Python基础(七) | 文件、异常以及模块详解

⭐本专栏旨在对Python的基础语法进行详解,精炼地总结语法中的重点,详解难点,面向零基础及入门的学习者,通过专栏的学习可以熟练掌握python编程,同时为后续的数据分析,机器学习及深度学习的代码能力打下坚实的基础。

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Python基础(七) | 文件、异常以及模块详解

实际应用中,我们绝大多数的数据都是通过文件的交互完成的

7.1 文件的读写

7.1.1 文件的打开

  • 文件的打开通用格式,推荐使用with,因为如果不用with的话就需要考虑close的操作
with open("文件路径", "打开模式", encoding = "操作文件的字符编码") as f:
"对文件进行相应的读写操作"
# 使用with 块的好处:执行完毕后,自动对文件进行close操作。

【例1】一个简单的文件读取

with open("E:ipython测试文件.txt", "r", encoding = "gbk") as f:     # 第一步:打开文件
text = f.read() # 第二步:读取文件
print(text)
我是一个测试文件

1、文件路径

  • 完整路径,如上例所示
  • 程序与文件在同一文件夹,可简化成文件名
with open("测试文件.txt", "r", encoding = "gbk") as f:     # 第一步:打开文件
text = f.read() # 第二步:读取文件
print(text)
我是一个测试文件

2、打开模式

  • "r"  只读模式,如文件不存在,报错
  • "w" 覆盖写模式,如文件不存在,则创建;如文件存在,则完全覆盖原文件
  • "x" 创建写模式,如文件不存在,则创建;如文件存在,报错
  • "a"  追加写模式,如文件不存在,则创建;如文件存在,则在原文件后追加内容
  • "b" 二进制文件模式,不能单独使用,需要配合使用如"rb","wb","ab",该模式不需指定encoding
  • "t" 文本文件模式,默认值,需配合使用 如"rt","wt","at",一般省略,简写成如"r","w","a"
  • "+",与"r","w","x","a"配合使用,在原功能基础上,增加读写功能
  • 打开模式缺省,默认为只读模式

3、字符编码

  • 万国码 utf-8

包含全世界所有国家需要用到的字符

  • 中文编码 gbk

专门解决中文编码问题

  • windows系统下,如果缺省,则默认为gbk(所在区域的编码)
  • 为清楚起见,除了处理二进制文件,建议不要缺省encoding

7.1.2 文件的读取

1、读取整个内容——f.read()

with open("三国演义片头曲_utf.txt", "r", encoding="utf-8") as f:       # 第一步:打开文件
text = f.read() # 第二步:读取文件
print(text)
临江仙·滚滚长江东逝水
滚滚长江东逝水,浪花淘尽英雄。
是非成败转头空。
青山依旧在,几度夕阳红。
白发渔樵江渚上,惯看秋月春风。
一壶浊酒喜相逢。
古今多少事,都付笑谈中。

with open("三国演义片头曲_utf.txt", encoding="utf-8") as f:     # "r",可缺省,为清晰起见,最好写上
text = f.read()
print(text)
临江仙·滚滚长江东逝水
滚滚长江东逝水,浪花淘尽英雄。
是非成败转头空。
青山依旧在,几度夕阳红。
白发渔樵江渚上,惯看秋月春风。
一壶浊酒喜相逢。
古今多少事,都付笑谈中。

  • 解码模式不匹配
with open("三国演义片头曲_utf.txt", "r", encoding="gbk") as f:     
text = f.read()
print(text)
---------------------------------------------------------------------------

UnicodeDecodeError Traceback (most recent call last)

<ipython-input-6-8e9ea685585d> in <module>
1 with open("三国演义片头曲_utf.txt", "r", encoding="gbk") as f:
----> 2 text = f.read()
3 print(text)
UnicodeDecodeError: 'gbk' codec can't decode byte 0x80 in position 50: illegal multibyte sequence
with open("三国演义片头曲_utf.txt", "r") as f:     # encoding缺省,windows系统默认为"gbk"
text = f.read()
print(text)
---------------------------------------------------------------------------

UnicodeDecodeError Traceback (most recent call last)

<ipython-input-7-480622bc01aa> in <module>
1 with open("三国演义片头曲_utf.txt", "r") as f: # encoding缺省,windows系统默认为"gbk"
----> 2 text = f.read()
3 print(text)
UnicodeDecodeError: 'gbk' codec can't decode byte 0x80 in position 50: illegal multibyte sequence

2、逐行进行读取——f.readline()

with open("三国演义片头曲_gbk.txt", "r", encoding="gbk") as f:     
for i in range(3):
text = f.readline() # 每次只读取一行
print(text)
临江仙·滚滚长江东逝水

