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一，從檔案中讀取資料

每當需要分析或修改儲存在檔案中的資訊時，讀取檔案都很有用，對資料分析應用程式來說也非常重要。

讀取一個文字檔案的內容，重新設定這些資料的格式並將其寫入檔案，讓瀏覽器能夠顯示這些內容。

要使用檔案檔案中的資訊，首先需要將資訊讀取到記憶體中。可以一次性讀取檔案的全部內容，也可以每次一行的方式逐步讀取。

1.讀取整個檔案

先建立一個包含幾行文字的檔案。將檔案儲存至該程式所在目錄中。

輸出：

函式open()接受一個引數：要開啟的檔案的名稱。Python在當前執行的檔案所在的目錄中查詢指定的檔案。在這個示例中，當前執行的是file_reader.py所在的目錄中查詢pi_digits.txt。函式open()返回一個表示檔案的物件。在這裡，open('pi_digits.txt')返回一個表示檔案pi_digits.txt的物件。Python將這個物件儲存在我們將在後面使用的變數中。

關鍵字with在不再需要訪問檔案後將其關閉。這個程式中，呼叫了open()，但沒有呼叫close()。也可以呼叫open()和close()來開啟和關閉檔案，這樣做，如果程式存在bug，導致close()語句未執行，檔案將不會關閉。未妥善關閉檔案可能會導致資料丟失或受損。如果在程式中過早地呼叫close()，會發現需要使用檔案時它已關閉，這會導致更多的錯誤。

並非在任何情況下都能輕鬆確定關閉檔案的恰當時機，但通過使用前面所示的結構，可讓Python去確定：只管開啟檔案，並在需要時使用它，Python自會在合適的時候將其自動關閉。

使用方法read()讀取這個檔案的全部內容，並將其作為一個長長的字串儲存在變數contents中。通過列印contents的值，就可將這個文字檔案的全部內容顯示出來。

為什麼多出個空行？因為read()到達檔案末尾時返回一個空字串，而將這個空字串顯示出來時就是一個空行。要刪除末尾的空行，可在print語句中使用rstrip()。

輸出：

2.檔案路徑

將類似pi_digits.txt這樣的簡單檔名傳遞給函式open()時，Python將在當前執行的檔案（即.py程式檔案）所在的目錄中查詢檔案。

根據組織檔案的方式，有時可能要開啟不在程式檔案所屬目錄中的檔案。要讓Python開啟不與程式檔案位於同一個目錄中的檔案，需要提供檔案路徑，它讓Python到系統的特定位置去查詢。

相對路徑：

由於資料夾text_files位於資料夾python_work中，因此可使相對檔案路徑來開啟該資料夾中的檔案。相對檔案路徑讓Python到指定的位置去查詢，而該位置是相對於當前執行的程式所在目錄的。

Python到資料夾python_work下的資料夾text_files中去查詢指定的.txt檔案。

Windows裡是\但在字串裡需要轉義，所以得寫成\\。（字串就是在例子中用單引號引起來的內容）。‘

輸出：

將檔案在計算機中的準確位置告訴Python，這樣就不用關心當前執行的程式儲存在什麼地方了。這稱為絕對檔案路徑。相對路徑行不通時，可使用絕對路徑。

絕對路徑：

絕對路徑通常比相對路徑更長，因此將其儲存在一個變數中，再將該變數傳遞給open()會有所幫助。

輸出：

通過使用絕對路徑，可讀取系統任何地方的檔案。Windows系統有時能夠正確地解讀檔案路徑中的斜槓。由於反斜槓在Python中被視為轉義標記，為在Windows中確保萬無一失，應以原始字串的方式指定路徑，即在開頭的單引號前加上r。

輸出：

3.逐行讀取

讀取檔案時，常常需要檢查其中的每一行：可能要在檔案中查詢特定的資訊，或者要以某種方式修改檔案中的文字。

要以每次一行的方式檢查檔案，可對檔案物件使用for迴圈。

將要讀取的檔案的名稱儲存在變數filename中。由於變數filename表示的並非實際檔案，它只是一個讓Python知道到哪裡去查詢檔案的字串。可將'pi_digits.txt'替換為要使用的另一個檔案的名稱。呼叫open()後，將一個表示檔案及其內容的物件儲存到了變數file_object中。這裡也使用了關鍵字with，讓Python負責妥善地開啟和關閉檔案。為檢視檔案的內容，我們通過對檔案物件執行迴圈來遍歷檔案中的每一行。

輸出：

列印每一行時發現空白行更多了。因為在這個檔案中，每行的末尾都有一個看不見的換行符，而print語句也會加上一個換行符，因此每行末尾都有兩個換行符：一個來自檔案，另一個來自print語句。要消除這些多餘的空白行，可在print語句中使用rstrip()。

輸出：

4.建立一個包含檔案各行內容的列表

使用關鍵字with時，open()返回的檔案物件只在with程式碼塊內可用。如果要在with程式碼塊外訪問檔案的內容，可在with程式碼塊內將檔案的各行儲存在一個列表中，並在with程式碼塊外使用該列表：可以立即處理檔案的各個部分，也可推遲到程式後面再處理。

