Python中文件操作和异常处理

文章目录

  • 前言
  • 一、从文件中读取数据
    • 1.读取整个文件
    • 2.读取任意路径下的文件
    • 3.逐行读取文件
    • 4.创建一个包含文件各行内容的列表
    • 5.使用文件的内容
    • 6.检查用户输入是否包含在文件中
  • 二、写入文件
    • 1.写入空文件
    • 2.在文件中写入多行
    • 3.追加到文件
  • 三、异常及处理
    • 1.ZeroDivisionError异常及处理
      • 1>.使用try-except代码块
      • 2>.使用try-except-else代码块
    • 2.FileNotFoundError异常及处理
      • 1>.分析文本文件
      • 2>.异常时无作为
  • 四、存储数据
    • 1.使用json.dump()和json.load()
    • 2.保存和读取用户输入的数据
    • 3.重构
  • 总结


前言

本文的主要内容是Python中文件操作和异常处理,具体包括从文件中读取数据、写入文件、异常及处理以及存储数据等内容,文中附有代码以及相应的运行结果辅助理解。


一、从文件中读取数据

文件中可以存储大量的数据,要使用文本文件中的信息,首先需要将信息读取到内存中,读取信息时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。
函数 open() 接受一个要打开的文件名称参数,Python在当前执行的文件所在的目录中查找指定的文件并打开。
关键字with在不再需要访问文件后将其关闭。当然你可以调用 open()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。但如果使用关键字with,只管打开文件,并在需要时使用它,Python会在合适的时候自动将其关闭。
打印文件时末尾会多一个空行,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()

1.读取整个文件

在当前模块(即.py文件存放的位置)所在的文件夹下新建一个文本文件,然后通过代码来读取这个文本文件。
我这里新建一个名为pi.txt的文本文件来存放π值,如下图所示。
Python中文件操作和异常处理_第1张图片
然后在模块中输入如下代码。

with open('pi.txt') as file_pi:  # 打开文件pi.txt并在适当的时候自动关闭
    contents = file_pi.read()  # 将读取到的文件内容存放在一个变量中
    print(contents.rstrip())   # 打印文件内容并删除掉末尾的空白

运行上面代码后输出结果如下图所示。
Python中文件操作和异常处理_第2张图片
由运行结果可以看到,整个文本文件的内容都被读取到了。

2.读取任意路径下的文件

如果要读取的文件和代码模块不在同一个文件夹下,要读取它就需要在代码中指明该文件的绝对路径。
将上面例子中的pi.txt文件保存在桌面,右键查看其属性,可以看到其绝对路径。
Python中文件操作和异常处理_第3张图片
特别注意,Windows系统下的路径使用的是右斜杠’’,而Linux下的路径使用的是左斜杠’/’。
下面是读取该文件内容的例子。

file_path = 'C:/Users/Administrator/Desktop/pi.txt'  # 文件的绝对路径,Windows系统有时能够正确地解读文件路径中的斜杠,如果不能就使用反斜杠
# file_path = 'C:\\Users\Administrator\Desktop\pi.txt' # 如果使用右斜杠,盘符后面要接冒号加双右斜杠
with open(file_path) as file_pi:  # 打开特定路径下的文件
    contents = file_pi.read()  # 将读取到的文件内容存放在一个变量中
    print(contents.rstrip())   # 打印文件内容并删除掉末尾的空白

运行结果如下图所示。
Python中文件操作和异常处理_第4张图片
与上面例子的运行结果一致,我们掌握了这种方法就可以读取任意路径下的文件了。

3.逐行读取文件

有时候在读取文件时,我们需要逐行检查文件中的特定信息,以达到修改或实现具体功能的目的。在代码中加入for循环即可实现这一功能。
下面是逐行读取文件的例子。

file_path = 'C:/Users/Administrator/Desktop/pi.txt'  # 文件的绝对路径
with open(file_path) as file_pi:  # 打开特定路径下的文件
    for line in file_pi:  # 使用for循环逐行读取文件内容
        print(line)   # 逐行打印文件内容

