第十章（二）

2、寫入文件

保存數(shù)據(jù)的最簡單的方式之一是將其寫入到文件中。

（1）寫入空文件

要將文本寫入文件，需要在調(diào)用open()時提供另一個參數(shù)，告訴Python你要寫入打開的文件。

filename = 'programming.txt'
with open(filename, 'w') as file_object:
    file_object.write("I love programming.")

函數(shù)open()有兩個實參，第一個是要打開的文件的名稱；第二個是告訴Python，我們要以寫入模式打開這個文件。打開文件時，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文件的模式（'r+'）。如果你省略了模式實參，Python將以默認的只讀模式打開文件。
如果你要寫入的文件不存在，函數(shù)open()將自動創(chuàng)建它。然而，以寫入（'w'）模式打開文件時千萬要小心，因為如果指定的文件已經(jīng)存在，Python將在返回文件對象前清空該文件，即先清空文件再執(zhí)行寫入操作。
注意：Python只能將字符串寫入文本文件。要將數(shù)值數(shù)據(jù)存儲到文本文件中，必須先使用函數(shù)str()將其轉(zhuǎn)換為字符串格式。

（2）寫入多行

函數(shù)write()不會在你寫入的文本末尾添加換行符。要讓每個字符串都單獨占一行，需要在write()語句中包含換行符：

filename = 'programming.txt'
with open(filename, 'w') as file_object:
    file_object.write("I love create new games.\n")
    file_object.write("I love programming.\n")
# 文件中顯示為：
I love create new games.
I love programming.

可以使用空格、制表符和空行來設(shè)置這些輸出的格式。

（3）附加到文件

如果你要給文件添加內(nèi)容，而不是覆蓋原有的內(nèi)容，可以附加模式打開文件。這時，Python不會在返回文件對象前清空文件，而你寫入到文件的行都將添加到文件末尾。如果指定的文件不存在，Python將會創(chuàng)建一個空文件。

filename = 'programming.txt'
with open(filename, 'a') as file_object:
    file_object.write("I also love finding meaning in large datasets.\n")
    file_object.write("I love create apps that can run in a browser.\n")
# 文件中顯示為：
I love create new games.
I love programming.
I also love finding meaning in large datasets.
I love create apps that can run in a browser.

3、異常

Python使用被稱為異常的特殊對象來管理程序執(zhí)行期間發(fā)生的錯誤。每當發(fā)生讓Python不知所措的錯誤時，它都會創(chuàng)建一個異常對象。如果你編寫了處理該異常的代碼，程序?qū)⒗^續(xù)執(zhí)行；如果你未對異常進行處理，程序?qū)⑼Ｖ梗@示一個traceback，其中包含有關(guān)異常的報告。
異常是使用try-except代碼塊處理的。try-except代碼塊讓Python執(zhí)行指定的操作，同時告訴Python發(fā)生異常時怎么辦。使用了try-except代碼塊，即便出現(xiàn)異常，程序也將繼續(xù)運行：顯示你編寫的友好的錯誤信息，而不是令人迷惑的traceback。

（1）處理ZeroDivisionError異常

將一個數(shù)字除以0引發(fā)異常錯誤：

print(5/0)
# 報錯提示：
ZeroDivisionError: division by zero

ZeroDivisionError是一個異常對象，在這種情況下，Python將停止運行程序，并指出引發(fā)了哪種異常。

（2）使用try-except代碼塊

當你認為可能發(fā)生了錯誤時，可編寫一個try-except代碼塊來處理可能引發(fā)的異常。處理ZeroDivisionError異常的try-except代碼塊：

try:
    print(5/0)
except ZeroDivisionError:
    print("You can't divide by zero!")
# 輸出：
You can't divide by zero!

如果try代碼塊中的代碼運行起來沒有問題，Python將跳過except代碼塊；如果try代碼塊中的代碼導(dǎo)致了錯誤，Python將查找這樣的except代碼塊，并運行其中的代碼。
如果try-except代碼塊后面還有其他代碼，程序?qū)⒔又\行，因為已經(jīng)告訴Python如何處理這種錯誤。

（3）使用異常避免崩潰

發(fā)生錯誤時，如果程序還有工作沒完成，妥善地處理I錯誤尤為重要。這種情況經(jīng)常會出現(xiàn)在要求用戶提供輸入的程序中；如果程序能夠妥善地處理無效輸入，就能在提示用戶提供有效的輸入，而不至于崩潰。下面是一個只執(zhí)行除法運算的簡單計算器：

print("Give me two numbers, and I'll divide them.")
print("Enter 'q' to quit.")