輸出：

方法readlines()從檔案中讀取每一行，並將其儲存在一個列表中。接下來，該列表被儲存到變數lines中。在with程式碼塊外，我們依然可以使用這個變數。我們使用一個簡單的for迴圈來列印lines中的各行。由於列表lines的每個元素都對應於檔案中的一行，因此輸出與檔案內容一致。

5.使用檔案中的內容

將檔案讀取到記憶體後，可以以任何方式使用這些資料了。

首先開啟檔案，並將其中的所有行都儲存在一個列表中。建立一個變數pi_string，用於儲存圓周率的值。使用一個迴圈將各行都加入pi_string，並刪除每行末尾的換行符。列印這個字串以及長度。

輸出：

在變數pi_string儲存的字串中，包含原來位於每行左邊的空格，為刪除這些空格，可使用strip()而不是rstrip()。

輸出：

獲得一個這樣的字串：它包含精確到30位小數的圓周率值。這個字串長32字元，因為它還包含整數部分的3和小數點。

讀取文字檔案時，Python將其中的所有文字都解讀為字串。如果讀取的是數字，並要將其作為數值使用，就必須使用函式int()將其轉換為整數，或使用函式float()將其轉換為浮點數。

6.包含一百萬位的大型檔案

有一個文字檔案，其中包含精確到小數點後100萬位而不是30位的圓周率值，也可建立一個包含所有這些數字的字串。無需對程式做任何修改，只需將這個檔案傳遞給它即可。只打印小數點後50位，以免終端為顯示100萬位不斷翻滾。

輸出：

7.圓周率值中包含自己的生日

輸出：

二，寫入檔案

儲存資料的最簡單的方式之一是將其寫入到檔案中。通過將輸出寫入檔案，即便關閉包含程式輸出的終端視窗，這些輸出也依然存在：可以在程式結束執行後檢視這些輸出，可與別人分享輸出檔案，還可編寫程式來將這些輸出讀取到記憶體中並進行處理。

1.寫入空檔案

要將文字寫入檔案，在呼叫open()時需要提供另一個實參，告訴Python要寫入開啟的檔案。

空檔案：

程式碼：

呼叫open()時提供了兩個實參。第一個實參也是要開啟檔案的名稱。第二個實參('w')告訴Python，我們要以寫入模式開啟這個檔案。開啟檔案時，可指定讀取模式('r')，寫入模式('w')，附加模式('a')或讓你能夠讀取和寫入檔案的模式('r+')。如果省略了模式實參，Python將以預設的只讀模式開啟檔案。

如果要寫入的檔案不存在，函式open()將自動建立它。以寫入('w')模式開啟檔案時要小心，如果指定的檔案已經存在，Python在返回檔案物件前清空該檔案。

使用檔案物件的方法write()將一個字串寫入檔案。這個程式沒有終端輸出，如果開啟檔案programming.txt，看到其中包含如下內容：

Python只能將字串寫入文字檔案。要將數值資料儲存到文字檔案中，必須先使用函式str()將其轉換為字串格式。

輸出：

2.寫入多行

函式write()不會在寫入的文字末尾新增換行符，如果寫入多行時沒有指定換行符：

輸出：

讓每個字串都單獨佔一行，需要在write()語句中包含換行符:

輸出：

像顯示到終端的輸出一樣，還可以使用空格、製表符和空行來設定這些輸出的格式。

3.附件到檔案

要給檔案新增內容，而不是覆蓋原有內容，可以附加模式開啟檔案。以附加模式開啟檔案時，Python不會在返回檔案物件前清空檔案，而寫入到檔案的行都將新增到檔案末尾。如果指定的檔案不存在，Python將建立一個空檔案。

輸出：

開啟檔案時指定了實參'a'，以便將內容附加到檔案末尾，而不是覆蓋檔案原來的內容。又寫入了兩行，它們被新增到檔案programming.txt末尾。

三，異常

Python使用被稱為異常的特殊物件來管理程式執行期間發生的錯誤。每當發生讓Python不知所措的錯誤時，它都會建立一個異常物件。如果編寫了處理該異常的程式碼，程式將繼續執行。如果未對異常進行處理，程式將停止，並顯示一個traceback，其中包含有關異常的報告。

異常是使用try-except程式碼塊處理的。try-except程式碼塊讓Python執行指定的操作，同時告訴Python發生異常時怎麼辦。使用了try-except程式碼塊時，即便出現異常，程式也將繼續執行：顯示你編寫的友好的錯誤訊息，而不是令使用者迷惑的traceback。

1.處理ZeroDivisionError異常

輸出：

traceback中，指出的錯誤ZeroDivisionError是一個異常物件。Python無法按你的要求做時，就會建立這種物件。在這種情況下，Python將停止執行程式，並指出引發了哪種異常，而我們可根據這些資訊對程式進行修改。