运行结果如下图所示。
Python中文件操作和异常处理_第5张图片
由输出结果可以看到,文件行与行之间有空行,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,其中一个来自文件,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()来消除,代码如下。

file_path = 'C:/Users/Administrator/Desktop/pi.txt'  # 文件的绝对路径
with open(file_path) as file_pi:  # 打开特定路径下的文件
    for line in file_pi:  # 使用for循环逐行读取文件内容
        print(line.rstrip())   # 打印文件内容并删除掉末尾的空白

运行结果如下图所示。
Python中文件操作和异常处理_第6张图片

4.创建一个包含文件各行内容的列表

为什么要创建一个包含文件各行内容的列表呢?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。
下面是创建一个包含文件各行内容列表的例子。

file_path = 'C:/Users/Administrator/Desktop/pi.txt'  # 文件的绝对路径
with open(file_path) as file_pi:  # 打开特定路径下的文件
    lines = file_pi.readlines()  # readlines()从文件中读取每一行,并将其存储在一个列表中

for line in lines:  # 使用for循环从列表中读取文件内容
    print(line.rstrip())   # 打印文件内容并删除掉末尾的空白

运行结果如下图所示。
Python中文件操作和异常处理_第7张图片
虽然运行结果与上面的例子无异,但这是在with代码块外通过列表读取文件内容的。

5.使用文件的内容

读取到文件的内容后,我们就可以以任何方式使用这些内容了。
下面是使用文件内容的的例子。

file_path = 'C:/Users/Administrator/Desktop/pi.txt'  # 文件的绝对路径
with open(file_path) as file_pi:  # 打开特定路径下的文件
    lines = file_pi.readlines()  # readlines()从文件中读取每一行,并将其存储在一个列表中

pi = ''  # 定义一个空字符
for line in lines:  # 使用for循环从列表中读取文件内容
    pi += line.strip()  # 消除每行中字符两端的空格
print('pi : ' + pi)  # 打印pi值
print('length of pi : ' + str(len(pi)))  # 求读取到的pi值长度 

运行结果如下图所示。
Python中文件操作和异常处理_第8张图片
在这个例子中,将文件各行的内容合成一个字符串,并求了该字符串的长度。

6.检查用户输入是否包含在文件中

我们还可以检查用户的输入是否包含在文件中,下面是该例子。

file_path = 'C:/Users/Administrator/Desktop/pi.txt'  # 文件的绝对路径
with open(file_path) as file_pi:  # 打开特定路径下的文件
    lines = file_pi.readlines()  # readlines()从文件中读取每一行,并将其存储在一个列表中

pi = ''  # 定义一个空字符
for line in lines:  # 使用for循环从列表中读取文件内容
    pi += line.strip()  # 消除每行中字符两端的空格

print('pi : ' + pi)  # 打印pi值

while True:
    nums = input("Please input four numbers: ") # 用户输入
    if nums in pi: # 判断用户输入是否在pi中
        print("The four numbers are in pi!")
    else:
        print("The four numbers are not in pi!")
    y_or_n = input("Enter 'q' to quit and any key to continue: ") 
    if y_or_n == 'q':  # 退出循环
        break

运行结果如下图所示。
Python中文件操作和异常处理_第9张图片


二、写入文件

保存数据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。你可以在任何时候查看这些输出,也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。
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。

1.写入空文件

要在文件中写入文本,在调用函数open()时需要提供另一个实参,告诉Python要在打开的文件中执行写操作。
打开文件时,可指定读取模式(‘r’)、写入模式(‘w’)、附加模式(‘a’)或者能够读取和写入文件的模式(‘r+’),如果省略了模式实参,Python将以只读模式打开文件。
如果要写入的文件不存在,函数open()将自动创建它,以写入(‘w’)模式打开文件时要小心,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。
下面是写入空文件的例子。

file_path = 'C:/Users/Administrator/Desktop/write_demo.txt'  # 指定文件的绝对路径
with open(file_path, 'w') as file_object:  # 以写入的方式打开文件,如果没找到文件就在该路径下新建
    file_object.write("I love Python.")  # 在文件中写入文本内容