while True:
    first_number = input("\nFirst number: ")
    if first_number == 'q':
        break
    second_number = input("Secong number: ")
    if second_number == 'q':
        break
    answer = int(first_number) / int(second_number)
    print(answer)

這個程序沒有采取任何處理錯誤的措施，因此當除數(shù)為0時，它會崩潰。程序崩潰可不好，但讓用戶看到traceback也不是好主意。不懂技術(shù)的用戶會被它們搞糊涂，而且如果用戶懷有惡意，他會通過traceback獲悉你不希望他知道的信息，尤其是訓練有素的攻擊者可以根據(jù)這些信息判斷出可對你的代碼發(fā)起什么樣的攻擊。

（4）else代碼塊

通過將可能引發(fā)錯誤的代碼放在try-except代碼塊中，可提高這個程序的抵御錯誤的能力。錯誤是執(zhí)行除法運算的代碼行導(dǎo)致的，因此需要把該行代碼放在try-except中。其次，還添加了一個else代碼塊，依賴于try代碼塊成功執(zhí)行的代碼都應(yīng)放到else代碼塊中：

print("Give me two numbers, and I'll divide them.")
print("Enter 'q' to quit.")

while True:
    first_number = input("\nFirst number: ")
    if first_number == 'q':
        break
    second_number = input("Secong number: ")
    if second_number == 'q':
        break
    try:
        answer = int(first_number) / int(second_number)
    except ZeroDivisionError:
        print("You can't divide by 0!")
    else:
        print(answer)
# 輸出：
Give me two numbers, and I'll divide them.
Enter 'q' to quit.

First number: 5
Secong number: 0
You can't divide by 0!

First number: q

try-except-else代碼塊的工作原理大致為：Python嘗試執(zhí)行try代碼塊中的代碼；只有可能引發(fā)異常的代碼才需要放在try語句中。有時候，有一些代碼需要在try代碼塊成功運行后才運行，這些代碼應(yīng)放在else代碼塊中。except代碼塊告訴Python，如果它嘗試運行try代碼塊中的代碼時引發(fā)了指定的異常，該怎么辦。
通過預(yù)測可能發(fā)生錯誤的的代碼，可編寫健壯的程序，它們即便面臨無效數(shù)據(jù)或缺少資源，也能繼續(xù)運行，從而能夠抵御無意的用戶錯誤和惡意的攻擊。

（5）處理FileNotFoundError異常

使用文件時，當你找不到文件時，可使用try-except代碼塊以直觀的方式進行處理。下面嘗試讀取一個不存在的文件：

filename = 'alice.txt'
with open(filename) as f_obj:
    contents = f_obj.read()
# 報告異常：
FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: 'alice.txt'

這里引發(fā)了FileNotFoundError異常，這是Python找不到要打開的文件時創(chuàng)建的異常。這個錯誤是open()函數(shù)導(dǎo)致的，因此要將該函數(shù)放在try代碼塊中。

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)
# 輸出：
Sorry, the file alice.txt does not exist.

（6）分析文本

你可以分析包含整本書的文本文件。項目Gutenberg（http://gutenberg.org/）提供了一系列不受版權(quán)限制的文學作品，如果你要在編程項目中使用文學文本，這是一個很不錯的資源。
下面來提取一小段文本，并計算它包含多少個單詞：

title = "Alice in Wonderland"
print(title.split())
# 輸出：
['Alice', 'in', 'Wonderland']

方法split()以空格為分隔符將字符串分拆成多個部分，并將這些部分都存儲到一個列表中，結(jié)果是一個包含字符串中所有單詞的列表，雖然有些單詞可能包含標點。
下面計算Alice in Wonderland童話中包含多少個單詞：

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)
else:
    words = contents.split()
    num_words = len(words)
    print("The file " + filename + " has about " + str(num_words) + " words.")
# 輸出：
The file alice.txt has about 29461 words.

