文件
在實際開發(fā)中，常常需要對程序中的數(shù)據(jù)進行持久化操作频伤，而實現(xiàn)數(shù)據(jù)持久化最直接簡單的方式就是將數(shù)據(jù)保存到文件中恳谎。說到“文件”這個詞，可能需要先科普一下關(guān)于文件系統(tǒng)的知識憋肖，對于這個概念因痛，維基百科上給出了很好的詮釋，這里不再浪費筆墨岸更。
在Python中實現(xiàn)文件的讀寫操作其實非常簡單鸵膏，通過Python內(nèi)置的open函數(shù)，我們可以指定文件名怎炊、操作模式谭企、編碼信息等來獲得操作文件的對象，接下來就可以對文件進行讀寫操作了评肆。這里所說的操作模式是指要打開什么樣的文件（字符文件還是二進制文件）以及做什么樣的操作（讀债查、寫還是追加），具體的如下表所示瓜挽。
下面這張圖來自于菜鳥教程網(wǎng)站盹廷，它展示了如果根據(jù)應用程序的需要來設(shè)置操作模式。
讀寫文本文件
讀取文本文件時久橙，需要在使用open函數(shù)時指定好帶路徑的文件名（可以使用相對路徑或絕對路徑）并將文件模式設(shè)置為'r'（如果不指定俄占，默認值也是'r'）管怠，然后通過encoding參數(shù)指定編碼（如果不指定，默認值是None缸榄，那么在讀取文件時使用的是操作系統(tǒng)默認的編碼）渤弛，如果不能保證保存文件時使用的編碼方式與encoding參數(shù)指定的編碼方式是一致的，那么就可能因無法解碼字符而導致讀取失敗甚带。下面的例子演示了如何讀取一個純文本文件她肯。
def main():
f = open('致橡樹.txt', 'r', encoding='utf-8')
print(f.read())
f.close()
if __name__ == '__main__':
main()
異常處理
請注意上面的代碼，如果open函數(shù)指定的文件并不存在或者無法打開鹰贵，那么將引發(fā)異常狀況導致程序崩潰辕宏。為了讓代碼有一定的健壯性和容錯性，我們可以使用Python的異常機制對可能在運行時發(fā)生狀況的代碼進行適當?shù)漠惓Ｌ幚砝常缦滤尽?/p>
def main():
f = None
try:
f = open('致橡樹.txt', 'r', encoding='utf-8')
print(f.read())
except FileNotFoundError:
print('無法打開指定的文件!')
except LookupError:
print('指定了未知的編碼!')
except UnicodeDecodeError:
print('讀取文件時解碼錯誤!')
finally:
if f:
f.close()
if __name__ == '__main__':
main()
在Python中，我們可以將那些在運行時可能會出現(xiàn)狀況的代碼放在try代碼塊中凄鼻，在try代碼塊的后面可以跟上一個或多個except來捕獲可能出現(xiàn)的異常狀況腊瑟。例如在上面讀取文件的過程中，文件找不到會引發(fā)FileNotFoundError块蚌，指定了未知的編碼會引發(fā)LookupError闰非，而如果讀取文件時無法按指定方式解碼會引發(fā)UnicodeDecodeError，我們在try后面跟上了三個except分別處理這三種不同的異常狀況峭范。最后我們使用finally代碼塊來關(guān)閉打開的文件财松，釋放掉程序中獲取的外部資源，由于finally塊的代碼不論程序正常還是異常都會執(zhí)行到（甚至是調(diào)用了sys模塊的exit函數(shù)退出Python環(huán)境纱控，finally塊都會被執(zhí)行辆毡，因為exit函數(shù)實質(zhì)上是引發(fā)了SystemExit異常），因此我們通常把finally塊稱為“總是執(zhí)行代碼塊”甜害，它最適合用來做釋放外部資源的操作舶掖。如果不愿意在finally代碼塊中關(guān)閉文件對象釋放資源，也可以使用上下文語法尔店，通過with關(guān)鍵字指定文件對象的上下文環(huán)境并在離開上下文環(huán)境時自動釋放文件資源眨攘，代碼如下所示。
def main():
try:
with open('致橡樹.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
print(f.read())
except FileNotFoundError:
print('無法打開指定的文件!')