2.使用try-except程式碼塊

覺得可能發生了錯誤時，可編寫一個try-except程式碼塊來處理可能引發的異常。

將導致錯誤的程式碼行print(5/0)放在了一個try程式碼塊中。如果try程式碼塊中的程式碼執行起來沒有問題，Python將跳過except程式碼塊。如果try程式碼塊中的程式碼導致了錯誤，Python將查詢這樣的except程式碼塊，並執行其中的程式碼，即其中指定的錯誤與引發的錯誤相同。

try程式碼塊中的程式碼引發了ZeroDivisionError異常，因此Python指出了該如何解決問題的except程式碼塊，並執行其中的程式碼。這樣，使用者看到的是一條友好的錯誤訊息，而不是traceback。

輸出：

如果try-except程式碼塊後面還有其它程式碼，程式將接著執行，因為已經告訴了Python如何處理這種錯誤。

3.使用異常避免崩潰

發生錯誤時，如果程式還有工作沒有完成，妥善處理錯誤就很重要。這種情況經常會出現在要求使用者提供輸入的程式中，如果程式能夠妥善處理無效輸入，就能再提示使用者提供有效輸入，而不至於崩潰。

輸出：

這個程式提示使用者輸入一個數字，並將其儲存到變數first_number中。如果使用者輸入的不是表示退出的q，就再提示使用者輸入一個數字，並將其儲存到變數second_number中。接下來，計算兩個數字的商。這個程式未採取任何處理錯誤的措施，因此讓它執行除數為0的除法運算時，它將崩潰。

不可讓使用者看到崩潰，使用者體驗不好。如果使用者懷有惡意，會通過traceback獲悉程式檔名稱，將看到部分不能正確執行的程式碼。根據這些資訊對你的程式碼進行攻擊。

4.else程式碼塊

通過將可能的引發錯誤的程式碼放在try-except程式碼塊中，可提高這個程式抵禦錯誤的能力。

輸出：

except程式碼塊告訴Python，出現ZeroDivisonError異常時怎麼辦。如果try程式碼塊因除0錯誤而失敗，就列印1條友好訊息，告訴使用者如何避免這種錯誤，程式繼續執行。

try-except-else程式碼塊的工作原理：

Python嘗試執行程式碼塊中的程式碼，只要可能引起異常的程式碼才需要放在try語句中。有一些僅在try程式碼塊成功執行時才需要執行的程式碼。這些程式碼應放在else程式碼塊中。except程式碼塊告訴Python，如果它嘗試執行try程式碼塊中的程式碼時引發了指定的異常，該如何處理。

6.分析文字

方法split()，根據一個字串建立一個單詞列表。

方法split()以空格為分隔符將字串分拆成多個部分，並將這些部分都儲存到一個列表中。結果是一個包含字串中所有單詞的列表，雖然有些單詞可能包含標點。

輸出：

7.使用多個檔案

輸出：

8.失敗時一聲不吭

Python中有個pass語句，在程式碼塊中使用它來讓Python什麼都不做。出現FilNotFoundError異常時，將執行except程式碼塊中的程式碼，但什麼都不會發生。這種錯誤發生時，不會出現traceback，也沒有任何輸出。沒有跡象表明有檔案沒找到。

pass語句充當佔符位，使用者看不到這個檔案，但可以讀取這個檔案，進而處理所有找不到檔案的問題。

輸出：

四，儲存資料

程式都把使用者提供的資訊儲存在列表和字典等資料結構中。使用者關閉程式時，總是要儲存它們提供的資訊。使用json來儲存資料。

模組json將簡單的Python資料結構轉儲到檔案中，並在程式再次執行時載入該檔案中的資料。可以使用json在Python程式之間分享資料。json格式不是Python專用的，可將以json格式儲存的資料與使用其它程式語言的人分享。

1.使用json.dump()和json.load()

函式json.dump()接受兩個實參：要儲存的資料以及可用於儲存資料的檔案物件。

使用函式json.dump()將數字列表儲存到檔案numbers.json中。

輸出：

使用函式json.load()載入儲存在numbers.json中的資訊，並將其儲存到變數numbers中。

輸出：

這是種在程式間共享資料的方式。

2.儲存和讀取使用者生成的資料

呼叫json.dump()，並將使用者和一個檔案物件傳遞給它，從而將使用者名稱儲存到檔案中。

輸出：

使用json.load()中的資訊讀取到變數username中。恢復使用者名稱後，就可以歡迎使用者回來了。

輸出：

3.重構

程式碼能正確地執行，但可以做進一步的改進。將程式碼劃分為一系列完成具體工作的函式。這樣的過程被稱為重構。

輸出：

函式greet_user()所做的不僅僅是問候使用者，還在儲存了使用者名稱時獲取它，而在沒有儲存使用者名稱時提示使用者輸入一個。

呼叫get_stored_username()，這個函式只負責獲取儲存的使用者名稱（如果已儲存）。呼叫get_new_username()，這個函式只負責獲取並存儲新使用者的使用者名稱。

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