在该例中,我指定打开在电脑桌面上的write_demo.txt文本文件,但我事先并没有新建该文件,在程序运行之后,会自动在桌面上新建名为write_demo.txt文本文件,并写入程序中要求写入的内容,在桌面打开该文件查看其内容如下图所示。
Python中文件操作和异常处理_第10张图片
可以看到,里面正是我们在程序中写入的内容。
前面已经提到了,如果在程序运行之前,我们已经新建好该文本文件,并且在里面写入了内容保存,那么在程序运行后,之前写入的内容会被清空,文件中只有程序写入的内容。

2.在文件中写入多行

函数write()不会在写入的文本末尾自动添加换行符,因此在写入多行时,要加上换行符。
下面是在文件中写入多行的例子。

file_path = 'C:/Users/Administrator/Desktop/write_demo.txt'  # 指定文件的绝对路径
with open(file_path, 'w') as file_object:  # 以写入的方式打开文件,如果没找到文件就在该路径下新建
 	file_object.write("I love Java.\n")  # 写入文本内容并换行
 	file_object.write("\n")  # 写入空行
    file_object.write("I love Python.\n")  # 写入文本内容并换行
    file_object.write("\n")  # 写入空行
    file_object.write("\t I love C.\n")  # 添加制表符

该文件在上例中运行时已经存在了,所以再运行该程序时,该文件中的原有内容会被清空,打开该文件看看是不是这样。
Python中文件操作和异常处理_第11张图片
果然,原有的内容被清空,而且新的内容正是我们在代码在想要写入的。在文件中写入内容时,可以像显示到终端的输出一样,加入空格、制表符和空行都是可以的。

3.追加到文件

如果要给文件添加内容,而不是覆盖原有的内容,可以使用追加模式打开文件,这样Python在返回文件对象前就不会清空原文件内容,而新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将创建一个空文件执行相应的操作。
下面是在文件中追加内容的例子。

file_path = 'C:/Users/Administrator/Desktop/write_demo.txt'  # 指定文件的绝对路径
with open(file_path, 'a') as file_object:  # 以追加的方式打开文件,如果没找到文件就在该路径下新建
    file_object.write("I love C++.\n")  # 追加内容
    file_object.write("I love PHP.\n")  # 追加内容

在代码运行前,文件中已经存在了上面例子运行后的结果,所以再运行该程序时,追加的内容会在原有内容的后面,打开该文件看看是不是这样。
Python中文件操作和异常处理_第12张图片
结果确实如我们预想的一样。


三、异常及处理

学习异常处理,避免程序在面对意外情形时崩溃,这让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。
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。如果使用了try-except代码块,即便出现异常,程序也将继续运行,并显示你编写的错误提示消息,而不是令人迷惑的traceback。

1.ZeroDivisionError异常及处理

ZeroDivisionError异常是除数为0引发的异常。
运行下面代码。

print(2/0)

结果如下图所示。
Python中文件操作和异常处理_第13张图片
由运行结果可知,Python停止运行程序并指出了ZeroDivisionError异常,而我们可根据这些信息对程序进行修改。

1>.使用try-except代码块

通过将可能引发错误的代码放在try-except代码块中,可提高程序抵御错误的能力。
下面是使用try-except代码块处理ZeroDivisionError异常的例子。

while True:
    dividend = input("Please input dividend : ")  # 用户输入被除数
    divisor = input("Please input divisor : ")  # 用户输入除数
    try:
        print(dividend + '/' + divisor + ' = ' + str(int(dividend)/int(divisor)))  # 无异常时计算
    except ZeroDivisionError:  # 除数为0时处理异常
        print("You can't divide by zero!")
    y_or_n = input("Enter 'q' to quit and any key to continue: ")
    if y_or_n == 'q':
        break

