Python小白入门：文件、异常处理和json格式存储数据

所用资料

代码中所用到的文件可以从下面的网站进行下载：
https://www.ituring.com.cn/book/2784

一、从文件中读取数据

1.1 读取整个文件

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

• open函数

打开一个文件。接收参数为需要打开的文件名。Python会在当前执行的文件所在目录下查找指定文件，因此需要把pi_digits.txt文件放在执行文件的同目录下。
open函数返回一个表示文件的对象，Python将通过as关键字该对象赋予file_object。

• with关键字

再不需要访问文件后，Python会将其自动关闭。比直接使用close函数（关闭文件函数）更加安全。

• read函数

读取文件内容，以字符串形式赋给contents变量。read函数在读取到文件末尾时会返回一个空字符串，打印出来就是一个空行，可以对contents中使用rstrip函数进行结尾的空行删除。

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

可以看到空白行被删除掉了。

1.2 文件路径

• 相对路径： 相对于当前运行的程序所在的目录位置进行查找。如当前运行的程序为python_work，其中有一个名为files的文件夹存储了file.txt文件，路径为: files\file.txt，python会自动在python_work中寻找。

• 绝对路径：计算机中文件存储的准确位置，如：C:学习\Python从入门到实践第二版源代码文件\源代码文件\chapter_10。因为绝对路径较长，一般会将该字符串先赋给一个变量file_path，然后传入Open函数中

注：显示文件路径时，Windows系统使用反斜杠（\ ）而不是斜杠（/ ），但在代码中使用斜杠来代表路径。

1.3 逐行读取

以每一行的方式读取文件：使用for循环。

file_path = 'files/pi_digits.txt'
with open(file_path) as file_object:
    for line in file_object:
        print(line.rstrip())

使用for循环，让变量line代表文件中的每一行进行输出。

1.4 创建一个包含文件各行内容的列表

• readlines函数：从文件中读取每一行并将其存储在一个列表中。
• readline函数：从文件中读取一行，并作为字符串保存。

file_path = 'files/pi_digits.txt'
with open(file_path) as file_object:
    line = file_object.readline()
    lines = file_object.readlines()

print(line)
print(lines)

代码使用lines接收readlines函数读到的存储文件中的每一行内容的列表。
可以看到每一行后面都有一个换行符。

读取到的lines即可使用for循环进行每一行内容的读取。

1.5 使用文件的内容

将文件读取到内存中后即可使用数据。

Python中有三个去除头尾字符、空白符的函数，它们依次为:

• strip： 用来去除头尾字符、空白符(包括\n、\r、\t、’ ‘，即：换行、回车、制表符、空格)
• lstrip：用来去除开头字符、空白符(包括\n、\r、\t、’ ‘，即：换行、回车、制表符、空格)
• rstrip：用来去除结尾字符、空白符(包括\n、\r、\t、’ '，即：换行、回车、制表符、空格)

为了把文件中拿到的内容整合成一行没有中间空白字符的字符串，使用strip函数进行去空白。

去空白函数

file_path = 'files\pi_digits.txt'

with open(file_path) as file_objects:
    lines = file_objects.readlines()

pi_strings = ""
for line in lines:
    pi_strings += line.strip()

print(pi_strings)
print(len(pi_strings))
pi_number = float(pi_strings)
print(pi_number)
print(type(pi_number))

strip函数不仅可以删除每行后面的空白字符，还可以把每行开头的空白符也进行删除。这样就得到了一个pi_string的字符串。

如果想后续进行数值的计算，需要把字符串转为数值进行使用，可以使用float函数进行类型转换。

1.6 包含一百万位的大型文件

所需文件：

读取一个精确到小数点后1000000位的圆周率文件。

file_path = 'files/pi_million_digits.txt'

with open(file_path) as file_objects:
    lines = file_objects.readlines()

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

print(pi_string[:52])
print(len(pi_string))

打印前52位，然后输出一下字符串的长度，证明确实是有1000002位数。

1.7 圆周率值中包含你的生日吗

可以查看一下自己的生日是否在圆周率中，如果存在，使用index函数查找到生日字符串在pi字符串中的位置并且输出。

file_path = 'files/pi_million_digits.txt'

with open(file_path) as file_objects:
    lines = file_objects.readlines()

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

birthday = input("Please enter your birthday, in the form mmdd: ")

if birthday in pi_string:
    print(f"Your birthday appears in the first million digits of pi at the index of {pi_string.index(birthday)}!")
else:
    print("Sorry~")

练习题

file_path = 'files/learning_python.txt'

with open(file_path) as file_objects:
    contents = file_objects.read()
print(contents)

with open(file_path) as file_objects:
    for line in file_objects:
        print(line.rstrip())

with open(file_path) as file_objects:
    lines = file_objects.readlines()
print(lines)

file_path = 'files/learning_python.txt'

with open(file_path) as f:
    lines = f.readlines()

for line in lines:
    print(line.rstrip().replace('Python','c++'))

二、写入文件

2.1 写入空文件

调用open() 时提供了两个实参：

• 第一个实参：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，以写入模式（‘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。

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。

filename = 'programming.txt'

