Python 檔案和異常

1、從檔案中讀取資料：

1.1、讀取整個檔案：

• 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尤其如此。

  • 首先再當前目錄中建立一個.txt結尾的文字檔案,內如如下：

    3.1415926535
    8979323846
    2643383279
    

  • 再.py檔案中輸入：

    with open('./test.txt') as file_obj:  # 當前目錄名字test.txt檔案
        contents = file_obj.read()
        print(contents)
     
    	
    # 輸出結果如下：
    3.1415926535
    8979323846
    2643383279
    

  • 函式open(),要以任何方式使用檔案——哪怕僅僅是列印其內容，都得先開啟 檔案，這樣才能訪問它

    • 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
    • 函式open()返回一個表示檔案的物件。在這裡，open(‘test.txt’)返回一個表示檔案test.txt 的物件
    • 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

    。
    • 到我們呼叫了open() ，但沒有呼叫close()；你也可以呼叫open() 和close() 來開啟和關閉檔案，但這樣做時，如果程式存在bug，導致close() 語句未執行，檔案將不會關閉

  • 我們使用方法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.

1.2、檔案路徑：

• 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。

• 由於資料夾text_files位於資料夾python_work中，因此可使用相對檔案路徑來開啟該資料夾中的檔案

  • 在Linux和OSX中可以這樣編寫程式碼:

    with open('text_files/filename.txt') as file_object:
    

  • 在Windows系統中，在檔案路徑中使用反斜槓（\ ）而不是斜槓（/ ）：

    with open('text_files\filename.txt') as file_object:
    

• 還可以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

  file_path = 'C:\Users\ehmatthes\other_files\text_files\filename.txt'
  with open(file_path) as file_object:
  

• 注意 　Windows系統有時能夠正確地解讀檔案路徑中的斜槓。如果你使用的是Windows系統，且結果不符合預期，請確保在檔案路徑中使用的是反斜槓。

1.3、逐行讀取：

• 讀取檔案時，常常需要檢查其中的每一行：你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

  file_name = './test.txt' 
  with open(file_name) as file_obj:
      for line in file_obj:
          print(line)
  # 輸出結果如下：
  3.1415926535
  
   8979323846
  
   2643383279
  

  • 我們將要讀取的檔案的名稱儲存在變數file_name 中，這是使用檔案時一種常見的做法
  • 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

• 發現列印結果每行多出一個空行，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。

• 要刪除多出來的空行，可在print 語句中使用rstrip()

  file_name = './test.txt'
  with open(file_name) as file_obj:
      for line in file_obj:
          print(line.rstrip())
  # 輸出結果如下：
  3.1415926535
   8979323846
   2643383279
  

1.4、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：

  file_name = './test.txt'
  with open(file_name) as file_obj:
      contents = file_obj.readlines()
      print(contents)
      
  for item in contents:
      print(item.rstrip())
  
  # 輸出內容如下：
  ['3.1415926535\n', ' 8979323846\n', ' 2643383279']
  3.1415926535
   8979323846
   2643383279
  

  • 方法readlines() 從檔案中讀取每一行，並將其儲存在一個列表中

1.5、使用檔案的內容：

• 將檔案讀取到記憶體中後，就可以以任何方式使用這些資料

  file_name = './test.txt'
  with open(file_name) as file_obj:
      contents = file_obj.readlines()
      print(contents)
  
  pi_string = ''
  for item in contents:
      pi_string += item.rstrip()
  
  print(pi_string)
  print(len(pi_string))
  # 輸出結果如下：
  ['3.1415926535\n', ' 8979323846\n', ' 2643383279']
  3.1415926535 8979323846 2643383279
  34
  

  • 首先開啟檔案，並將其中的所有行都儲存在一個列表中 contents
  • 我們建立了一個變數——pi_string ，用於儲存圓周率的值
  • 一個迴圈將各行都加入pi_string ，並刪除每行末尾的換行符

