1.文件的打开与关闭

想一想：

如果想用word编写一份简历，应该有哪些流程呢？

打开word软件，新建一个word文件

写入个人简历信息

保存文件

关闭word软件

同样，在操作文件的整体过程与使用word编写一份简历的过程是很相似的

打开文件，或者新建立一个文件

读/写数据

关闭文件

1.1 打开文件

在python，使用open函数，可以打开一个已经存在的文件，或者创建一个新文件

open(文件路径，访问模式)

示例如下：

 f = open('test.txt', 'w')

说明:

文件路径

文件的路径分为相对路径和绝对路径两种。

绝对路径：指的是绝对位置，完整地描述了目标的所在地，所有目录层级关系是一目了然的。
- 例如：C:/Users/chris/AppData/Local/Programs/Python/Python37/python.exe，从电脑的盘符开始，表示的就是一个绝对路径。
相对路径：是从当前文件所在的文件夹开始的路径。
- test.txt，是在当前文件夹查找 test.txt 文件
- ./test.txt，也是在当前文件夹里查找test.txt文件， ./ 表示的是当前文件夹。
- ../test.txt，从当前文件夹的上一级文件夹里查找 test.txt 文件。../ 表示的是上一级文件夹
- demo/test.txt，在当前文件夹里查找 demo这个文件夹，并在这个文件夹里查找 test.txt文件。

访问模式：

访问模式	说明
r	以只读方式打开文件。文件的指针将会放在文件的开头。如果文件不存在，则报错。这是默认模式。
w	打开一个文件只用于写入。如果该文件已存在则将其覆盖。如果该文件不存在，创建新文件。
a	打开一个文件用于追加。如果该文件已存在，文件指针将会放在文件的结尾。也就是说，新的内容将会被写入到已有内容之后。如果该文件不存在，创建新文件进行写入。
r+	打开一个文件用于读写。文件指针将会放在文件的开头。
w+	打开一个文件用于读写。如果该文件已存在则将其覆盖。如果该文件不存在，创建新文件。
a+	打开一个文件用于读写。如果该文件已存在，文件指针将会放在文件的结尾。文件打开时会是追加模式。如果该文件不存在，创建新文件用于读写。
rb	以二进制格式打开一个文件用于只读。文件指针将会放在文件的开头。
wb	以二进制格式打开一个文件只用于写入。如果该文件已存在则将其覆盖。如果该文件不存在，创建新文件。
ab	以二进制格式打开一个文件用于追加。如果该文件已存在，文件指针将会放在文件的结尾。也就是说，新的内容将会被写入到已有内容之后。如果该文件不存在，创建新文件进行写入。
rb+	以二进制格式打开一个文件用于读写。文件指针将会放在文件的开头。
wb+	以二进制格式打开一个文件用于读写。如果该文件已存在则将其覆盖。如果该文件不存在，创建新文件。
ab+	以二进制格式打开一个文件用于读写。如果该文件已存在，文件指针将会放在文件的结尾。如果该文件不存在，创建新文件用于读写。

1.2 关闭文件

close( )

示例如下

 # 新建一个文件，文件名为:test.txt
 f = open('test.txt', 'w')
 
 # 关闭这个文件
 f.close()

2.文件的读取和写入

2.1 文件的读写

2.1.1 写数据（write）

使用write()可以完成向文件写入数据

demo: 新建一个文件 file_write_test.py,向其中写入如下代码:

 f = open('test.txt', 'w')
 f.write('hello world, i am here!\n' * 5)
 f.close()

运行之后会在file_write_test.py文件所在的路径中创建一个文件test.txt,并写入内容，运行效果显示如下:

注意：

如果文件不存在，那么创建；如果存在那么就先清空，然后写入数据

2.1.2 读数据（read）

使用read(num)可以从文件中读取数据，num表示要从文件中读取的数据的长度（单位是字节），如果没有传入num，那么就表示读取文件中所有的数据

demo: 新建一个文件file_read_test.py，向其中写入如下代码:

 f = open('test.txt', 'r')
 content = f.read(5)  # 最多读取5个数据
 print(content)
 
 print("-"*30)  # 分割线，用来测试
 
 content = f.read()  # 从上次读取的位置继续读取剩下的所有的数据
 print(content)
 
 f.close()  # 关闭文件，这个可是个好习惯哦

运行现象：

 hello
 ------------------------------
  world, i am here!