滚滚长江东逝水,浪花淘尽英雄。

是非成败转头空。

with open("三国演义片头曲_gbk.txt", "r", encoding="gbk") as f:     
while True:
text = f.readline()
if not text:
# print(text is "")
break
else:
# print(text == "n") # 换行符不会被判定为空
print(text, end="") # 保留原文的换行,使print()的换行不起作用,因为print本身也是带有一个换行作用的
临江仙·滚滚长江东逝水
滚滚长江东逝水,浪花淘尽英雄。
是非成败转头空。

青山依旧在,几度夕阳红。
白发渔樵江渚上,惯看秋月春风。
一壶浊酒喜相逢。
古今多少事,都付笑谈中。

3、读入所有行,以每行为元素形成一个列表——f.readlines()

with open("三国演义片头曲_gbk.txt", "r", encoding="gbk") as f:
text = f.readlines() # 注意每行末尾有换行符
print(text)
['临江仙·滚滚长江东逝水n', '滚滚长江东逝水,浪花淘尽英雄。n', '是非成败转头空。n', 'n', '青山依旧在,几度夕阳红。n', '白发渔樵江渚上,惯看秋月春风。n', '一壶浊酒喜相逢。n', '古今多少事,都付笑谈中。n']
with open("三国演义片头曲_gbk.txt", "r", encoding="gbk") as f:     
for text in f.readlines():
print(text) # 不想换行则用print(text, end="")
临江仙·滚滚长江东逝水

滚滚长江东逝水,浪花淘尽英雄。

是非成败转头空。

青山依旧在,几度夕阳红。 白发渔樵江渚上,惯看秋月春风。

一壶浊酒喜相逢。

古今多少事,都付笑谈中。

4、文本文件读取小结

文件比较大时,read()和readlines()占用内存过大,不建议使用

readline用起来又不太方便

with open("三国演义片头曲_gbk.txt", "r", encoding="gbk") as f:     
for text in f: # f本身就是一个可迭代对象,每次迭代读取一行内容
print(text)
临江仙·滚滚长江东逝水

滚滚长江东逝水,浪花淘尽英雄。

是非成败转头空。

青山依旧在,几度夕阳红。 白发渔樵江渚上,惯看秋月春风。

一壶浊酒喜相逢。

古今多少事,都付笑谈中。

5、二进制文件

图片:二进制文件

with open("test.jpg", "rb") as f:     
print(len(f.readlines()))
69

7.1.3 文件的写入

1、向文件写入一个字符串或字节流(二进制)——f.write()

with open("恋曲1980.txt", "w", encoding="utf-8") as f:                      
f.write("你曾经对我说n") # 文件不存在则立刻创建一个
f.write("你永远爱着我n") # 如需换行,末尾加换行符n,文件会在第二行进行写入
f.write("爱情这东西我明白n")
f.write("但永远是什么n")

2、追加模式——"a"

with open("恋曲1980.txt", "a", encoding="utf-8") as f:                      
f.write("姑娘你别哭泣n") # 如果文件存在,新写入内容会覆盖掉原内容,一定要注意!!!
f.write("我俩还在一起n")
f.write("今天的欢乐n")
f.write("将是明天创痛的回忆n")

3、将一个元素为字符串的列表整体写入文件——f.writelines()

ls = ["春天刮着风", "秋天下着雨", "春风秋雨多少海誓山盟随风远去"]
with open("恋曲1980.txt", "w", encoding="utf-8") as f:
f.writelines(ls)
ls = ["春天刮着风n", "秋天下着雨n", "春风秋雨多少海誓山盟随风远去n"]
with open("恋曲1980.txt", "w", encoding="utf-8") as f:
f.writelines(ls)

7.1.4 既读又写

1、"r+"

  • 如果文件名不存在,则报错
  • 指针在开始
  • 要把指针移到末尾才能开始写,否则会覆盖前面内容
with open("浪淘沙_北戴河.txt", "r+", encoding="gbk") as f:
# for line in f:
# print(line) # 全部读一遍后,指针到达结尾
f.seek(0,2) # 或者可以将指针移到末尾f.seek(偏移字节数,位置(0:开始;1:当前位置;2:结尾))
text = ["萧瑟秋风今又是,n", "换了人间。n"]
f.writelines(text)

2、"w+"

