3 pickle模块

和json模块类似,pickle模块也有dump和dumps方法可以对数据进行序列化,同时也有load和loads方法进行反序列化。区别在于,json模块是将对象转换成为字符串,而pickle模块是将对象转换成为二进制。

pickle模块里方法的使用和json里方法的使用大致相同,需要注意的是,pickle是将对象转换成为二进制,所以,如果想要把内容写入到文件里,这个文件必须要以二进制的形式打开。

区别(了解)

思考: json和pickle两个模块都可以将对象进行序列化和反序列化,那它们有哪些区别,在使用场景上又该如何选择?

  • json模块:

    • 将对象转换成为字符串,不管是在哪种操作系统,哪种编程语言里,字符串都是可识别的。

    • json就是用来在不同平台间传递数据的。

    • 并不是所有的对象都可以直接转换成为一个字符串,下标列出了Python对象与json字符串的对应关系。

Python JSON
dict object
list,tuple array
str string
int,float number
True true
False false
None null
  • 如果是一个自定义对象,默认无法装换成为json字符串,需要手动指定JSONEncoder.

  • 如果是将一个json串重新转换成为对象,这个对象里的方法就无法使用了。

import json
class MyEncode(json.JSONEncoder):
    def default(self, o):
        # return {"name":o.name,"age":o.age}
        return o.__dict__

class Person(object):
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

      def eat(self):
          print(self.name+'正在吃东西')

p1 = Person('zhangsan', 18)

# 自定义对象想要转换成为json字符串,需要给这个自定义对象指定JSONEncoder
result = json.dumps(p1, cls=MyEncode)
print(result)  # {"name": "zhangsan", "age": 18}

# 调用loads方法将对象加载成为一个对象以后,得到的结果是一个字典
p = json.loads(result)
print(type(p))
  • pickle模块:

    • pickle序列化是将对象按照一定的规则转换成为二进制保存,它不能跨平台传递数据。

    • pickle的序列化会将对象的所有数据都保存。

7.异常处理

异常的概念

程序在运行过程中,由于我们的编码不规范,或者其他原因一些客观原因,导致我们的程序无法继续运行,此时,程序就会出现异常。如果我们不对异常进行处理,程序可能会由于异常直接中断掉。为了保证程序的健壮性,我们在程序设计里提出了异常处理这个概念。

7.1 读取文件异常

在读取一个文件时,如果这个文件不存在,则会报出FileNotFoundError错误。

Python -- 文件操作_第1张图片

 

7.2 try...except语句

try...except语句可以对代码运行过程中可能出现的异常进行处理。语法结构:

try:
    可能会出现异常的代码块
except 异常的类型:
    出现异常以后的处理语句

示例:

try:
    f = open('test.txt', 'r')
    print(f.read())
except FileNotFoundError:
    print('文件没有找到,请检查文件名称是否正确')

7.3 try...else语句

咱们应该对else并不陌生,在if中,它的作用是当条件不满足时执行的实行;同样在try...except...中也是如此,即如果没有捕获到异常,那么就执行else中的事情

try: num = 100 print(num) except NameError as errorMsg: print('产生错误了:%s'%errorMsg) else: print('没有捕获到异常,真高兴') 运行结果如下:

7.4 try...finally语句

try...finally...语句用来表达这样的情况:

在程序中,如果一个段代码必须要执行,即无论异常是否产生都要执行,那么此时就需要使用finally。比如文件关闭,释放锁,把数据库连接返还给连接池等。

try:
    f = open('test.txt')
    try:
        while True:
            content = f.readline()
            if len(content) == 0:
                break
            print(content)
    except:
        #如果在读取文件的过程中,产生了异常,那么就会捕获到
        #比如 按下了 ctrl+c
        pass
    finally:
        f.close()
        print('关闭文件')
except:
    print("没有这个文件")

说明:

我们可以观察到KeyboardInterrupt异常被触发,程序退出。但是在程序退出之前,finally从句仍然被执行,把文件关闭。

8.with关键字的使用

对于系统资源如文件、数据库连接、socket 而言,应用程序打开这些资源并执行完业务逻辑之后,必须做的一件事就是要关闭(断开)该资源。

比如 Python 程序打开一个文件,往文件中写内容,写完之后,就要关闭该文件,否则会出现什么情况呢?极端情况下会出现 "Too many open files" 的错误,因为系统允许你打开的最大文件数量是有限的。

同样,对于数据库,如果连接数过多而没有及时关闭的话,就可能会出现 "Can not connect to MySQL server Too many connections",因为数据库连接是一种非常昂贵的资源,不可能无限制的被创建。

来看看如何正确关闭一个文件。

  • 普通版:

def m1():
    f = open("output.txt", "w")
    f.write("python之禅")
    f.close()

这样写有一个潜在的问题,如果在调用 write 的过程中,出现了异常进而导致后续代码无法继续执行,close 方法无法被正常调用,因此资源就会一直被该程序占用者释放。那么该如何改进代码呢?

  • 进阶版:

def m2():
    f = open("output.txt", "w")
    try:
        f.write("python之禅")
    except IOError:
        print("oops error")
    finally:
        f.close()

改良版本的程序是对可能发生异常的代码处进行 try 捕获,使用 try/finally 语句,该语句表示如果在 try 代码块中程序出现了异常,后续代码就不再执行,而直接跳转到 except 代码块。而无论如何,finally 块的代码最终都会被执行。因此,只要把 close 放在 finally 代码中,文件就一定会关闭。

  • 高级版:

def m3():
    with open("output.txt", "r") as f:
        f.write("Python之禅")

一种更加简洁、优雅的方式就是用 with 关键字。open 方法的返回值赋值给变量 f,当离开 with 代码块的时候,系统会自动调用 f.close() 方法, with 的作用和使用 try/finally 语句是一样的。

上下文管理器

with语句实质上是一个上下文管理器,with语句后的对象都会有__enter__()__exit__()方法。在进入到上下文时,会自动调用__enter__()方法,程序正常执行完成,或者出现异常中断的时候,都会调用__exit__()方法。

class MyContext(object):
     def __init__(self, name, age):
         self.name = name
         self.age = age
 
     def __enter__(self):
         print('调用了enter方法')
         return self
 
     def test(self):
         1 / 0
         print(self.name + '调用了test方法')
 
     def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
         print('调用了exit方法')
         print(exc_type, exc_val, exc_tb)
 
 with MyContext('zhangsan', 18) as context:
     context.test()

9.自定义异常

你可以用raise语句来引发一个异常。异常/错误对象必须有一个名字,且它们应是Error或Exception类的子类

下面是一个引发异常的例子:

class ShortInputException(Exception):
     '''自定义的异常类'''
     def __init__(self, length, atleast):
         #super().__init__()
         self.length = length
         self.atleast = atleast
 
     def __str__(self):
         return '输入的长度是 %d,长度至少应是 %d'% (self.length, self.atleast))
 
 def main():
     try:
         s = input('请输入 --> ')
         if len(s) < 3:
             # raise 引发一个自定义的异常
             raise ShortInputException(len(s), 3)
     except ShortInputException as result:  # x这个变量被绑定到了错误的实例
         print('ShortInputException:' % result)
     else:
         print('没有异常发生.')
 
 main()

运行结果如下:

Python -- 文件操作_第2张图片

 

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