每一個(gè)不曾起舞的日子，都是對(duì)生命的辜負(fù)悼沿！

文件和異常

在實(shí)際開發(fā)中屿笼，常常需要對(duì)程序中的數(shù)據(jù)進(jìn)行持久化操作，而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)持久化最直接簡(jiǎn)單的方式就是將數(shù)據(jù)保存到文件中翁巍。說到“文件”這個(gè)詞驴一，可能需要先科普一下關(guān)于文件系統(tǒng)的知識(shí)，對(duì)于這個(gè)概念灶壶，維基百科上給出了很好的詮釋肝断，這里不再浪費(fèi)筆墨。

在Python中實(shí)現(xiàn)文件的讀寫操作其實(shí)非常簡(jiǎn)單驰凛，通過Python內(nèi)置的open函數(shù)胸懈，我們可以指定文件名、操作模式恰响、編碼信息等來獲得操作文件的對(duì)象趣钱，接下來就可以對(duì)文件進(jìn)行讀寫操作了。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(jìn)制文件）以及做什么樣的操作（讀胚宦、寫還是追加）首有，具體的如下表所示。

讀寫文本文件

讀文本文件

讀取文本文件時(shí)您旁，需要在使用open函數(shù)時(shí)指定好帶路徑的文件名（可以使用相對(duì)路徑或絕對(duì)路徑）并將文件模式設(shè)置為'r'（如果不指定烙常，默認(rèn)值也是'r'），然后通過encoding參數(shù)指定編碼（如果不指定鹤盒，默認(rèn)值是None蚕脏，那么在讀取文件時(shí)使用的是操作系統(tǒng)默認(rèn)的編碼），如果不能保證保存文件時(shí)使用的編碼方式與encoding參數(shù)指定的編碼方式是一致的昨悼，那么就可能因無法解碼字符而導(dǎo)致讀取失敗蝗锥。下面的例子演示了如何讀取一個(gè)純文本文件。

def main():
   # 以'utf-8'格式打開文件
   f = open('hello.txt', 'r', encoding='utf-8')
   print(f.read())
   # 一定記得關(guān)閉
   f.close()


if __name__ == '__main__':
   main()

請(qǐng)注意上面的代碼率触，如果open函數(shù)指定的文件并不存在或者無法打開终议，那么將引發(fā)異常狀況導(dǎo)致程序崩潰。為了讓代碼有一定的健壯性和容錯(cuò)性葱蝗，我們可以使用Python的異常機(jī)制對(duì)可能在運(yùn)行時(shí)發(fā)生狀況的代碼進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚硌ㄕ牛缦滤尽?/p>

def main():
    f = None
    try:
        f = open('hello.txt', 'r', encoding='utf-8')
        print(f.read())
    except FileNotFoundError as e:
        print('未知文件')
    except LookupError:
        print('未知編碼')
    except UnicodeDecodeError:
        print('解碼錯(cuò)誤')
    finally:
        if f:
            f.close()
    
    if __name__ == '__main__':
        main()

在Python中，我們可以將那些在運(yùn)行時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)狀況的代碼放在try代碼塊中两曼，在try代碼塊的后面可以跟上一個(gè)或多個(gè)except來捕獲可能出現(xiàn)的異常狀況皂甘。例如在上面讀取文件的過程中，文件找不到會(huì)引發(fā)FileNotFoundError悼凑，指定了未知的編碼會(huì)引發(fā)LookupError偿枕，而如果讀取文件時(shí)無法按指定方式解碼會(huì)引發(fā)UnicodeDecodeError璧瞬，我們?cè)趖ry后面跟上了三個(gè)except分別處理這三種不同的異常狀況。最后我們使用finally代碼塊來關(guān)閉打開的文件渐夸，釋放掉程序中獲取的外部資源嗤锉，由于finally塊的代碼不論程序正常還是異常都會(huì)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，finally塊都會(huì)被執(zhí)行墓塌，因?yàn)閑xit函數(shù)實(shí)質(zhì)上是引發(fā)了SystemExit異常）瘟忱，因此我們通常把finally塊稱為“總是執(zhí)行代碼塊”，它最適合用來做釋放外部資源的操作苫幢。如果不愿意在finally代碼塊中關(guān)閉文件對(duì)象釋放資源访诱，也可以使用上下文語法，通過with關(guān)鍵字指定文件對(duì)象的上下文環(huán)境并在離開上下文環(huán)境時(shí)自動(dòng)釋放文件資源韩肝，代碼如下所示触菜。

def main():
    try:
        with open('hello.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(shí)解碼錯(cuò)誤!')
    