  • 若文件不存在,则创建
  • 若文件存在,会立刻清空原内容!!!
with open("浪淘沙_北戴河.txt", "w+", encoding="gbk") as f:
pass
with open("浪淘沙_北戴河.txt", "w+", encoding="gbk") as f:
text = ["萧瑟秋风今又是,n", "换了人间。n"] # 清空原内容
f.writelines(text) # 写入新内容,指针在最后
f.seek(0,0) # 指针移到开始
print(f.read()) # 读取内容

3、"a+"

  • 若文件不存在,则创建
  • 指针在末尾,添加新内容,不会清空原内容
with open("浪淘沙_北戴河.txt", "a+", encoding="gbk") as f:
f.seek(0,0) # 指针移到开始
print(f.read()) # 读取内容
大雨落幽燕,
白浪滔天。
秦皇岛外打鱼船。
一片汪洋都不见,
知向谁边?
往事越千年,
魏武挥鞭,
东临碣石有遗篇。
萧瑟秋风今又是,
换了人间。
with open("浪淘沙_北戴河.txt", "a+", encoding="gbk") as f:
text = ["萧瑟秋风今又是,n", "换了人间。n"]
f.writelines(text) # 指针在最后,追加新内容,
f.seek(0,0) # 指针移到开始
print(f.read()) # 读取内容
大雨落幽燕,
白浪滔天。
秦皇岛外打鱼船。
一片汪洋都不见,
知向谁边?
往事越千年,
魏武挥鞭,
东临碣石有遗篇。
萧瑟秋风今又是,
换了人间。
萧瑟秋风今又是,
换了人间。

7.1.5 数据的存储与读取

通用的数据格式,可以在不同语言中加载和存储

本节简单了解两种数据存储结构csv和json

1、csv格式

由逗号将数据分开的字符序列,可以由excel打开

  • 读取
with open("成绩.csv", "r", encoding="gbk") as f:
ls = []
for line in f: # 逐行读取
ls.append(line.strip("n").split(",")) # 去掉每行的换行符,然后用“,”进行分割
for res in ls:
print(res)
['编号', '数学成绩', '语文成绩']
['1', '100', '98']
['2', '96', '99']
['3', '97', '95']
  • 写入
ls = [['编号', '数学成绩', '语文成绩'], ['1', '100', '98'], ['2', '96', '99'], ['3', '97', '95']]
with open("score.csv", "w", encoding="gbk") as f: # encoding="utf-8"中文出现乱码
for row in ls: # 逐行写入
f.write(",".join(row)+"n") # 用逗号组合成字符串形式,末尾加换行符

也可以借助csv模块完成上述操作

2、json格式

常被用来存储字典类型

  • 写入——dump()
import json

scores = {"Petter":{"math":96 , "physics": 98},
"Paul":{"math":92 , "physics": 99},
"Mary":{"math":98 , "physics": 97}}
with open("score.json", "w", encoding="utf-8") as f: # 写入整个对象
# indent 表示字符串换行+缩进 ensure_ascii=False 显示中文
json.dump(scores, f, indent=4, ensure_ascii=False)
  • 读取——load()
with open("score.json", "r", encoding="utf-8") as f:                                         
scores = json.load(f) # 加载整个对象
for k,v in scores.items():
print(k,v)
Petter {'math': 96, 'physics': 98}
Paul {'math': 92, 'physics': 99}
Mary {'math': 98, 'physics': 97}

7.2 异常处理

Python基础(七) | 文件、异常以及模块详解

7.2.1 常见异常的产生

1、除0运算——ZeroDivisionError

1/0
---------------------------------------------------------------------------

ZeroDivisionError Traceback (most recent call last)

<ipython-input-1-9e1622b385b6> in <module>
----> 1 1/0
ZeroDivisionError: division by zero

2、找不到可读文件——FileNotFoundError

with open("nobody.csv") as f:
pass
---------------------------------------------------------------------------

FileNotFoundError Traceback (most recent call last)

<ipython-input-2-f2e8c7d0ac60> in <module>
----> 1 with open("nobody.csv") as f:
2 pass
FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: 'nobody.csv'

3、值错误——ValueError

传入一个调用者不期望的值,即使这个值的类型是正确的

s = "1.3"
n = int(s)
---------------------------------------------------------------------------

ValueError Traceback (most recent call last)

<ipython-input-8-69942d9db3c0> in <module>
1 s = "1.3"
----> 2 n = int(s)
ValueError: invalid literal for int() with base 10: '1.3'

4、索引错误——IndexError

下标超出序列边界

ls = [1, 2, 3]
ls[5]
---------------------------------------------------------------------------

IndexError Traceback (most recent call last)

<ipython-input-9-acf459124b52> in <module>
1 ls = [1, 2, 3]
----> 2 ls[5]
IndexError: list index out of range

