1、文件的打开和关闭

1.1 操作文件的整体过程

1. 打开文件，或者新建立一个文件
2. 读/写数据
3. 关闭文件

1.2 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)

实例如下：

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

说明：

1.2.1 文件路径

文件的路径分为相对路径和绝对路径。

• 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。

1.2.2 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只用于只读。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。

1.3 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 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

2.2 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数据
print(content)

f.close() # 关闭文件

运行结果：

 

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

2.3 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()

运行结果：

 

2.4 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()

2.5 指针定位

tell()方法用来显示当前指针的位置

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()

seek(offset,whence)方法用来重新设定指针的位置。

• offset：表示偏移量
• whence：只能传入012中的一个数字。
  • 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 

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()

3、CSV文件的读写

3.1 csv文件

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。可以把他理解为一个表格，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。

3.2 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()

3.3 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

4.1 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。

4.2 StringIO

StringIO可以将字符串写入到内存中，像操作文件一样操作字符串

from io import StringIO

# 创建一个StringIO对象
f = StringIO()
# 可以像操作文件一样，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()

4.3 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

应用：制作文件的备份

输入文件的名字，然后程序自动完成对文件进行备份

# 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

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。

6.1 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！

6.1.1 使用JSON实现序列化

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 

6.1.2 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()

6.2 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里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

6.2.1 区别 

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，字符串都是可以识别的。
• 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，下列列出了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，默认无法转换成为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

程序在运行过程中，由于编码不规范，或者其它原因，导致我们的程序无法继续运行，此时，程序就会出现异常。如果不处理异常，程序会由于异常中断掉。

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。

我们可以使用异常处理机制来解决程序运行过程中可能出现的问题。

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 

else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...语句用来表示这样的情况：

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

8.1 with关键字的使用

如何正确关闭一个文件

普通版

def m1():
    f = open('output.txt','w')
    f.write('python我能学会')
    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

进阶版

def m2():
    f = open('output.txt','w')
    try:
        f.write('python我会')
    except IOError:
        print('python我能学会')
    finally:
        f.close()

改良后对可能发生异常的代码进行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，而之间跳转到except代码块。而无论如何，finally块中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('我能学会python')

使用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。

8.2 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

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，且它们应该是Error或Exception类的子类。

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：