摘要：本章主要是學習的文件操作，主要是從文件中讀取數據以及將數據存儲到文件中，還有錯誤處理，異常類，模塊等。函數返回一個文件對象，用于接收該對象。異常中使用被稱為異常的特殊對象來管理程序執行期間發生的錯誤。

《Python編程：從入門到實踐》筆記。
本章主要是學習Python的文件操作，主要是從文件中讀取數據以及將數據存儲到文件中，還有錯誤處理，異常類，json模塊等。

以下文件pi_digits.txt包含了精確到小數點后30位的圓周率數據

# pi_digits.txt文件
3.1415926535
  8979323846
  2643383279

# 代碼：
with open("pi_digits.txt", "r") as file_object:
    contents = file_object.read()   # 一次性讀取整個文件
    print(contents)

# 結果：和上述文件內容一樣

從上述代碼可以看出，我們打開文件使用open()函數，該函數至少接收一個參數，即文件路徑。讀取文件時需要向open()函數指明是用什么方式讀取文件，是只讀("r")，只寫("w")，末尾添加("a")還是讀寫均可("r+")，open()函數默認以“只讀”方式讀取文件。這只是4中常用的文件讀取方式，此外還有至少8種讀寫方式。open()函數返回一個文件對象，file_object用于接收該對象。通過文件對象的read()方法讀取文件內容，且該方法返回整個文件的內容。

上述代碼中的文件和源代碼在同一目錄中。注意文件路徑的問題，絕對路徑（不提倡）和相對路徑（相對于源文件的路徑）以及Windows和Linux下路徑的寫法。

注意代碼中的with關鍵字。其實讀寫文件不需要該關鍵字，打開文件使用open()函數，文件讀取完后關閉文件使用close()函數，讀取內容可以調用read()方法。而之所以使用with關鍵字，主要是因為①你最后忘記關閉文件，就想忘了關燈一樣；②也可能是在關閉前程序出錯，導致close()語句未執行。這些讓文件沒有關閉的情況都有可能導致數據丟失或損壞。with關鍵字則被用來應對這些情況，它保證在結束with塊時，文件一定會被關閉。

上述代碼一次性讀取整個文件，這在文件較小或者內存充裕的時候沒有問題，但如果文件特別大，內存容量又很羞澀，則只能逐行讀取：

# 代碼：
file_name = "pi_digits.txt"

with open(file_name) as file_pi:
    for line in file_pi:  # 也可以通過while循環配合readline()方法逐行讀取文件
        print(line)

# 結果：
3.1415926535

  8979323846

  2643383279

這里需要注意一個問題，就是對行以及文件末尾空字符的讀取問題，read()和readline()方法會讀取末尾的空字符（這里是換行符）。我們可以通過之前講的rstrip()方法去掉末尾的空字符。

readlines()方法將文件中每一行存入列表并返回，以下代碼進一步處理文件中的內容：

# 代碼：
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))

# 結果：
3.141592653589793238462643383279
32

注意，Python從文件中讀取出的所有內容都是字符串，如果你想要的是數字，請記得轉換。

以下是一個簡單的文件寫入程序：

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

執行改代碼后你會看到在同一目錄下會生成一個名為“python.txt"的文件。需要注意的是，以"w"方式打開文件，如果要寫入的文件不存在，則會自動創建該文件；如果該文件存在，該文件的內容會被清空，然后再寫入。如果不想文件被清空，請使用"a"（文件指針放在文件末尾）或"r+"（文件指針指向文件開頭）方式打開文件。還有一點，write()函數不會在文件末尾添加換行符，如果需要換行符，請自行添加。

Python中使用被稱為異常的特殊對象來管理程序執行期間發生的錯誤。每當代碼運行時如果遇到了不能處理的錯誤，Python都會創建一個異常對象，如果程序中沒有處理該對象的相關代碼，程序將會停止，并顯示一個traceback，其中包含異常的相關報告。如果不想程序因為某些異常而終止運行，則需要我們使用try-except代碼塊自行處理異常。以下是一個處理除零錯誤ZeroDivisionError的例子：

# 代碼：
# 捕捉異常
try:
    resule = 5 / 0
except ZeroDivisionError:
    print("You can"t divide by zero!
")

# 不捕捉異常
print(5 / 0)

# 結果：
You can"t divide by zero!

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

如果你打算編寫一個計算器應用，那么這段代碼必不可少。第一個例子表明，即使發生了異常，只要異常被我們捕捉，那么程序便不會終止。如果只想捕捉異常，但暫時又不想處理，可以將上述的print("You can"t divide by zero! ")替換為pass語句。如果想捕獲所有的異常，則except后面不指定異常類型。

try-except代碼塊還可以和else語句組合形成try-except-else代碼塊，該結構表示，如果捕獲了異常，這執行except中的程序，沒有發生異常則執行else中的程序。以下程序是一個循環統計文件中單詞數的例子，文件讀取的部分被放到了函數中，該函數檢測有沒有發生FileNotFoundError：

# 代碼：
def count_words(filename):
    """計算一個文件大致包含多少個單詞"""
    try:
        with open(filename) as f_obj:
            contents = f_obj.read()
    except FileNotFoundError:
        msg = "Sorry, the file" + filename + " does not exist."
        print(msg)
    else:
        # 計算文件大只包含多少個單詞
        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)

# 結果：
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.

對else的補充：其實else不光可以和if，try-except結合，還可以和for循環和while循環結合，比如：

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

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

這里的else表示當循環結束后執行一些語句，比如提示之類的。

編寫得很好且經過詳盡測試的代碼不容易出現內部錯誤，如語法或邏輯錯誤，但只要程序依賴于外部因素，如用戶輸入、存在指定的文件、有網絡連接等，就有可能出現異常。憑經驗可判斷改在程序的什么地方包含異常處理塊，以及出現錯誤時該向用戶提供多少相關的信息。

很多程序要求用戶輸入某種信息，也有可能程序中某些變量的數據在程序結束后不能丟失（比如機器學習最后訓練出來的模型參數），這是就需要將這些信息以文件的形式存下來。存儲數據的方式有很多，現在比較簡單且通用的是使用json來存儲信息。json(JavaScript Object Notation)格式最初是為JavaScript 開發的，但隨后成了一種常見格式，并被包括Python在內的眾多語言采用。以下是一個經過了重構的存儲用戶信息的例子：

import json

def get_stored_username(filename):
    """如果存儲了用戶名，就獲取它"""
    try:
        with open(filename) as f_obj:
            username = json.load(f_obj)
    except FileNotFoundError:
        return None
    else:
        return username

def get_new_username(filename):
    """提示用戶輸入用戶名，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):
    """向用戶打招呼"""
    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)

代碼就不運行了，請各位自行推導程序的結果。最后在username.json文件中會存有用戶的信息。但要注意一點，json根據數據類型來存儲數據，雖然最后都是字符串，但這個過程不需要我們干預，比如要存一個列表，并不需要我們先將其轉換為字符串，再存入json，讀取數據時也不需要我們先讀取為字符串，再轉換成列表，我們只需直接存取即可，轉換工作由json模塊自動完成。

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