    if __name__ == '__main__':
        main()

除了使用文件對(duì)象的read方法讀取文件之外，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(gè)列表容器中伞梯，代碼如下所示玫氢。

import time


def main():
    # 一次性讀取整個(gè)文件內(nèi)容
    with open('hello.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
        print(f.read())

    # 通過for-in循環(huán)逐行讀取
    with open('hello.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('hello.txt') as f:
        lines = f.readlines()
    print(lines)
    

if __name__ == '__main__':
    main()   

讀寫文本文件

要將文本信息寫入文件文件也非常簡(jiǎn)單，在使用open函數(shù)時(shí)指定好文件名并將文件模式設(shè)置為'w'即可谜诫。注意如果需要對(duì)文件內(nèi)容進(jìn)行追加式寫入漾峡，應(yīng)該將模式設(shè)置為'a'。如果要寫入的文件不存在會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建文件而不是引發(fā)異常喻旷。下面的例子演示了如何將1-9999直接的素?cái)?shù)分別寫入三個(gè)文件中（1-99之間的素?cái)?shù)保存在a.txt中生逸，100-999之間的素?cái)?shù)保存在b.txt中，1000-9999之間的素?cái)?shù)保存在c.txt中）且预。

from math import sqrt


def is_prime(n):
   """判斷素?cái)?shù)的函數(shù)"""
   assert n > 0, 'n必須大于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(shí)發(fā)生錯(cuò)誤!')
   finally:
       for fs in fs_list:
           fs.close()
   print('操作完成!')


if __name__ == '__main__':
   main()

上面代碼中槽袄，assert作用是聲明后面的布爾值必須為真(即保證n>0,否則會(huì)觸發(fā)異常)的判定，如果發(fā)生異常就說明表達(dá)示為假锋谐”槌撸可以理解assert斷言語句為raise-if-not，用來測(cè)試表示式涮拗，其返回值為假乾戏，就會(huì)觸發(fā)異常。

讀寫二進(jìn)制文件

知道了如何讀寫文本文件要讀寫二進(jìn)制文件也就很簡(jiǎn)單了三热，下面的代碼實(shí)現(xiàn)了復(fù)制圖片文件的功能鼓择。

def main():
    try:
        # 讀取文件，'rb'
        with open('haha.jpg', 'rb') as f:
            data = f.read()
            print(type(data))  # <class 'bytes'>
        # 寫入文件,'wb'
        with open('hi.jpg', 'wb') as f:
            f.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(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤.')
    print('程序執(zhí)行結(jié)束.')


if __name__ == '__main__':
    main()

讀寫JSON文件

通過上面的講解就漾，我們已經(jīng)知道如何將文本數(shù)據(jù)和二進(jìn)制數(shù)據(jù)保存到文件中呐能，那么這里還有一個(gè)問題，如果希望把一個(gè)列表或者一個(gè)字典中的數(shù)據(jù)保存到文件中又該怎么做呢抑堡？答案是將數(shù)據(jù)以JSON格式進(jìn)行保存摆出。JSON是“JavaScript Object Notation”的縮寫朗徊，它本來是JavaScript語言中創(chuàng)建對(duì)象的一種字面量語法，現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于跨平臺(tái)跨語言的數(shù)據(jù)交換懊蒸，原因很簡(jiǎn)單荣倾，因?yàn)镴SON也是純文本，任何系統(tǒng)任何編程語言處理純文本都是沒有問題的骑丸。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(shí)標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)于JSON的知識(shí)妒貌，更多的可以參考JSON的官方網(wǎng)站通危，從這個(gè)網(wǎng)站也可以了解到每種語言處理JSON數(shù)據(jù)格式可以使用的工具或三方庫，下面是一個(gè)JSON的簡(jiǎn)單例子灌曙。

