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Python中的文件操作和异常.md

小小城
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Python中的文件操作和异常

@[toc]

一、文件

01. 文件的概念

1.1 文件的概念和作用

  • 计算机的 文件,就是存储在某种 长期储存设备 上的一段 数据
  • 长期存储设备包括:硬盘、U 盘、移动硬盘、光盘...

文件的作用

将数据长期保存下来,在需要的时候使用

CPU内存硬盘
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Do8tl2wH-1588588875914)(media/15019810951755/CPU.jpg)][外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-UAzF65OI-1588588875921)(media/15019810951755/%E5%86%85%E5%AD%98%E6%9D%A1.png)][外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-lM8dqIan-1588588875923)(media/15019810951755/%E7%A1%AC%E7%9B%98.jpg)]

1.2 文件的存储方式

  • 在计算机中,文件是以 二进制 的方式保存在磁盘上的

文本文件和二进制文件

  • 文本文件

    • 可以使用 文本编辑软件 查看
    • 本质上还是二进制文件
    • 例如:python 的源程序
  • 二进制文件

    • 保存的内容 不是给人直接阅读的,而是 提供给其他软件使用的
    • 例如:图片文件、音频文件、视频文件等等
    • 二进制文件不能使用 文本编辑软件 查看

02. 文件的基本操作

2.1 操作文件的套路

计算机 中要操作文件的套路非常固定,一共包含三个步骤

  1. 打开文件
  2. 读、写文件
    • 将文件内容读入内存
    • 将内存内容写入文件
  3. 关闭文件

2.2 操作文件的函数/方法

  • Python 中要操作文件需要记住 1 个函数和 3 个方法
序号函数/方法说明
01open打开文件,并且返回文件操作对象
02read将文件内容读取到内存
03write将指定内容写入文件
04close关闭文件
  • open 函数负责打开文件,并且返回文件对象
  • read/write/close 三个方法都需要通过 文件对象 来调用

2.3 read 方法 —— 读取文件

  • open 函数的第一个参数是要打开的文件名(文件名区分大小写)
    • 如果文件 存在,返回 文件操作对象
    • 如果文件 不存在,会 抛出异常
  • read 方法可以一次性 读入返回 文件的 所有内容
  • close 方法负责 关闭文件
    • 如果 忘记关闭文件会造成系统资源消耗,而且会影响到后续对文件的访问
  • 注意read 方法执行后,会把 文件指针 移动到 文件的末尾
# 1. 打开 - 文件名需要注意大小写
file = open("README")

# 2. 读取
text = file.read()
print(text)

# 3. 关闭
file.close()

提示

  • 在开发中,通常会先编写 打开关闭 的代码,再编写中间针对文件的 读/写 操作!

文件指针

  • 文件指针 标记 从哪个位置开始读取数据
  • 第一次打开 文件时,通常 文件指针会指向文件的开始位置
  • 当执行了 read 方法后,文件指针 会移动到 读取内容的末尾
    • 默认情况下会移动到 文件末尾

思考

  • 如果执行了一次 read 方法,读取了所有内容,那么再次调用 read 方法,还能够获得到内容吗?

答案

  • 不能
  • 第一次读取之后,文件指针移动到了文件末尾,再次调用不会读取到任何的内容

2.4 打开文件的方式

  • open 函数默认以 只读方式 打开文件,并且返回文件对象

语法如下:

f = open("文件名", "访问方式")
访问方式说明
r只读方式打开文件。文件的指针将会放在文件的开头,这是默认模式。如果文件不存在,抛出异常
w只写方式打开文件。如果文件存在会被覆盖。如果文件不存在,创建新文件
a追加方式打开文件。如果该文件已存在,文件指针将会放在文件的结尾。如果文件不存在,创建新文件进行写入
r+读写方式打开文件。文件的指针将会放在文件的开头。如果文件不存在,抛出异常
w+读写方式打开文件。如果文件存在会被覆盖。如果文件不存在,创建新文件
a+读写方式打开文件。如果该文件已存在,文件指针将会放在文件的结尾。如果文件不存在,创建新文件进行写入

提示

  • 频繁的移动文件指针,会影响文件的读写效率,开发中更多的时候会以 只读只写 的方式来操作文件

写入文件示例

# 打开文件
f = open("README", "w")

f.write("hello python!\n")
f.write("今天天气真好")

# 关闭文件
f.close()

2.5 按行读取文件内容

  • read 方法默认会把文件的 所有内容 一次性读取到内存
  • 如果文件太大,对内存的占用会非常严重

readline 方法

  • readline 方法可以一次读取一行内容
  • 方法执行后,会把 文件指针 移动到下一行,准备再次读取

读取大文件的正确姿势

# 打开文件
file = open("README")

while True:
    # 读取一行内容
    text = file.readline()