except LookupError:
print('指定了未知的編碼!')
except UnicodeDecodeError:
print('讀取文件時解碼錯誤!')
if __name__ == '__main__':
main()
除了使用文件對象的read方法讀取文件之外嚣州，還可以使用for-in循環(huán)逐行讀取或者用readlines方法將文件按行讀取到一個列表容器中鲫售，代碼如下所示。
import time
def main():
# 一次性讀取整個文件內(nèi)容
with open('致橡樹.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
print(f.read())
# 通過for-in循環(huán)逐行讀取
with open('致橡樹.txt', mode='r') as f:
for line in f:
print(line, end='')
time.sleep(0.5)
print()
# 讀取文件按行讀取到列表中
with open('致橡樹.txt') as f:
lines = f.readlines()
print(lines)
if __name__ == '__main__':
main()
要將文本信息寫入文件文件也非常簡單该肴，在使用open函數(shù)時指定好文件名并將文件模式設(shè)置為'w'即可情竹。注意如果需要對文件內(nèi)容進行追加式寫入，應該將模式設(shè)置為'a'沙庐。如果要寫入的文件不存在會自動創(chuàng)建文件而不是引發(fā)異常鲤妥。下面的例子演示了如何將19999直接的素數(shù)分別寫入三個文件中（199之間的素數(shù)保存在a.txt中佳吞，100999之間的素數(shù)保存在b.txt中，10009999之間的素數(shù)保存在c.txt中）棉安。
from math import sqrt
def is_prime(n):
"""判斷素數(shù)的函數(shù)"""
assert n > 0
for factor in range(2, int(sqrt(n)) + 1):
if n % factor == 0:
return False
return True if n != 1 else False
def main():
filenames = ('a.txt', 'b.txt', 'c.txt')
fs_list = []
try:
for filename in filenames:
fs_list.append(open(filename, 'w', encoding='utf-8'))
for number in range(1, 10000):
if is_prime(number):
if number < 100:
fs_list[0].write(str(number) + '\n')
elif number < 1000:
fs_list[1].write(str(number) + '\n')
else:
fs_list[2].write(str(number) + '\n')
except IOError as ex:
print(ex)
print('寫文件時發(fā)生錯誤!')
finally:
for fs in fs_list:
fs.close()
print('操作完成!')
if __name__ == '__main__':
main()
讀寫二進制文件
知道了如何讀寫文本文件要讀寫二進制文件也就很簡單了底扳，下面的代碼實現(xiàn)了復制圖片文件的功能。
def main():
try:
with open('guido.jpg', 'rb') as fs1:
data = fs1.read()
print(type(data)) # <class 'bytes'>
with open('吉多.jpg', 'wb') as fs2:
fs2.write(data)
except FileNotFoundError as e:
print('指定的文件無法打開.')
except IOError as e:
print('讀寫文件時出現(xiàn)錯誤.')
print('程序執(zhí)行結(jié)束.')
if __name__ == '__main__':
main()
讀寫JSON文件
通過上面的講解贡耽，我們已經(jīng)知道如何將文本數(shù)據(jù)和二進制數(shù)據(jù)保存到文件中衷模，那么這里還有一個問題，如果希望把一個列表或者一個字典中的數(shù)據(jù)保存到文件中又該怎么做呢蒲赂？答案是將數(shù)據(jù)以JSON格式進行保存阱冶。JSON是“JavaScript Object Notation”的縮寫，它本來是JavaScript語言中創(chuàng)建對象的一種字面量語法滥嘴，現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛的應用于跨平臺跨語言的數(shù)據(jù)交換木蹬，原因很簡單，因為JSON也是純文本若皱，任何系統(tǒng)任何編程語言處理純文本都是沒有問題的镊叁。目前JSON基本上已經(jīng)取代了XML作為異構(gòu)系統(tǒng)間交換數(shù)據(jù)的事實標準。關(guān)于JSON的知識走触，更多的可以參考JSON的官方網(wǎng)站晦譬，從這個網(wǎng)站也可以了解到每種語言處理JSON數(shù)據(jù)可以使用的工具或三方庫，下面是一個JSON的簡單例子互广。
{
'name': '駱昊',
'age': 38,
'qq': 957658,
'friends': ['王大錘', '白元芳'],
'cars': [
{'brand': 'BYD', 'max_speed': 180},
{'brand': 'Audi', 'max_speed': 280},
{'brand': 'Benz', 'max_speed': 320}
]
}
可能大家已經(jīng)注意到了敛腌，上面的JSON跟Python中的字典其實是一樣一樣的，事實上JSON的數(shù)據(jù)類型和Python的數(shù)據(jù)類型是很容易找到對應關(guān)系的惫皱，如下面兩張表所示像樊。
我們使用Python中的json模塊就可以將字典或列表以JSON格式保存到文件中，代碼如下所示
import json
def main():
mydict = {
'name': '駱昊',
'age': 38,
'qq': 957658,
'friends': ['王大錘', '白元芳'],
'cars': [
{'brand': 'BYD', 'max_speed': 180},
{'brand': 'Audi', 'max_speed': 280},
{'brand': 'Benz', 'max_speed': 320}
]
}
try:
with open('data.json', 'w', encoding='utf-8') as fs:
json.dump(mydict, fs)
except IOError as e:
print(e)
print('保存數(shù)據(jù)完成!')