• 為了刪除兩邊的空格, 可以使用strip():

  file_name = './test.txt'
  with open(file_name) as file_obj:
      contents = file_obj.readlines()
      print(contents)
  
  pi_string = ''
  for item in contents:
      pi_string += item.strip()
  
  print(pi_string)
  print(len(pi_string))
  # 輸出結果如下：
  ['3.1415926535\n', ' 8979323846\n', ' 2643383279']
  3.141592653589793238462643383279
  32
  
  

• 注意：讀取文字檔案時，Python將其中的所有文字都解讀為字串。如果你讀取的是數字，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。

2、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

2.1、寫入空檔案：

• 將文字寫入檔案，你在呼叫open() 時需要提供另一個實參

  file_name = './test.txt'
  with open(file_name, 'w') as file_obj:
      file_obj.write('I love Python')
  # 將test.txt檔案開啟會發現
  I love Python # 已經寫入進去了
  

  • 呼叫open() 時提供了兩個實參:
    • 第一個實參也是要開啟的檔案的名稱
    • 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+' ）。
    • 如果你省略了模式實參，Python將以預設的只讀模式開啟檔案。
    • 如果你要寫入的檔案不存在，函式open() 將自動建立它
    • 以寫入（'w' ）模式開啟檔案時千萬要小心，因為如果指定的檔案已經存在，Python將在返回檔案物件前清空該檔案。
  • 我們使用檔案物件的方法write() 將一個字串寫入檔案

• 注意：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。

2.2、寫入多行：

• 函式write() 不會在你寫入的文字末尾新增換行符，因此如果你寫入多行時沒有指定換行符

  file_name = './test.txt'
  with open(file_name, 'a+') as file_obj:
      file_obj.write('I love Python')
      file_obj.write('I love you')
  # 開啟test.txt檔案會發現
  I love PythonI love you # 發現兩行內容擠在一起了
  

• 要讓每個字串都單獨佔一行，需要在write() 語句中包含換行符:

  file_name = './test.txt'
  with open(file_name, 'w') as file_obj:
      file_obj.write('I love Python\n')
      file_obj.write('I love you')
  # 開啟test.txt 檔案會發現
  I love Python
  I love you #  跟我們預想的是一樣的結果
  

2.3、附加到檔案：

• 如果你要給檔案新增內容，而不是覆蓋原有的內容，可以附加模式開啟檔案。

• 附加模式開啟檔案時，Python不會在返回檔案物件前清空檔案，而你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將為你建立一個空檔案。

  file_name = './test.txt'
  with open(file_name, 'a') as file_obj:
      file_obj.write('I love Python\n')
      file_obj.write('I love java\n')
      file_obj.write('I love you')
  # 開啟test.txt檔案的時候,裡面已經有一段內容了
  裡面已經有一段內容了
  I love Python
  I love java
  I love you
  

  • 我們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

3、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
• 如果你編寫了處理該異常的程式碼，程式將繼續執行;如果你未對異常進行處理，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。

3.1、處理ZeroDivisionError 異常：

• 下面來看一種導致Python引發異常的簡單錯誤。你可能知道不能將一個數字除以0

  print(6/0)
  # 會報錯
  Traceback (most recent call last):
    File "C:/Users/lh9/PycharmProjects/request/my_test01.py", line 996, in <module>
      print(6/0)
  ZeroDivisionError: integer division or modulo by zero
  

  • 在上述traceback中，指出錯誤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。

3.2、使用try-except程式碼塊：

• 當你認為可能發生了錯誤時，可編寫一個try-except 程式碼塊來處理可能引發的異常

  try:
      print(6/0)
  except ZeroDivisionError:
      print('0不能被用做除數')
  # 輸出結果就是
  0不能被用做除數
  