    # 判断是否读到内容
    if not text:
        break

    # 每读取一行的末尾已经有了一个 `\n`
    print(text, end="")

# 关闭文件
file.close()

2.6 文件读写案例 —— 复制文件

小文件复制

  • 打开一个已有文件,读取完整内容,并写入到另外一个文件
# 1. 打开文件
file_read = open("README")
file_write = open("README[复件]", "w")

# 2. 读取并写入文件
text = file_read.read()
file_write.write(text)

# 3. 关闭文件
file_read.close()
file_write.close()

大文件复制

  • 打开一个已有文件,逐行读取内容,并顺序写入到另外一个文件
# 1. 打开文件
file_read = open("README")
file_write = open("README[复件]", "w")

# 2. 读取并写入文件
while True:
    # 每次读取一行
    text = file_read.readline()

    # 判断是否读取到内容
    if not text:
        break

    file_write.write(text)

# 3. 关闭文件
file_read.close()
file_write.close()

03. 文件/目录的常用管理操作

  • 终端 / 文件浏览器、 中可以执行常规的 文件 / 目录 管理操作,例如:
    • 创建、重命名、删除、改变路径、查看目录内容、……
  • Python 中,如果希望通过程序实现上述功能,需要导入 os 模块

文件操作

序号方法名说明示例
01rename重命名文件os.rename(源文件名, 目标文件名)
02remove删除文件os.remove(文件名)

目录操作

序号方法名说明示例
01listdir目录列表os.listdir(目录名)
02mkdir创建目录os.mkdir(目录名)
03rmdir删除目录os.rmdir(目录名)
04getcwd获取当前目录os.getcwd()
05chdir修改工作目录os.chdir(目标目录)
06path.isdir判断是否是文件os.path.isdir(文件路径)

提示:文件或者目录操作都支持 相对路径绝对路径

04. 文本文件的编码格式

  • 文本文件存储的内容是基于 字符编码 的文件,常见的编码有 ASCII 编码,UNICODE 编码等

Python 2.x 默认使用 ASCII 编码格式
Python 3.x 默认使用 UTF-8 编码格式

4.1 ASCII 编码和 UNICODE 编码

ASCII 编码

  • 计算机中只有 256ASCII 字符
  • 一个 ASCII 在内存中占用 1 个字节 的空间
    • 80/1 的排列组合方式一共有 256 种,也就是 2 ** 8

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-DZKvNKub-1588588875933)(media/15019810951755/001_ASCII%E7%BC%96%E7%A0%81%E8%A1%A81.jpg)]

UTF-8 编码格式

  • 计算机中使用 1~6 个字节 来表示一个 UTF-8 字符,涵盖了 地球上几乎所有地区的文字
  • 大多数汉字会使用 3 个字节 表示
  • UTF-8UNICODE 编码的一种编码格式

4.2 Ptyhon 2.x 中如何使用中文

Python 2.x 默认使用 ASCII 编码格式
Python 3.x 默认使用 UTF-8 编码格式

  • 在 Python 2.x 文件的 第一行 增加以下代码,解释器会以 utf-8 编码来处理 python 文件
# *-* coding:utf8 *-*

这方式是官方推荐使用的!

  • 也可以使用
# coding=utf8

unicode 字符串

  • Python 2.x 中,即使指定了文件使用 UTF-8 的编码格式,但是在遍历字符串时,仍然会 以字节为单位遍历 字符串
  • 要能够 正确的遍历字符串,在定义字符串时,需要 在字符串的引号前,增加一个小写字母 u,告诉解释器这是一个 unicode 字符串(使用 UTF-8 编码格式的字符串)
# *-* coding:utf8 *-*

# 在字符串前,增加一个 `u` 表示这个字符串是一个 utf8 字符串
hello_str = u"你好世界"

print(hello_str)

for c in hello_str:
    print(c)

二、异常

01. 异常的概念

  • 程序在运行时,如果 Python 解释器 遇到 到一个错误,会停止程序的执行,并且提示一些错误信息,这就是 异常
  • 程序停止执行并且提示错误信息 这个动作,我们通常称之为:抛出(raise)异常
    在这里插入图片描述

程序开发时,很难将 所有的特殊情况 都处理的面面俱到,通过 异常捕获 可以针对突发事件做集中的处理,从而保证程序的 稳定性和健壮性

02. 捕获异常

2.1 简单的捕获异常语法

  • 在程序开发中,如果 对某些代码的执行不能确定是否正确,可以增加 try(尝试)捕获异常
  • 捕获异常最简单的语法格式:
try:
    尝试执行的代码
except:
    出现错误的处理
  • try 尝试,下方编写要尝试代码,不确定是否能够正常执行的代码
  • except 如果不是,下方编写尝试失败的代码

简单异常捕获演练 —— 要求用户输入整数

try:
    # 提示用户输入一个数字
    num = int(input("请输入数字:"))
except:
    print("请输入正确的数字")