我們把相應(yīng)的文件移到正確的目錄下，讓try代碼塊能夠成功執(zhí)行。

（7）使用多個文件

為了多分析幾個文本文件，可以將上述代碼的大部分移到一個函數(shù)中，這樣調(diào)用起來更方便。

def count_words(filename):
    try:
        with open(filename) as f_obj:
            contents = f_obj.read()
    except FileNotFoundError:
        msg = "Sorry, the file " + filename + " does not exist."
        print(msg)
    else:
        words = contents.split()
        num_words = len(words)
        print("The file " + filename + " has about " + str(num_words) + " words.")

filename = 'alice.txt'
count_words(filename)

有了這個函數(shù)，我們可以編寫一個簡單的循環(huán)，計算要分析的任何文本包含多少個單詞。下面將要分析的文件存儲在一個列表中，并對列表調(diào)用上述的函數(shù)進行計算：

def count_words(filename):
    try:
        with open(filename) as f_obj:
            contents = f_obj.read()
    except FileNotFoundError:
        msg = "Sorry, the file " + filename + " does not exist."
        print(msg)
    else:
        words = contents.split()
        num_words = len(words)
        print("The file " + filename + " has about " + str(num_words) + " words.")

filenames = ['alice.txt', 'siddhartha.txt', 'moby_dick.txt', 'little_women.txt']
for filename in filenames:
    count_words(filename)
# 輸出：
The file alice.txt has about 29461 words.
Sorry, the file siddhartha.txt does not exist.
The file moby_dick.txt has about 215136 words.
The file little_women.txt has about 189079 words.

注意：這里故意沒把siddhartha.txt放在相應(yīng)目錄中，我們可以看到即使文件不存在，也不影響這個程序處理其他存在的文件。另外還可以避免讓用戶看到traceback。

（8）失敗時一聲不吭

程序捕獲到異常時，如果你不希望將異常告訴用戶，而是想什么都沒發(fā)生一樣繼續(xù)運行，這時候?qū)xcept代碼塊中的所有語句用一個pass語句來代替就可以了，表示什么都不用做，讓程序順利運行。這時的輸出就不會有告訴你異常的那一句了，而其他的也能正常運行。
除此之外，pass語句還充當了占位符，它提醒你在程序的某個地方什么都沒做，并且以后也許要在這里做些什么。

（9）決定報告哪些錯誤

向用戶顯示他不想看到的信息可能會降低程序的可用性。Python的錯誤處理結(jié)構(gòu)讓你能夠細致地控制與用戶分享錯誤信息的程度，要分享多少信息由你決定。
編寫得很好且經(jīng)過詳盡測試的代碼不容易出現(xiàn)內(nèi)部錯誤，但只要程序依賴于外部因素，如用戶輸入、存在指定的文件、有網(wǎng)絡(luò)鏈接，就有可能出現(xiàn)異常。憑借經(jīng)驗可判斷該在程序的什么地方包含異常處理塊，以及出現(xiàn)錯誤時該向用戶提供多少相關(guān)的信息。

4、存儲數(shù)據(jù)

使用模塊json來存儲數(shù)據(jù)。模塊json讓你能夠?qū)⒑唵蔚腜ython數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲到文件中，并在程序再次運行時加載該文件中的數(shù)據(jù)。你還可以使用json模塊在Python程序之間分享數(shù)據(jù)。更重要的是，JSON數(shù)據(jù)格式并非Python專用的，你可以以JSON格式存儲的數(shù)據(jù)與使用其他編程語言的人分享。JSON（JavaScript Object Notation）格式最初是為JavaScript開發(fā)的，但隨后成了一種常見格式，被包括Python在內(nèi)的眾多語言采用。

（1）使用json.dump()和json.load()

函數(shù)json.dump()接受兩個實參：要存儲的數(shù)據(jù)以及可用于存儲數(shù)據(jù)的文件對象。

import json
numbers = [2, 3, 5, 7, 9, 11]
filename = 'numbers.json'
with open(filename,'w') as f_obj:
    json.dump(numbers, f_obj)

通常使用文件擴展名.json來指出文件存儲的數(shù)據(jù)為JSON格式。
函數(shù)json.load()可加載文件中的信息，并可存儲在一個變量中。

import json
filename = 'numbers.json'
with open(filename) as f_obj:
    numbers = json.load(f_obj)

print(numbers)
# 輸出：
[2, 3, 5, 7, 9, 11]

可見，輸出的列表與創(chuàng)建時的列表時一樣的，這是一種再程序間共享數(shù)據(jù)的簡單方式。

（2）保存和讀取用戶生成的數(shù)據(jù)

對于用戶生成的數(shù)據(jù)，使用json保存它們大有裨益，因為如果不以某種方式進行存儲，等程序停止運行時用戶的信息將丟失。
接收用戶名并保存：

import json
username = input("What is your name? ")
filename = 'username.json'
with open(filename, 'w') as f_obj:
    json.dump(username, f_obj)
    print("We'll remember you when you come back, " + username + "!")
# 輸出：
What is your name? Eric
We'll remember you when you come back, Eric!