  • 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

3.3、else程式碼塊：

• 通過將可能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。

• 錯誤是執行除法運算的程式碼行導致的，因此我們需要將它放到try-except 程式碼塊中。

• 這個示例還包含一個else 程式碼塊；依賴於try 程式碼塊成功執行的程式碼都應放到else 程式碼塊中

  while True:
      First = input('First number：')
      if First == 'q':
          break
      Second = input('\nSecond number：')
  
      try:
          answer = int(First) / int(Second)
      except ZeroDivisionError:
          print('0不能是被除數')
  
      else:
          print('成功輸出')
          print(answer)
  

  • Python嘗試執行try 程式碼塊中的程式碼；
    • 只有可能引發異常的程式碼才需要放在try 語句中。
    • 有時候，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，該怎麼辦。

3.4、處理FileNotFoundError 異常：

• 使用檔案時，一種常見的問題是找不到檔案：

• 你要查詢的檔案可能在其他地方、檔名可能不正確或者這個檔案根本就不存在。

• 對於所有這些情形，都可使用try-except 程式碼塊以直觀的方式進行處理。

  filename = 'alice.txt'
  with open(filename) as f_obj:
  contents = f_obj.read()
  

  • python 無法讀取不存在的檔案，因此它引發一個異常：

    Traceback (most recent call last):
    File "alice.py", line 3, in <module>
    with open(filename) as f_obj:
    FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: 'alice.txt'
    

  • 在上述traceback中，最後一行報告了FileNotFoundError 異常，這是Python找不到要開啟的檔案時建立的異常

  • 這個錯誤是函式open() 導致的，因此要處理這個錯誤，必須將try 語句放在包含open() 的程式碼行之前：

    filename = 'alice.txt'
    try:
    with open(filename) as f_obj:
    contents = f_obj.read()
    except FileNotFoundError:
    msg = "Sorry, the file " + filename + " does not exist."
    print(msg)
    # 最終結果輸出如下：
    Sorry, the file alice.txt does not exist.
    

3.5、失敗時一聲不吭：

• 但並非每次捕獲到異常時都需要告訴使用者，有時候你希望程式在發生異常時一聲不吭，就像什麼都沒有發生一樣繼續執行。

• 要讓程式在失敗時一聲不吭，可像通常那樣編寫try 程式碼塊，但在except 程式碼塊中明確地告訴Python什麼都不要做。

• Python有一個pass 語句，可在程式碼塊中使用它來讓Python什麼都不要做：

  try:
      print(6/0)
  except ZeroDivisionError:
      pass
      print('Except 丟擲的異常什麼都沒有, 使用了pass語句')
  

• pass 語句還充當了佔位符，它提醒你在程式的某個地方什麼都沒有做，並且以後也許要在這裡做些什麼。

4、儲存資料：

• 模組json 讓你能夠將簡單的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
• 你還可以使用json 在Python程式之間分享資料。
• 更重要的是，json資料格式並非Python專用的，這讓你能夠將以JSON格式儲存的資料與使用其他程式語言的人分享

4.1、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。

  import json
  
  numbers = [2, 3, 5, 7, 11, 13]
  file_name = 'numbers.json'
  with open(file_name, 'w') as f_obj:
      json.dump(numbers, f_obj)
  # 開啟nubers.json的檔案 內容如下：
  [2, 3, 5, 7, 11, 13]
  

  • 我們先匯入模組json ，再建立一個數字列表,指定了要將該數字列表儲存到其中的檔案的名稱.
  • 通常使用副檔名.json來指出檔案儲存的資料為JSON格式
  • 我們使用函式json.dump() 將數字列表儲存到檔案numbers.json中。

• 使用json.load() 將這個列表讀取到記憶體中:

  import json
  
  numbers = [2, 3, 5, 7, 11, 13]
  file_name = 'numbers.json'
  with open(file_name) as f_obj:
      numbers = json.load(f_obj)
  
  print(numbers)
  # 輸出結果如下：
  [2, 3, 5, 7, 11, 13]
  

  • 我們使用函式json.load() 載入儲存在numbers.json中的資訊，並將其儲存到變數numbers 中。
  • 最後，我們列印恢復的數字列表，看看它是否與number_writer.py中建立的數字列表相同