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

2.2 写入多行

在writer函数中添加换行符。

filename = 'programming.txt'

with open(filename,'w') as f:
    f.write('I love writing!\n')
    f.write('I love programming!\n')

2.3 附加到文件

如果不想覆盖掉之前的内容，而是想给文件添加内容的话，可以以附加模式（a） 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，而是将写入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。

filename = 'programming.txt'

with open(filename,'a') as f:
    f.write('I love painting!\n')
    f.write('I love swimming!\n')

with open(filename) as f:
    lines = f.read()
print(lines)

练习题

10-3

filename = 'guests.txt'
name = input('enter the name: ')
with open(filename,'w') as f:
    f.write(name.title())

10-4

filename = 'guest_book.txt'
with open (filename,'a') as f:
    while True:
        name = input("Enter the name: ")
        if name == 'q':
            break
        print(f"Hi, {name.title()} !")
        f.write(f"{name.title()}\n")

10-5

filename = 'reason.txt'
with open(filename,'a') as f:
    while True:
        reason = input('Enter the reason why you like programming')
        if reason=='quit':
            break
        f.write(f"{reason}\n")

三、异常

异常：一个特殊对象，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发生异常时怎么办。使用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 ZeroDivisionError异常

ZeroDivisionError异常：被除数不能为0的异常。

3.2 使用 try - except 模块

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

• try下写让Python尝试运行一些代码，
• except下写如果这些代码引发了指定的异常该怎么办。

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

将导致错误的代码行 print(5/0) 放在一个try 代码块中。如果try 代码块中的代码运行起来没有问题，Python将跳过except 代码块；如果try 代码块中的代码导致了错误，Python将查找与之匹配的except 代码块并运行其中的代码。

在本例中，try 代码块中的代码引发了ZeroDivisionError 异常，因此Python查找指出了该怎么办的except 代码块，并运行其中的代码。这样，用户看到的是一条友好的错误消息，而不是traceback。

3.3 try - except - else 代码块

使用try-except进行异常处理，而依赖try代码块成功执行的代码都应放到else代码块中。

while True:
    n1 = input("First number: ")
    if n1 == 'q':
        break
    n2 = input('Second number: ')
    if n2 == 'q':
        break
    try:
        result = int(n1)/int(n2)
    except ZeroDivisionError:
        print("You can't divide by 0!")
    else:
        print(result)

3.4 处理 FileNotFoundError 异常

FileNotFoundError 异常：找不到文件

filename = 'alice.txt'

try:
    with open(filename) as f:
        contents = f.read()
        
except FileNotFoundError:
    print(f"{filename} doesn't exit!")

3.5 分析文本的字符

统计alice.txt文件中所有的英文单词数量。

• split()函数：为一个字符串中的英文单词创建一个单词列表
• encoding = ‘utf-8’：当系统默认编码和读取文件使用的编码不一致时使用。

filename = 'alice.txt'

try:
    with open(filename,encoding = 'utf-8') as f:
        contents = f.read()

except FileNotFoundError:
    print(f"{filename} doesn't exit!")

else:
    words = contents.split()
    num_word = len(words)
    print(f"The file {filename} has about {num_word} words.")

3.6 分析多个文件

filenames = [‘alice.txt’,‘siddhartha.txt’,‘mobd_dick.txt’]

其中siddhartha.txt文件不存在。使用for循环对文件列表中的文件一次读取并且分析。

def count_words(filename):
    try:
        with open(filename, encoding='utf-8') as f:
            contents = f.read()

    except FileNotFoundError:
        print(f"{filename} doesn't exit!")

    else:
        words = contents.split()
        num_word = len(words)
        print(f"The file {filename} has about {num_word} words.")

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

3.7 遇到异常时保持静默

如果想要发生异常时程序什么也不说，像什么都没有发生过一样继续执行，那就在except模块下使用pass语句。

def count_words(filename):
    try:
        with open(filename, encoding='utf-8') as f:
            contents = f.read()

    except FileNotFoundError:
        pass

    else:
        words = contents.split()
        num_word = len(words)
        print(f"The file {filename} has about {num_word} words.")

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

练习题

10-6

try:
    n1 = int(input("the first number is :"))
    n2 = int(input("The second number is :"))
except ValueError:
    print("Please enter number not text!")
else:
    print(n1+n2)

10-7

while True:
    try:
        n1 = int(input("the first number is :"))
        n2 = int(input("The second number is :"))
    except ValueError:
        print("Please enter number not text!")
    else:
        print(n1+n2)

10-8

四、存储数据

JSON格式：存储数据结构,最初是为JavaScript开发，但随后成了一种常见格式，被包括Python在内的众多语言采用。

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。

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，JSON格式存储的数据可以与使用其他编程语言共享。

4.1 使用json.dump( )和json.load( )

• 函数json.dump() ： 把数据存储在文件中。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。

• json.load() : 把数据读取到内存中。

import json
numbers = [2,3,4,5,7.11,13]
filename = 'numbers.json'
with open(filename,'w') as f:
    json.dump(numbers,f)

首先import json模块，然后使用json.dump把数字列表存储进number.json文件中。

使用json.load(f)把numbers.json文件中的数据结构存进内存中，然后打印输出。

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

4.2 保存和读取用户生成的数据