if __name__ == '__main__':
main()
json模塊主要有四個比較重要的函數(shù)逸吵，分別是：
- dump - 將Python對象按照JSON格式序列化到文件中
- dumps - 將Python對象處理成JSON格式的字符串
- load - 將文件中的JSON數(shù)據(jù)反序列化成對象
- loads - 將字符串的內(nèi)容反序列化成Python對象
這里出現(xiàn)了兩個概念凶硅，一個叫序列化，一個叫反序列化扫皱。自由的百科全書維基百科上對這兩個概念是這樣解釋的：“序列化（serialization）在計算機科學的數(shù)據(jù)處理中足绅，是指將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或?qū)ο鬆顟B(tài)轉(zhuǎn)換為可以存儲或傳輸?shù)男问剑@樣在需要的時候能夠恢復到原先的狀態(tài)韩脑，而且通過序列化的數(shù)據(jù)重新獲取字節(jié)時氢妈，可以利用這些字節(jié)來產(chǎn)生原始對象的副本（拷貝）。與這個過程相反的動作段多，即從一系列字節(jié)中提取數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的操作首量，就是反序列化（deserialization）”。
目前絕大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務（或稱之為網(wǎng)絡(luò)API）都是基于HTTP協(xié)議提供JSON格式的數(shù)據(jù)，關(guān)于HTTP協(xié)議的相關(guān)知識加缘，可以看看阮一峰老師的《HTTP協(xié)議入門》鸭叙，如果想了解國內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務，可以看看聚合數(shù)據(jù)和阿凡達數(shù)據(jù)等網(wǎng)站拣宏，國外的可以看看{API}Search網(wǎng)站沈贝。下面的例子演示了如何使用requests模塊（封裝得足夠好的第三方網(wǎng)絡(luò)訪問模塊）訪問網(wǎng)絡(luò)API獲取國內(nèi)新聞，如何通過json模塊解析JSON數(shù)據(jù)并顯示新聞標題勋乾，這個例子使用了天行數(shù)據(jù)提供的國內(nèi)新聞數(shù)據(jù)接口宋下，其中的APIKey需要自己到該網(wǎng)站申請。
import requests
import json
def main():
resp = requests.get('http://api.tianapi.com/guonei/?key=APIKey&num=10')
data_model = json.loads(resp.text)
for news in data_model['newslist']:
print(news['title'])
if __name__ == '__main__':
main()
在Python中要實現(xiàn)序列化和反序列化除了使用json模塊之外辑莫，還可以使用pickle和shelve模塊学歧，但是這兩個模塊是使用特有的序列化協(xié)議來序列化數(shù)據(jù)，因此序列化后的數(shù)據(jù)只能被Python識別各吨。關(guān)于這兩個模塊的相關(guān)知識可以自己看看網(wǎng)絡(luò)上的資料枝笨。另外，如果要了解更多的關(guān)于Python異常機制的知識揭蜒，可以看看segmentfault上面的文章《總結(jié)：Python中的異常處理》伺帘，這篇文章不僅介紹了Python中異常機制的使用，還總結(jié)了一系列的最佳實踐忌锯，很值得一讀。