注意：

如果用open打开文件时，如果使用的”r”，那么可以省略 open('test.txt')

2.1.3 读数据（readline）

readline只用来读取一行数据。

 f = open('test.txt', 'r')
 
 content = f.readline()
 print("1:%s" % content)
 
 content = f.readline()
 print("2:%s" % content)
 
 
 f.close()

2.1.4 读数据（readlines）

readlines可以按照行的方式把整个文件中的内容进行一次性读取，并且返回的是一个列表，其中每一行为列表的一个元素。

 f = open('test.txt', 'r')
 content = f.readlines()
 print(type(content))
 
 for temp in content:
     print(temp)
 
 f.close()

2.1.5 指针定位

tell()方法用来显示当前指针的

 f = open('test.txt')
 print(f.read(10))  # read 指定读取的字节数
 print(f.tell())    # tell()方法显示当前文件指针所在的文字
 f.close()

xseek(offset,whence) 方法用来重新设定指针的位置。

f = open('test.txt','rb')  # 需要指定打开模式为rb,只读二进制模式

print(f.read(3))
print(f.tell())

f.seek(2,0)   # 从文件的开头开始，跳过两个字节
print(f.read())

f.seek(1,1) # 从当前位置开始，跳过一个字节
print(f.read())

f.seek(-4,2) # 从文件末尾开始，往前跳过四个字节
print(f.read())

f.close()

0表示从文件头开始
1表示从当前位置开始
2 表示从文件的末尾开始
offset:表示偏移量
whence:只能传入012中的一个数字。

3.CSV文件的读写

CSV文件：Comma-Separated Values，中文叫逗号分隔值或者字符分割值，其文件以纯文本的形式存储表格数据。可以把它理解为一个表格，只不过这个表格是以纯文本的形式显示的，单元格与单元格之间，默认使用逗号进行分隔；每行数据之间，使用换行进行分隔。

name,age,score
zhangsan,18,98
lisi,20,99
wangwu,17,90
jerry,19,95

Python中的csv模块，提供了相应的函数，可以让我们很方便的读写csv文件。

3.1 CSV文件的写入

import csv

# 以写入方式打开一个csv文件
file = open('test.csv','w')

# 调用writer方法，传入csv文件对象，得到的结果是一个CSVWriter对象
writer = csv.writer(file)

# 调用CSVWriter对象的writerow方法，一行行的写入数据
writer.writerow(['name', 'age', 'score'])

# 还可以调用writerows方法，一次性写入多行数据
writer.writerows([['zhangsan', '18', '98'],['lisi', '20', '99'], ['wangwu', '17', '90'], ['jerry', '19', '95']])
file.close()

3.2 CSV文件的读取

import csv

# 以读取方式打开一个csv文件
file = open('test.csv', 'r')

# 调用csv模块的reader方法，得到的结果是一个可迭代对象
reader = csv.reader(file)

# 对结果进行遍历，获取到结果里的每一行数据
for row in reader:
    print(row)

file.close()

4.将数据写入

内存中写入数据

除了将数据写入到一个文件以外，我们还可以使用代码，将数据暂时写入到内存里，可以理解为数据缓冲区。Python中提供了StringIO和BytesIO这两个类将字符串数据和二进制数据写入到内存里。

4.1 StingIO

StringIO可以将字符串写入到内存中，像操作文件一下操作字符串。

from io import StringIO

# 创建一个StringIO对象
f = StringIO()
# 可以像操作文件一下，将字符串写入到内存中
f.write('hello\r\n')
f.write('good')

# 使用文件的 readline和readlines方法，无法读取到数据
# print(f.readline())
# print(f.readlines())

# 需要调用getvalue()方法才能获取到写入到内存中的数据
print(f.getvalue())

f.close()

4.2 BytesIO

如果想要以二进制的形式写入数据，可以使用BytesIO类，它的用法和StringIO相似，只不过在调用write方法写入时，需要传入二进制数据。

from io import BytesIO

f = BytesIO()
f.write('你好\r\n'.encode('utf-8'))
f.write('中国'.encode('utf-8'))

print(f.getvalue())
f.close()

5.练习：实现文件拷贝

目标：输入文件的名字，然后程序自动完成对文件进行备份

参考代码

# 提示输入文件
file_name = input("请输入要拷贝的文件名字:")

# 以读的方式打开文件
old_file = open(file_name, 'rb')

# 分割文件名和后缀名
file_names =file_name.rsplit('.', maxsplit=1)

# 组织新的文件名字
new_file_name = file_names[0] + '.bak.'+file_names[1]

# 创建新文件
newFile = open(new_file_name, 'wb')

# 把旧文件中的数据，一行一行的进行复制到新文件中
for lineContent in old_file.readlines():
    newFile.write(lineContent)

# 关闭文件
old_file.close()
newFile.close()

6.序列化和反序列化

通过文件操作，我们可以将字符串写入到一个本地文件。但是，如果是一个对象(例如列表、字典、元组等)，就无法直接写入到一个文件里，需要对这个对象进行序列化，然后才能写入到文件里。

