Python学习之路9-文件和异常

摘要：本章主要是学习的文件操作，主要是从文件中读取数据以及将数据存储到文件中，还有错误处理，异常类，模块等。函数返回一个文件对象，用于接收该对象。异常中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。

《Python编程：从入门到实践》笔记。
本章主要是学习Python的文件操作，主要是从文件中读取数据以及将数据存储到文件中，还有错误处理，异常类，json模块等。

以下文件pi_digits.txt包含了精确到小数点后30位的圆周率数据

# pi_digits.txt文件
3.1415926535
  8979323846
  2643383279

# 代码：
with open("pi_digits.txt", "r") as file_object:
    contents = file_object.read()   # 一次性读取整个文件
    print(contents)

# 结果：和上述文件内容一样

从上述代码可以看出，我们打开文件使用open()函数，该函数至少接收一个参数，即文件路径。读取文件时需要向open()函数指明是用什么方式读取文件，是只读("r")，只写("w")，末尾添加("a")还是读写均可("r+")，open()函数默认以“只读”方式读取文件。这只是4中常用的文件读取方式，此外还有至少8种读写方式。open()函数返回一个文件对象，file_object用于接收该对象。通过文件对象的read()方法读取文件内容，且该方法返回整个文件的内容。

上述代码中的文件和源代码在同一目录中。注意文件路径的问题，绝对路径（不提倡）和相对路径（相对于源文件的路径）以及Windows和Linux下路径的写法。

注意代码中的with关键字。其实读写文件不需要该关键字，打开文件使用open()函数，文件读取完后关闭文件使用close()函数，读取内容可以调用read()方法。而之所以使用with关键字，主要是因为①你最后忘记关闭文件，就想忘了关灯一样；②也可能是在关闭前程序出错，导致close()语句未执行。这些让文件没有关闭的情况都有可能导致数据丢失或损坏。with关键字则被用来应对这些情况，它保证在结束with块时，文件一定会被关闭。

上述代码一次性读取整个文件，这在文件较小或者内存充裕的时候没有问题，但如果文件特别大，内存容量又很羞涩，则只能逐行读取：

# 代码：
file_name = "pi_digits.txt"

with open(file_name) as file_pi:
    for line in file_pi:  # 也可以通过while循环配合readline()方法逐行读取文件
        print(line)

# 结果：
3.1415926535

  8979323846

  2643383279

这里需要注意一个问题，就是对行以及文件末尾空字符的读取问题，read()和readline()方法会读取末尾的空字符（这里是换行符）。我们可以通过之前讲的rstrip()方法去掉末尾的空字符。

readlines()方法将文件中每一行存入列表并返回，以下代码进一步处理文件中的内容：

# 代码：
file_name = "pi_digits.txt"

with open(file_name) as file_pi:
    lines = file_pi.readlines()

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

print(pi_string)
print(len(pi_string))

# 结果：
3.141592653589793238462643383279
32

注意，Python从文件中读取出的所有内容都是字符串，如果你想要的是数字，请记得转换。

以下是一个简单的文件写入程序：

filename = "python.txt"
with open(filename, "w") as file_obj:
    file_obj.write("I love python!")

执行改代码后你会看到在同一目录下会生成一个名为“python.txt"的文件。需要注意的是，以"w"方式打开文件，如果要写入的文件不存在，则会自动创建该文件；如果该文件存在，该文件的内容会被清空，然后再写入。如果不想文件被清空，请使用"a"（文件指针放在文件末尾）或"r+"（文件指针指向文件开头）方式打开文件。还有一点，write()函数不会在文件末尾添加换行符，如果需要换行符，请自行添加。

Python中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。每当代码运行时如果遇到了不能处理的错误，Python都会创建一个异常对象，如果程序中没有处理该对象的相关代码，程序将会停止，并显示一个traceback，其中包含异常的相关报告。如果不想程序因为某些异常而终止运行，则需要我们使用try-except代码块自行处理异常。以下是一个处理除零错误ZeroDivisionError的例子：

# 代码：
# 捕捉异常
try:
    resule = 5 / 0
except ZeroDivisionError:
    print("You can"t divide by zero!
")

# 不捕捉异常
print(5 / 0)

# 结果：
You can"t divide by zero!

Traceback (most recent call last):
  File "division.py", line 29, in 
    print(5 / 0)
ZeroDivisionError: division by zero

如果你打算编写一个计算器应用，那么这段代码必不可少。第一个例子表明，即使发生了异常，只要异常被我们捕捉，那么程序便不会终止。如果只想捕捉异常，但暂时又不想处理，可以将上述的print("You can"t divide by zero! ")替换为pass语句。如果想捕获所有的异常，则except后面不指定异常类型。

try-except代码块还可以和else语句组合形成try-except-else代码块，该结构表示，如果捕获了异常，这执行except中的程序，没有发生异常则执行else中的程序。以下程序是一个循环统计文件中单词数的例子，文件读取的部分被放到了函数中，该函数检测有没有发生FileNotFoundError：

# 代码：
def count_words(filename):
    """计算一个文件大致包含多少个单词"""
    try:
        with open(filename) as f_obj:
            contents = f_obj.read()
    except FileNotFoundError:
        msg = "Sorry, the file" + filename + " does not exist."
        print(msg)
    else:
        # 计算文件大只包含多少个单词
        words = contents.split()
        num_words = len(words)
        print("The file " + filename + " has about " + str(num_words) + "words.")

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

# 结果：
The file alice.txt has about 29461 words.
Sorry, the file siddhartha.txt does not exist.
The file moby_dick.txt has about 215136 words.
The file little_women.txt has about 189097 words.

对else的补充：其实else不光可以和if，try-except结合，还可以和for循环和while循环结合，比如：

for i in range(10):
    pass
else:
    pass

i = 0
while i < 10:
    i++
else:
    pass

这里的else表示当循环结束后执行一些语句，比如提示之类的。

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、有网络连接等，就有可能出现异常。凭经验可判断改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。

很多程序要求用户输入某种信息，也有可能程序中某些变量的数据在程序结束后不能丢失（比如机器学习最后训练出来的模型参数），这是就需要将这些信息以文件的形式存下来。存储数据的方式有很多，现在比较简单且通用的是使用json来存储信息。json(JavaScript Object Notation)格式最初是为JavaScript 开发的，但随后成了一种常见格式，并被包括Python在内的众多语言采用。以下是一个经过了重构的存储用户信息的例子：

import json

def get_stored_username(filename):
    """如果存储了用户名，就获取它"""
    try:
        with open(filename) as f_obj:
            username = json.load(f_obj)
    except FileNotFoundError:
        return None
    else:
        return username

def get_new_username(filename):
    """提示用户输入用户名，并存入文件"""
    username = input("What"s your name?")
    with open(filename, "w") as f_obj:
        json.dump(username, f_obj)
    return username

def greet_user(filename):
    """向用户打招呼"""
    username = get_stored_username(filename)
    if username:
        print("Welcome back, " + username + "!")
    else:
        username = get_new_username(filename)
        print("We"ll remember you when you come back, " + username + "!")

filename = "username.json"
greet_user(filename)

代码就不运行了，请各位自行推导程序的结果。最后在username.json文件中会存有用户的信息。但要注意一点，json根据数据类型来存储数据，虽然最后都是字符串，但这个过程不需要我们干预，比如要存一个列表，并不需要我们先将其转换为字符串，再存入json，读取数据时也不需要我们先读取为字符串，再转换成列表，我们只需直接存取即可，转换工作由json模块自动完成。

迎大家关注我的微信公众号"代码港" & 个人网站 www.vpointer.net ~