运行结果如下图所示。
Python中文件操作和异常处理_第14张图片

2>.使用try-except-else代码块

try-except-else代码块的工作原理: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;依赖于try代码块成功执行的代码都放在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如何处理。
下面是使用try-except-else代码块处理ZeroDivisionError异常的例子。

while True:
    dividend = input("Please input dividend : ")  # 用户输入被除数
    divisor = input("Please input divisor : ")  # 用户输入除数
    try:
        answer = dividend + '/' + divisor + ' = ' + str(int(dividend)/int(divisor))  # 无异常时计算
    except ZeroDivisionError:  # 除数为0时处理异常
        print("You can't divide by zero!")
    else:
        print(answer)  # 打印try代码块成功运行后的结果
    y_or_n = input("Enter 'q' to quit and any key to continue: ")
    if y_or_n == 'q':
        break

运行结果如下图所示。
Python中文件操作和异常处理_第15张图片

2.FileNotFoundError异常及处理

使用文件时,一种常见的问题是找不到文件,我们来读取一个不存在的文件。
运行下面代码。

with open('text.txt') as file_object:  # 读取文件text.txt
    contents = file_object.read()  # 将读取到的文件内容存放在一个变量中
    print(contents)

结果如下图所示。
Python中文件操作和异常处理_第16张图片
下面来处理FileNotFoundError异常,由于该异常是由函数open()导致的,因此要处理这个异常,必须将try语句放在包含open()的代码行之前。

filename = 'text.txt'
try:
    with open(filename) as file_object:  # 读取文件text.txt
        contents = file_object.read()  # 将读取到的文件内容存放在一个变量中
        print(contents)
except FileNotFoundError:  # 出现FileNotFoundError异常时打印提示信息
    print("Sorry, the file " + filename + " does not exist.")

运行结果如下图所示。
在这里插入图片描述

1>.分析文本文件

在模块所在的文件夹下创建了名为text.txt的文件,其内容如下图所示。
Python中文件操作和异常处理_第17张图片
下面写一个分析文本文件的例子,用来统计文件中单词的个数。

def count_words(filename):
    """读取文件中的单词个数"""
    try:
        with open(filename) as file_object:  # 读取文件
            contents = file_object.read()  # 将读取到的文件内容存放在一个变量中
    except FileNotFoundError:  # 出现FileNotFoundError异常时打印提示信息
        print("Sorry, the file " + filename + " does not exist.")
    else:
        num = len(contents.split())  # 将从文件中读取到的内容分割为单词并统计数量
        print("The file " + filename + " has about " + str(num) + " words.")


count_words('text.txt')  # 存在的文件调用函数
count_words('abc.txt')   # 不存在的文件调用函数

运行结果如下图所示。
Python中文件操作和异常处理_第18张图片
可以看到,我们写这样一个函数体分析文本文件特别的方便,只要调用函数即可,不管该文件是否存在,运行过程都不会引发异常。

2>.异常时无作为

有时候我们希望程序在发生异常时无作为,就像什么都没有发生一样继续运行,Python有一个pass语句,可在代码块中使用它来让程序什么都不做。
下面是在异常发生时什么也不做的例子。

def count_words(filename):
    """读取文件中的单词个数"""
    try:
        with open(filename) as file_object:  # 读取文件
            contents = file_object.read()  # 将读取到的文件内容存放在一个变量中
    except FileNotFoundError:  # 出现FileNotFoundError异常时什么也不做
        pass
    else:
        num = len(contents.split())  # 将从文件中读取到的内容分割为单词并统计数量
        print("The file " + filename + " has about " + str(num) + " words.")


count_words('text.txt')  # 存在的文件
count_words('abc.txt')   # 不存在的文件

运行结果如下图所示。
在这里插入图片描述
可以看到,在使用pass语句后,发生异常时程序什么也不会做,当然也不会中断提示异常信息。


四、存储数据

很多程序都要求用户输入某种信息,这些信息会被存储在列表和字典等数据结构中,用户关闭程序时,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。
json(JavaScript Object Notation,对象表示法)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。
模块json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,当然还可以使用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,因此可以将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。

1.使用json.dump()和json.load()