设计一套协议，按照某种规则，把内存中的数据转换为字节序列，保存到文件，这就是序列化，反之，从文件的字节序列恢复到内存中，就是反序列化。

Python中提供了JSON和pickle两个模块用来实现数据的序列化和反序列化。

JSON模块

JSON(JavaScriptObjectNotation, JS对象简谱)是一种轻量级的数据交换格式，它基于 ECMAScript 的一个子集，采用完全独立于编程语言的文本格式来存储和表示数据。JSON的本质是字符串！

6.1 使用JSON实现列化

JSON提供了dump和dumps方法，将一个对象进行序列化。

dumps方法的作用是把对象转换成为字符串，它本身不具备将数据写入到文件的功能。

import json
file = open('names.txt', 'w')
names = ['zhangsan', 'lisi', 'wangwu', 'jerry', 'henry', 'merry', 'chris']
# file.write(names)  出错，不能直接将列表写入到文件里

# 可以调用 json的dumps方法，传入一个对象参数
result = json.dumps(names)

# dumps 方法得到的结果是一个字符串
print(type(result))  # <class 'str'>

# 可以将字符串写入到文件里
file.write(result)

file.close()

dump方法可以在将对象转换成为字符串的同时，指定一个文件对象，把转换后的字符串写入到这个文件里。

import json

file = open('names.txt', 'w')
names = ['zhangsan', 'lisi', 'wangwu', 'jerry', 'henry', 'merry', 'chris']

# dump方法可以接收一个文件参数，在将对象转换成为字符串的同时写入到文件里
json.dump(names, file)
file.close()

注意：如果是一个空对象，调用dumps方法转换成为一个JSON对象，得到的结果是null(JS里的空对象)

json.dumps(None)  # null

6.2 使用JSON实现反序列化

使用loads和load方法，可以将一个JSON字符串反序列化成为一个Python对象。

loads方法需要一个字符串参数，用来将一个字符串加载成为Python对象。

import json

# 调用loads方法，传入一个字符串，可以将这个字符串加载成为Python对象
result = json.loads('["zhangsan", "lisi", "wangwu", "jerry", "henry", "merry", "chris"]')
print(type(result))  # <class 'list'>

load方法可以传入一个文件对象，用来将一个文件对象里的数据加载成为Python对象。

import json

# 以可读方式打开一个文件
file = open('names.txt', 'r')

# 调用load方法，将文件里的内容加载成为一个Python对象
result = json.load(file)

print(result)
file.close()

6.3 pickle模块

和json模块类似，pickle模块也有dump和dumps方法可以对数据进行序列化，同时也有load和loads方法进行反序列化。区别在于，json模块是将对象转换成为字符串，而pickle模块是将对象转换成为二进制。

pickle模块里方法的使用和json里方法的使用大致相同，需要注意的是，pickle是将对象转换成为二进制，所以，如果想要把内容写入到文件里，这个文件必须要以二进制的形式打开。

区别(了解)

思考: json和pickle两个模块都可以将对象进行序列化和反序列化，那它们有哪些区别，在使用场景上又该如何选择？

json模块:
- 将对象转换成为字符串，不管是在哪种操作系统，哪种编程语言里，字符串都是可识别的。
- json就是用来在不同平台间传递数据的。
- 并不是所有的对象都可以直接转换成为一个字符串，下标列出了Python对象与json字符串的对应关系。

Python	JSON
dict	object
list,tuple	array
str	string
int,float	number
True	true
False	false
None	null

如果是一个自定义对象，默认无法装换成为json字符串，需要手动指定JSONEncoder.
如果是将一个json串重新转换成为对象，这个对象里的方法就无法使用了。

import json
class MyEncode(json.JSONEncoder):
    def default(self, o):
        # return {"name":o.name,"age":o.age}
        return o.__dict__

class Person(object):
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

      def eat(self):
          print(self.name+'正在吃东西')

p1 = Person('zhangsan', 18)

# 自定义对象想要转换成为json字符串，需要给这个自定义对象指定JSONEncoder
result = json.dumps(p1, cls=MyEncode)
print(result)  # {"name": "zhangsan", "age": 18}

# 调用loads方法将对象加载成为一个对象以后，得到的结果是一个字典
p = json.loads(result)
print(type(p))

pickle模块：
- pickle序列化是将对象按照一定的规则转换成为二进制保存，它不能跨平台传递数据。
- pickle的序列化会将对象的所有数据都保存。

7.异常处理

异常的概念

程序在运行过程中，由于我们的编码不规范，或者其他原因一些客观原因，导致我们的程序无法继续运行，此时，程序就会出现异常。如果我们不对异常进行处理，程序可能会由于异常直接中断掉。为了保证程序的健壮性，我们在程序设计里提出了异常处理这个概念。

