【早起打卡挑战】第2天，六点40分，昨天吃的有点撑，晚上睡不太香。明天争取六点半。
转眼已经到了基础篇的最后一章，想想马上就要进入项目实战了，有些开心。实战前需要把练习做一下。开始。
第10章 文件和异常
至此，你掌握了编写组织有序而易于使用的程序所需的基本技能，该考虑让程序目标更明确、用途更大了。在本章中，你将学习处理文件，让程序能够快速地分析大量的数据；你将学习错误处理，避免程序在面对意外情形时崩溃；你将学习异常 ，它们是Python创建的特殊对象，用于管理程序运行时出现的错误；你还将学习模块json ，它让你能够保存用户数据，以免在程序停止运行后丢失。
学习处理文件和保存数据可让你的程序使用起来更容易：用户将能够选择输入什么样的数据，以及在什么时候输入；用户使用你的程序做一些工作后，可将程序关闭，以后再接着往下做。学习处理异常可帮助你应对文件不存在的情形，以及处理其他可能导致程序崩溃的问题。这让你的程序在面对错误的数据时更健壮——不管这些错误数据源自无意的错误，还是源自破坏程序的恶意企图。你在本章学习的技能可提高程序的适用性、可用性和稳定性。
10.1 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，你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。
10.1.1 读取整个文件
要读取文件，需要一个包含几行文本的文件。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)
运行结果：
10.1.2 文件路径
当你将类似pi_digits.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。
对于我们刚才的例子，用绝对路径应该是这样(windows系统)
with open('H:\\python从入门到实践\\10.文件和异常\\pi_digits.txt') as file_object:
contents = file_object.read()
print(contents)
10.1.3 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字样sunny的行。在新闻报道中，你可能会查找包含标签
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.rstrip())
运行结果：
10.1.4 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。
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 代码块外打印它们：
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，该列表被存储到变量lines 中；在with 代码块外，我们依然可以使用这个变量。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。
10.1.5 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))
运行结果
10.1.6 包含一百万位的大型文件
前面我们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。
文件链接：https://www.ituring.com.cn/book/1861
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50位，以免终端为显示全部1 000 000位而不断地翻滚：
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()
print(pi_string[:52] + "...")
print(len(pi_string))
运行结果：
10.1.7 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1 000 000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.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.")
运行结果：
10.2 写入文件
保存数据的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：你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，还可编写程序来将这些输出读取到内存中并进行处理。
10.2.1 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，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。
10.2.2 写入多行
函数write() 不会在你写入的文本末尾添加换行符，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.")
运行结果：
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")
运行结果：
10.2.3 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。
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")
运行结果：
10.3 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。
10.3.1 处理ZeroDivisionError 异常
下面来看一种导致Python引发异常的简单错误。你可能知道不能将一个数字除以0，但我们还是让Python这样做吧：
print(5/0)
运行结果:
10.3.2 使用try-except代码块
当你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。你让Python尝试运行一些代码，并告诉它如果这些代码引发了指定的异常，该怎么办。
处理ZeroDivisionError 异常的try-except 代码块类似于下面这样：
try:
print(5/0)
except ZeroDivisionError:
print("You can't divide by zero!")
运行结果：
10.3.3 使用异常避免崩溃
发生错误时，如果程序还有工作没有完成，妥善地处理错误就尤其重要。这种情况经常会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，就能再提示用户提供有效输入，而不至于崩溃。
下面来创建一个只执行除法运算的简单计算器：
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)
运行结果：
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。
10.3.4 else代码块
通过将可能引发错误的代码放在try-except 代码块中，可提高这个程序抵御错误的能力。错误是执行除法运算的代码行导致的，因此我们需要将它放到try-except 代码块中。这个示例还包含一个else 代码块；依赖于try 代码块成功执行的代码都应放到else 代码块中：
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
try:
answer = int(first_number)/int(second_number)
except ZeroDivisionError:
print("You can't divide by zero!")
else:
print(answer)
运行结果：
10.3.5 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()
运行结果：
在上述traceback中，最后一行报告了FileNotFoundError 异常，这是Python找不到要打开的文件时创建的异常。在这个示例中，这个错误是函数open() 导致的，因此要处理这个错误，必须将try 语句放在包含open() 的代码行之前：
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)
运行结果：
10.3.6 分析文本
你可以分析包含整本书的文本文件。很多经典文学作品都是以简单文本文件的方式提供的，因为它们不受版权限制。本节使用的文本来自项目Gutenberg（http://gutenberg.org/ ），
这个项目提供了一系列不受版权限制的文学作品，如果你要在编程项目中使用文学文本，这是一个很不错的资源。
下面来提取童话 Alicein 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"
print(title.split())
运行结果：
方法split() 以空格为分隔符将字符串分拆成多个部分，并将这些部分都存储到一个列表中。结果是一个包含字符串中所有单词的列表，虽然有些单词可能包含标点。为计算Alice in Wonderland 包含多少个单词，我们将对整篇小说调用split() ，再计算得到的列表包含多少个元素，从而确定整篇童话大致包含多少个单词：
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:
# 计算文件大概包含多少个单词
words = contents.split()
num_words = len(words)
print("The file " + filename + "has about " + str(num_words) + " words.")
运行结果：
10.3.7 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):
try:
with open(filename) as f_obj:
contents = f_obj.read()
except FileNotFoundError:
msg = "Sorry,the file " + filename + " does not exist."
print(msg)
else:
# 计算文件大概包含多少个单词
words = contents.split()
num_words = len(words)
print("The file " + filename + "has about " + str(num_words) + " words.")
filename = 'alice.txt'
count_words(filename)
运行结果：
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 Alicein 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):
try:
with open(filename) as f_obj:
contents = f_obj.read()
except FileNotFoundError:
msg = "Sorry,the file " + filename + " does not exist."
print(msg)
else:
# 计算文件大概包含多少个单词
words = contents.split()
num_words = len(words)
print("The file " + filename + "has about " + str(num_words) + " words.")
filenames = ['alice.txt','siddhartha.txt','moby_click.txt','little_women.txt']
for filename in filenames:
count_words(filename)
运行结果：
10.3.8 失败时一声不吭
在前一个示例中，我们告诉用户有一个文件找不到。但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：
def count_words(filename):
try:
with open(filename) as f_obj:
contents = f_obj.read()
except FileNotFoundError:
# msg = "Sorry,the file " + filename + " does not exist."
# print(msg)
pass
else:
# 计算文件大概包含多少个单词
words = contents.split()
num_words = len(words)
print("The file " + filename + "has about " + str(num_words) + " words.")
filenames = ['alice.txt','siddhartha.txt','moby_click.txt','little_women.txt']
for filename in filenames:
count_words(filename)
运行结果：
10.3.9 决定报告哪些错误
在什么情况下该向用户报告错误？在什么情况下又应该在失败时一声不吭呢？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。
10.4 存储数据
很多程序都要求用户输入某种信息，如让用户存储游戏首选项或提供要可视化的数据。不管专注的是什么，程序都把用户提供的信息存储在列表和字典等数据结构中。用户关闭程序时，你几乎总是要保存他们提供的信息；一种简单的方式是使用模块json 来存储数据。
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。这是一种轻便格式，很有用，也易于学习。
10.4.1 使用json.dump
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。下面演示了如何使用json.dump() 来存储数字列表：
import json
numbers = [2,3,5,7,11,13]
filename = 'numbers.json'
with open(filename,'w') as f_obj:
json.dump(numbers,f_obj)
运行结果：
还剩点儿小尾巴，明天跟第11章测试一起学吧。就到这里吧。真是快被击碎的一天。我需要一点时间重建~