讀取信息：

import json
filename = 'username.json'
with open(filename) as f_obj:
    username = json.load(f_obj)
    print("Welcome back, " + username + "!")
# 輸出：
Welcome back, Eric!

現(xiàn)在將兩個程序合并到一個程序中。使得這個程序運行時，我們將嘗試從文件中獲取用戶名，因此需要首先編寫一個嘗試恢復(fù)用戶名的try代碼塊。如果這個文件不存在，我們就在except代碼塊中提示用戶輸入用戶名，并將其存儲在文件中，以便程序再次運行時能夠獲取它：

import json
filename = 'username.json'
try:
    with open(filename) as f_obj:
        username = json.load(f_obj)
except FileNotFoundError:
    username = input("What is your name? ")
    with open(filename, 'w') as f_obj:
        json.dump(username, f_obj)
        print("We'll remember you when you come back, " + username + "!")
else:
    print("Welcome back, " + username + "!")

無論執(zhí)行的是except代碼塊還是else代碼塊，都將顯示用戶名和合適的問候語。如果這個程序是首次運行，將輸出：

What is your name? Eric
We'll remember you when you come back, Eric!

否則，輸出將如下：

Welcome back, Eric!

這是程序至少運行了一次時的輸出。

（3）重構(gòu)

代碼能夠正確地運行，但可做進一步的改進——將代碼劃分為一系列完成具體工作的函數(shù)。這樣的過程被稱為重構(gòu)。重構(gòu)讓代碼更清晰、更易于理解、更容易擴展。
要重構(gòu)上述代碼，可將其大部分邏輯放到一個或多個函數(shù)中。

import json
def greet_user():
    filename = 'username.json'
    try:
        with open(filename) as f_obj:
            username = json.load(f_obj)
    except FileNotFoundError:
        username = input("What is your name? ")
        with open(filename, 'w') as f_obj:
            json.dump(username, f_obj)
            print("We'll remember you when you come back, " + username + "!")
    else:
        print("Welcome back, " + username + "!")

greet_user()

下面對該函數(shù)進行重構(gòu)，讓它不執(zhí)行這么多任務(wù)。先將獲取存儲的用戶名的代碼移到另一個函數(shù)中：

import json
def get_stored_username():
    filename = 'username.json'
    try:
        with open(filename) as f_obj:
            username = json.load(f_obj)
    except FileNotFoundError:
        return None
    else:
        return username

def greet_user():
    username = get_stored_username()
    if username:
        print("Welcome back, " + username + "!")
    else:
        filename = 'username.json'
        username = input("What is your name? ")
        with open(filename, 'w') as f_obj:
            json.dump(username, f_obj)
            print("We'll remember you when you come back, " + username + "!")

greet_user()

新增的函數(shù)目標明確，如果存儲了用戶名，這個函數(shù)就獲取并返回它；如果文件不存在，就返回None。這種做法很好：函數(shù)要么返回預(yù)期的值，要么返回None；這讓我們能夠使用函數(shù)的返回值做簡單的測試。
我們還可以將greet_user()中的另一個代碼塊提取出來。將沒有存儲用戶名時提示用戶輸入的代碼放在一個獨立的函數(shù)中：

import json
def get_stored_username():
    filename = 'username.json'
    try:
        with open(filename) as f_obj:
            username = json.load(f_obj)
    except FileNotFoundError:
        return None
    else:
        return username

def get_new_username():
    filename = 'username.json'
    username = input("What is your name? ")
    with open(filename, 'w') as f_obj:
        json.dump(username, f_obj)

def greet_user():
    username = get_stored_username()
    if username:
        print("Welcome back, " + username + "!")
    else:
        username = get_new_username()
        print("We'll remember you when you come back, " + username + "!")

greet_user()

在這最終的版本中，每個函數(shù)都執(zhí)行單一而清晰的任務(wù)。我們調(diào)用greet_user()，它打印一條合適的消息：要么歡迎老用戶回來，要么問候新用戶。為此，它首先調(diào)用get_stored_username()，這個函數(shù)只負責獲取存儲的用戶名，再在必要時調(diào)用get_new_username()，這個函數(shù)只負責獲取并存儲新用戶的用戶名。要編寫出清晰而易于維護和擴展的代碼，這種劃分工作必不可少。