7.1 读取文件异常

在读取一个文件时，如果这个文件不存在，则会报出FileNotFoundError错误。

7.2 try…except语句

try…except语句可以对代码运行过程中可能出现的异常进行处理。语法结构:

try:
    可能会出现异常的代码块
except 异常的类型:
    出现异常以后的处理语句

示例：

try:
    f = open('test.txt', 'r')
    print(f.read())
except FileNotFoundError:
    print('文件没有找到,请检查文件名称是否正确')

7.3 try…else语句

咱们应该对else并不陌生，在if中，它的作用是当条件不满足时执行的实行；同样在try…except…中也是如此，即如果没有捕获到异常，那么就执行else中的事情

try: num = 100 print(num) except NameError as errorMsg: print(‘产生错误了:%s’%errorMsg) else: print(‘没有捕获到异常，真高兴’) 运行结果如下:

7.4 try…finally语句

try…finally…语句用来表达这样的情况:

在程序中，如果一个段代码必须要执行，即无论异常是否产生都要执行，那么此时就需要使用finally。比如文件关闭，释放锁，把数据库连接返还给连接池等。

try:
    f = open('test.txt')
    try:
        while True:
            content = f.readline()
            if len(content) == 0:
                break
            print(content)
    except:
        #如果在读取文件的过程中，产生了异常，那么就会捕获到
        #比如 按下了 ctrl+c
        pass
    finally:
        f.close()
        print('关闭文件')
except:
    print("没有这个文件")

说明：

我们可以观察到KeyboardInterrupt异常被触发，程序退出。但是在程序退出之前，finally从句仍然被执行，把文件关闭。

8.with关键字的使用

对于系统资源如文件、数据库连接、socket 而言，应用程序打开这些资源并执行完业务逻辑之后，必须做的一件事就是要关闭（断开）该资源。

比如 Python 程序打开一个文件，往文件中写内容，写完之后，就要关闭该文件，否则会出现什么情况呢？极端情况下会出现 “Too many open files” 的错误，因为系统允许你打开的最大文件数量是有限的。

同样，对于数据库，如果连接数过多而没有及时关闭的话，就可能会出现 “Can not connect to MySQL server Too many connections”，因为数据库连接是一种非常昂贵的资源，不可能无限制的被创建。

来看看如何正确关闭一个文件。

普通版:

def m1():
    f = open("output.txt", "w")
    f.write("python之禅")
    f.close()

这样写有一个潜在的问题，如果在调用 write 的过程中，出现了异常进而导致后续代码无法继续执行，close 方法无法被正常调用，因此资源就会一直被该程序占用者释放。那么该如何改进代码呢？

进阶版:

def m2():
    f = open("output.txt", "w")
    try:
        f.write("python之禅")
    except IOError:
        print("oops error")
    finally:
        f.close()

改良版本的程序是对可能发生异常的代码处进行 try 捕获，使用 try/finally 语句，该语句表示如果在 try 代码块中程序出现了异常，后续代码就不再执行，而直接跳转到 except 代码块。而无论如何，finally 块的代码最终都会被执行。因此，只要把 close 放在 finally 代码中，文件就一定会关闭。

高级版:

def m3():
    with open("output.txt", "r") as f:
        f.write("Python之禅")

一种更加简洁、优雅的方式就是用 with 关键字。open 方法的返回值赋值给变量 f，当离开 with 代码块的时候，系统会自动调用 f.close() 方法， with 的作用和使用 try/finally 语句是一样的。

上下文管理器

with语句实质上是一个上下文管理器，with语句后的对象都会有__enter__()和__exit__()方法。在进入到上下文时，会自动调用__enter__()方法，程序正常执行完成，或者出现异常中断的时候，都会调用__exit__()方法。

class MyContext(object):
     def __init__(self, name, age):
         self.name = name
         self.age = age
 
     def __enter__(self):
         print('调用了enter方法')
         return self
 
     def test(self):
         1 / 0
         print(self.name + '调用了test方法')
 
     def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
         print('调用了exit方法')
         print(exc_type, exc_val, exc_tb)
 
 with MyContext('zhangsan', 18) as context:
     context.test()

9.自定义异常

你可以用raise语句来引发一个异常。异常/错误对象必须有一个名字，且它们应是Error或Exception类的子类

下面是一个引发异常的例子:

class ShortInputException(Exception):
     '''自定义的异常类'''
     def __init__(self, length, atleast):
         #super().__init__()
         self.length = length
         self.atleast = atleast
 
     def __str__(self):
         return '输入的长度是 %d,长度至少应是 %d'% (self.length, self.atleast))
 
 def main():
     try:
         s = input('请输入 --> ')
         if len(s) < 3:
             # raise 引发一个自定义的异常
             raise ShortInputException(len(s), 3)
     except ShortInputException as result:  # x这个变量被绑定到了错误的实例
         print('ShortInputException:' % result)
     else:
         print('没有异常发生.')
 
 main()

运行结果如下:

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Python — 文件操作