{
  "name": "月上秦少",
  "intro": "人生似水豈無涯菊碟。浮云吹作雪，世味煮成茶在刺。",
  "job": "一個(gè)前端小菜鳥",
  "web": "http://www.reibang.com/u/3075de2e101e",
  "img": "xxx.jpg",
  "hoby": [
    {"lang": "Python"},
    {"game": "lol"},
    {"xx": "xx"},
    {"yy": "yy"},
  ]
}

可能大家已經(jīng)注意到了逆害，上面的JSON跟Python中的字典其實(shí)是一樣一樣的，事實(shí)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(duì)應(yīng)關(guān)系的蚣驼，如下面兩張表所示魄幕。

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，代碼如下所示颖杏。

import json

def main():
    mydict = {
      "name": "月上秦少",
      "intro": "人生似水豈無涯纯陨。浮云吹作雪，世味煮成茶留储。",
      "job": "一個(gè)前端小菜鳥",
      "web": "http://www.reibang.com/u/3075de2e101e",
      "img": "xxx.jpg",
      "hoby": [
        {"lang": "Python"},
        {"game": "lol"},
        {"xx": "xx"},
        {"yy": "yy"},
      ]
    }
    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(gè)比較重要的函數(shù)翼抠，分別是：

• dump - 將Python對(duì)象按照J(rèn)SON格式序列化到文件中
• dumps - 將Python對(duì)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(duì)象
• loads - 將字符串的內(nèi)容反序列化成Python對(duì)象

這里出現(xiàn)了兩個(gè)概念，一個(gè)叫序列化获讳，一個(gè)叫反序列化阴颖。自由的百科全書維基百科上對(duì)這兩個(gè)概念是這樣解釋的：“序列化（serialization）在計(jì)算機(jī)科學(xué)的數(shù)據(jù)處理中，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(chǔ)或傳輸?shù)男问截はィ@樣在需要的時(shí)候能夠恢復(fù)到原先的狀態(tài)量愧，而且通過序列化的數(shù)據(jù)重新獲取字節(jié)時(shí)，可以利用這些字節(jié)來產(chǎn)生原始對(duì)象的副本（拷貝）尤误。與這個(gè)過程相反的動(dòng)作侠畔，即從一系列字節(jié)中提取數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的操作，就是反序列化（deserialization）”损晤。

目前絕大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)（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)软棺，關(guān)于HTTP協(xié)議的相關(guān)知識(shí)，可以看看阮一峰老師的《HTTP協(xié)議入門》尤勋，如果想了解國(guó)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)喘落，可以看看聚合數(shù)據(jù)和阿凡達(dá)數(shù)據(jù)等網(wǎng)站茵宪，國(guó)外的可以看看{API}Search網(wǎng)站。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(guó)內(nèi)新聞瘦棋，如何通過json模塊解析JSON數(shù)據(jù)并顯示新聞標(biāo)題稀火，這個(gè)例子使用了天行數(shù)據(jù)提供的國(guó)內(nèi)新聞數(shù)據(jù)接口，其中的APIKey需要自己到該網(wǎng)站申請(qǐng)赌朋。免費(fèi)模擬API接口RandomUser – 生成隨機(jī)用戶 JSON 數(shù)據(jù)的 API

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(shí)現(xiàn)序列化和反序列化除了使用json模塊之外凰狞，還可以使用pickle和shelve模塊，但是這兩個(gè)模塊是使用特有的序列化協(xié)議來序列化數(shù)據(jù)沛慢，因此序列化后的數(shù)據(jù)只能被Python識(shí)別赡若。關(guān)于這兩個(gè)模塊的相關(guān)知識(shí)可以自己看看網(wǎng)絡(luò)上的資料。另外团甲，如果要了解更多的關(guān)于Python異常機(jī)制的知識(shí)逾冬，可以看看segmentfault上面的文章《總結(jié)：Python中的異常處理》，這篇文章不僅介紹了Python中異常機(jī)制的使用躺苦，還總結(jié)了一系列的最佳實(shí)踐身腻，很值得一讀。

exercise python 100 days from https://github.com/jackfrued/Python-100-Days