2.2 错误类型捕获

  • 在程序执行时,可能会遇到 不同类型的异常,并且需要 针对不同类型的异常,做出不同的响应,这个时候,就需要捕获错误类型了

  • 语法如下:

try:
    # 尝试执行的代码
    pass
except 错误类型1:
    # 针对错误类型1,对应的代码处理
    pass
except (错误类型2, 错误类型3):
    # 针对错误类型2 和 3,对应的代码处理
    pass
except Exception as result:
    print("未知错误 %s" % result)
  • Python 解释器 抛出异常 时,最后一行错误信息的第一个单词,就是错误类型

异常类型捕获演练 —— 要求用户输入整数

需求

  1. 提示用户输入一个整数
  2. 使用 8 除以用户输入的整数并且输出
try:
    num = int(input("请输入整数:"))
    result = 8 / num
    print(result)
except ValueError:
    print("请输入正确的整数")
except ZeroDivisionError:
    print("除 0 错误")

捕获未知错误

  • 在开发时,要预判到所有可能出现的错误,还是有一定难度的
  • 如果希望程序 无论出现任何错误,都不会因为 Python 解释器 抛出异常而被终止,可以再增加一个 except

语法如下:

except Exception as result:
    print("未知错误 %s" % result)

2.3 异常捕获完整语法

  • 在实际开发中,为了能够处理复杂的异常情况,完整的异常语法如下:

提示:

  • 有关完整语法的应用场景,在后续学习中,结合实际的案例会更好理解
  • 现在先对这个语法结构有个印象即可
try:
    # 尝试执行的代码
    pass
except 错误类型1:
    # 针对错误类型1,对应的代码处理
    pass
except 错误类型2:
    # 针对错误类型2,对应的代码处理
    pass
except (错误类型3, 错误类型4):
    # 针对错误类型3 和 4,对应的代码处理
    pass
except Exception as result:
    # 打印错误信息
    print(result)
else:
    # 没有异常才会执行的代码
    pass
finally:
    # 无论是否有异常,都会执行的代码
    print("无论是否有异常,都会执行的代码")
  • else 只有在没有异常时才会执行的代码

  • finally 无论是否有异常,都会执行的代码

  • 之前一个演练的 完整捕获异常 的代码如下:

try:
    num = int(input("请输入整数:"))
    result = 8 / num
    print(result)
except ValueError:
    print("请输入正确的整数")
except ZeroDivisionError:
    print("除 0 错误")
except Exception as result:
    print("未知错误 %s" % result)
else:
    print("正常执行")
finally:
    print("执行完成,但是不保证正确")

03. 异常的传递

  • 异常的传递 —— 当 函数/方法 执行 出现异常,会 将异常传递 给 函数/方法 的 调用一方
  • 如果 传递到主程序,仍然 没有异常处理,程序才会被终止

提示

  • 在开发中,可以在主函数中增加 异常捕获
  • 而在主函数中调用的其他函数,只要出现异常,都会传递到主函数的 异常捕获
  • 这样就不需要在代码中,增加大量的 异常捕获,能够保证代码的整洁

需求

  1. 定义函数 demo1() 提示用户输入一个整数并且返回
  2. 定义函数 demo2() 调用 demo1()
  3. 在主程序中调用 demo2()
def demo1():
    return int(input("请输入一个整数:"))


def demo2():
    return demo1()

try:
    print(demo2())
except ValueError:
    print("请输入正确的整数")
except Exception as result:
    print("未知错误 %s" % result)

04. 抛出 raise 异常

4.1 应用场景

  • 在开发中,除了 代码执行出错 Python 解释器会 抛出 异常之外
  • 还可以根据 应用程序 特有的业务需求 主动抛出异常

示例

  • 提示用户 输入密码,如果 长度少于 8,抛出 异常

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-U9fzCe6Z-1588588881345)(media/15016413521006/024_%E8%87%AA%E5%AE%9A%E4%B9%89%E5%BC%82%E5%B8%B8.png)]

注意

  • 当前函数 只负责 提示用户输入密码,如果 密码长度不正确,需要其他的函数进行额外处理
  • 因此可以 抛出异常,由其他需要处理的函数 捕获异常

4.2 抛出异常

  • Python 中提供了一个 Exception 异常类
  • 在开发时,如果满足 特定业务需求时,希望 抛出异常,可以:
    1. 创建 一个 Exception对象
    2. 使用 raise 关键字 抛出 异常对象

需求

  • 定义 input_password 函数,提示用户输入密码
  • 如果用户输入长度 < 8,抛出异常
  • 如果用户输入长度 >=8,返回输入的密码
def input_password():

    # 1. 提示用户输入密码
    pwd = input("请输入密码:")

    # 2. 判断密码长度,如果长度 >= 8,返回用户输入的密码
    if len(pwd) >= 8:
        return pwd

    # 3. 密码长度不够,需要抛出异常
    # 1> 创建异常对象 - 使用异常的错误信息字符串作为参数
    ex = Exception("密码长度不够")

    # 2> 抛出异常对象
    raise ex


try:
    user_pwd = input_password()
    print(user_pwd)
except Exception as result:
    print("发现错误:%s" % result)

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