先使用json.dump()来存储数据,函数json.dump()接受两个实参,第一个参数是要存储的数据,第二个参数是可用于存储数据的文件对象。
下面是使用json.dump()来存储数据的例子。

import json  # 导入模块json
num = [1, 3, 5, 7, 9]  # 待存储的数字列表
filename = 'num.json'  # 将数字列表存储的文件名称
with open(filename, 'w') as file_object:  # 以写入模式打开文件
    json.dump(num, file_object)  # 将数字列表存储到文件中

运行该程序后,在该模块所在的文件夹下生成了名为num.json的文件,以记事本的方式打开,其内容如下图所示。
Python中文件操作和异常处理_第19张图片
可以看到,数字列表成功的存储在了json文件中。
函数json.load()只接受一个实参,即文件对象。
下面来使用json.load()将该列表读出到内存。

import json  # 导入模块json

filename = 'num.json'  # 指定文件名称
with open(filename) as file_object:  # 打开文件
    num = json.load(file_object)  # 加载存储在文件中的信息

print(num)  # 打印文件信息

运行结果如下图所示。
在这里插入图片描述
由上面的这两个运行结果可知这是一种在程序之间共享数据的简单方式。

2.保存和读取用户输入的数据

我们下面来编写这样一个例子,在第一次运行这个程序时,用户需要输入自己的信息,然后程序将用户输入的信息保存在json文件中,当再次运行该程序时,用户将收到程序的问候。下面是该例子的代码。

import json  # 导入模块json

filename = 'username.json'  # 指定文件名称
try:
    with open(filename) as file_object:  # 打开文件
        username = json.load(file_object)  # 加载存储在文件中的信息
except FileNotFoundError:  # 文件不存在则新建该文件并存入用户信息
    username = input("Please input your name : ")
    with open(filename, 'w') as file_object:  # 文件不存在则新建该文件并写入用户信息
        json.dump(username, file_object)  # 将用户输入的信息存储在文件中
        print("We'll remember you when you come back, " + username + "!")
else:
    print("Welcome back, " + username + "!")  # 文件已经存在就打印问候信息

程序第一次的运行结果如下图所示。
Python中文件操作和异常处理_第20张图片
程序至少运行了一次以后的结果如下图所示。
在这里插入图片描述
这个例子和一些平台登录的情况有些类似,在登录时如果我们勾选记住用户名和密码,下次登录时就不用再输入这些信息,直接点击登录即可。

3.重构

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,重构可以让代码更清晰、更易于理解、更容易扩展。
在上面的例子中,我们没有使用分工明确的函数来完成具体的事,因为这个例子还算简单,可以这样来写。下面来重构上面的这个例子。

import json  # 导入模块json

def get_stored_username():
    """获取已存储的用户名"""
    filename = 'username.json'
    try:
        with open(filename) as file_object:
            username = json.load(file_object)
    except FileNotFoundError:
        return None
    else:
        return username

def get_new_username():
    """获取新的用户名"""
    username = input("Please input your name : ")
    filename = 'username.json'
    with open(filename, 'w') as file_object:
        json.dump(username, file_object)
    return username

def greet_user():
    """问候用户"""
    username = get_stored_username()
    if username:  
        print("Welcome back, " + username + "!")  # 用户信息不为空时问候用户
    else:  
        username = get_new_username()  # 用户信息为空时调用函数让用户输入信息
        print("We'll remember you when you come back, " + username + "!")

greet_user()

这段代码运行后的输出结果与上面的代码一致,这里不再贴图。主要对比一下前后这两段代码,前者的代码量虽然在这个例子中显得简短,但是在大一点的程序中,后者的代码是推荐的。


总结

以上就是Python中文件操作和异常处理的所有内容了,通过学习文件操作,我们掌握了如何读取文件内容并使用它们,以及如何向文件中写入信息;在异常处理中,以除数为0和文件不存在异常为例学习了如何应对程序运行过程中可能出现的异常;通过学习存储数据掌握了灵活运用用户输入信息的重要性。本章学习的技能可提高程序的适用性、可用性和稳定性。
本文参考书目:Python 编程 :从入门到实践 / (美) 埃里克•马瑟斯(Eric Matthes)著;袁国忠译

你可能感兴趣的:(Python,python)