【python基础】文件和异常详解:使用、读取、写入、追加、保存用户的信息，以及优雅的处理异常

本文将学到：

• 如何使用文件；
• 如何一次性读取整个文件，以及如何以每次一行的方式读取文件的内容；
• 如何写入文件，以及如何将文本附加到文件末尾；
• 什么是异常以及如何处理程序可能引发的异常；
• 如何存储Python数据结构，以保存用户提供的信息，避免用户每次运行程序时都需要重新提供。

一. 从文件中读取数据

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。

1. 读取整个文件

样例文件：

3.1415926535
  8979323846
  2643383279

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：

file_reader.py

if __name__ == '__main__':
    with open('pi_digits.txt') as file_object:
        contents = file_object.read()
    print(contents)

a. 接收文件参数
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。在本例中，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。

b. 创建文件实例
with open('pi_digits.txt') as file_object 返回一个表示文件pi_digits.txt的对象，并将该对象赋给file_object。关键字with在不再需要访问文件后将其关闭。

c. 打开和关闭文件
关键字with在时，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()。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导致方法close()未执行，文件将不会关闭。

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。

类似java 7中的自动关闭流

d. 读取文件
使用方法read()读取这个文件的全部内容，并将其作为一个长长的字符串赋给变量contents。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

e. 处理空行
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，可在函数调用print()中使用rstrip()：

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

print(contents.rstrip())

 

2. 文件路径

相对路径
例如，你可能将程序文件存储在了文件夹python_work中，而该文件夹中有一个名为text_files的文件夹用于存储程序文件操作的文本文件。

可以使用相对文件路径来打开其中的文件，该位置是相对于当前运行的程序所在目录的。

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

绝对文件路径
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。

file_path = '/home/ehmatthes/other_files/text_files/_filename_.txt'
with open(file_path) as file_object:

 

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：

if __name__ == '__main__':
    with open('pi_digits.txt') as file_object:
        for line in file_object:
            print(line.strip())

因为在这个文件中，每行的末尾都有一个看不见的换行符，而函数调用print()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，另一个来自函数调用print()。所以在函数调用print()中使用rstrip()。

 

4. 创建一个包含文件各行内容的列表

将文件各行缓存到列表中，等到需要时再使用。

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：

    with open('pi_digits.txt') as file_object:
        lines = file_object.readlines()

    for line in lines:
        print(line.rstrip())

 

二. 写入文件

1. 写入空文件

    with open('pi_digits.txt','w') as file_object:
        file_object.write("I love python")

1. 实参一也是要打开的文件的名称。
2. 实参二（‘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。

注意　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. 写入多行

函数write()不会在写入的文本末尾添加换行符，因此如果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：

    with open('programming.txt', 'w') as file_object:
        file_object.write("I love programming.\n")
        file_object.write("I love creating new games.\n")

要让每个字符串都单独占一行，需要在方法调用write()中包含换行符。

 

3. 附加到文件

如果要给文件添加内容，而不是覆盖原有的内容，可以以附加模式打开文件。

    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")

 

三. 异常

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。

1. 处理ZeroDivisionError异常

print(5/0)


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

在上述traceback中，ZeroDivisionError是个异常对象。Python无法按你的要求做时，就会创建这种对象。在这种情况下，Python将停止运行程序，并指出引发了哪种异常。

 

2. 使用try-except代码块

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

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。

 

3. try-except-else ing

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。依赖try代码块成功执行的代码都应放到else代码块中：

if __name__ == '__main__':
    while True:
        if second_number =='q':
            break
        try:
            answer = int(first_name)/int(second_number)
        except ZeroDivisionError:
            print("You can't divide by zero!")
        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。

但是：我直接将print(answer)放到answer下面一行不行吗？测试可信。

 

4. 处理FileNotFoundError异常

filename = 'alice.txt'

try:
    with open(filename, encoding='utf-8') as f:
        contents = f.read()
except FileNotFoundError:
    print(f"Sorry, the file {filename} does not exist.")

 

5. 分析文本

if __name__ == '__main__':
    filename = 'alice1.txt'

    try:
        with open(filename, encoding='utf-8') as f:
            contents = f.read()
    except FileNotFoundError:
        print(f"Sorry, the file {filename} does not exist.")
    else:
    # 计算该文件大致包含多少个单词。
         words = contents.split()
         num_words = len(words)
         print(f"The file {filename} has about {num_words} words.")

 

6. 使用多个文件

def count_words(filename):
    --snip--

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

 

7. 静默失败

有时候你希望程序在发生异常时保持静默，就像什么都没有发生一样继续运行。

  def count_words(filename):
      """计算一个文件大致包含多少个单词。"""
      try:
          --snip--
      except FileNotFoundError:
❶         pass
      else:
          --snip--

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

现在，出现FileNotFoundError异常时，将执行except代码块中的代码，但什么都不会发生。这种错误发生时，不会出现traceback，也没有任何输出。用户将看到存在的每个文件包含多少个单词，但没有任何迹象表明有一个文件未找到。

 

四. 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

1. 使用json.dump()和json.load()

第一个程序将使用json.dump()来存储这组数，而第二个程序将使用json.load()。

if __name__ == '__main__':
    # 写入文件
    numbers = [2, 3, 5, 7, 11, 13]
    filename = 'numbers.json'
    with open(filename, 'w') as f:
        json.dump(numbers, f)
    # 读文件
    with open(filename) as f:
        numbers_read = json.load(f)
        print(numbers_read)

 

2. 保存和读取用户生成的数据

import json

if __name__ == '__main__':
    # 如果以前存储了用户名，就加载它。
    # 否则，提示用户输入用户名并存储它。
    filename = 'username.json'
    try:
        with open(filename) as f:
            username = json.load(f)
    except FileNotFoundError:
        username = input("What is your name? ")
        with open(filename, 'w') as f:
            json.dump(username, f)
            print(f"We'll remember you when you come back, {username}!")
    else:
        print(f"Welcome back, {username}!")

 
参考：《Python编程：从入门到实践（第二版）》