5、类型错误——TypeError

传入对象类型与要求不符

1 + "3"
---------------------------------------------------------------------------

TypeError Traceback (most recent call last)

<ipython-input-10-ee505dc42f75> in <module>
----> 1 1 + "3"
TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'int' and 'str'

6、其他常见的异常类型

NameError 使用一个未被定义的变量KeyError 试图访问字典里不存在的键。。。

print(a)
---------------------------------------------------------------------------

NameError Traceback (most recent call last)

<ipython-input-11-bca0e2660b9f> in <module>
----> 1 print(a)
NameError: name 'a' is not defined
d = {}
d["1"]
---------------------------------------------------------------------------

KeyError Traceback (most recent call last)

<ipython-input-12-e629d551aca0> in <module>
1 d = {}
----> 2 d["1"]
KeyError: '1'

当异常发生的时候,如果不预先设定处理方法,程序就会中断

7.2.2 异常的处理

提高程序的稳定性和可靠性

1、try_except

  • 如果try内代码块顺利执行,except不被触发
  • 如果try内代码块发生错误,触发except,执行except内代码块
  • 单分支
x = 10
y = 0
try:
z = x/y
except ZeroDivisionError: # 一般来说会预判到出现什么错误
# z = x/(y+1e-7)
# print(z)
print("0不可以被除!")
0不可以被除!
x = 10
y = 0
try:
z = x/y
except NameError: # 一般来说会预判到出现什么错误
# z = x/(y+1e-7)
# print(z)
print("0不可以被除!")
---------------------------------------------------------------------------

ZeroDivisionError Traceback (most recent call last)

<ipython-input-14-aea58863ad72> in <module>
2 y = 0
3 try:
----> 4 z = x/y
5 except NameError: # 一般来说会预判到出现什么错误
6 # z = x/(y+1e-7)
ZeroDivisionError: division by zero
  • 多分支
ls = []
d = {"name": "timerring"}
try:
y = m
# ls[3]
# d["age"]
except NameError:
print("变量名不存在")
except IndexError:
print("索引超出界限")
except KeyError:
print("键不存在")
变量名不存在
  • 万能异常 Exception (所有错误的老祖宗)
ls = []
d = {"name": "大杰仔"}
try:
# y = m
ls[3]
# d["age"]
except Exception:
print("出错啦")
出错啦
  • 捕获异常的值 as
ls = []
d = {"name": "大杰仔"}
# y = x
try:
y = m
# ls[3]
# d["age"]
except Exception as e: # 虽不能获得错误具体类型,但可以获得错误的原因
print(e)
name 'm' is not defined

2、try_except_else

  • 如果try 模块执行,则else模块也执行

可以将else 看做try成功的额外奖赏

try:
with open("浪淘沙_北戴河.txt") as f:
text = f.read()
except FileNotFoundError:
print("找不到该文件,ta是不是用了美颜?")
else:
for s in ["n", ",", "。", "?"]: # 去掉换行符和标点符号
text = text.replace(s, "")
print("毛主席的名作《浪淘沙_北戴河》共由{}个字组成。".format(len(text)))
毛主席的名作《浪淘沙_北戴河》共由65个字组成。

3、try_except_finally

  • 不论try模块是否执行,finally最后都执行
ls = []
d = {"name": "大杰仔"}
# y = x
try:
y = m
# ls[3]
# d["age"]
except Exception as e: # 虽不能获得错误具体类型,但可以获得错误的值
print(e)
finally:
print("不论触不触发异常,都将执行")
name 'm' is not defined
不论触不触发异常,都将执行

7.3 模块简介

Python基础(七) | 文件、异常以及模块详解

已经被封装好

无需自己再“造轮子”

声明导入后,拿来即用

7.3.1 广义模块分类

1、Python 内置

 时间库time  随机库random  容器数据类型collection  迭代器函数itertools

2、第三方库

 数据分析numpy、pandas  数据可视化matplotlib  机器学习scikit-learn  深度学习Tensorflow

3、自定义文件

  • 单独py文件
  • 包——它包含多个py文件
# 文件夹内多个py文件,再加一个__init__.py文件(内容可为空)

7.3.2 模块的导入

1、导入整个模块——import 模块名

  • 调用方式:模块名.函数名或类名
import time

start = time.time() # 调用time模块中的time()
time.sleep(3) # 调用time模块中的sleep() 休息3秒钟
end = time.time()
print("程序运行用时:{:.2f}秒".format(end-start))
程序运行用时:3.00秒
import fun1

fun1.f1()
导入fun1成功

2、从模块中导入类或函数——from 模块 import 类名或函数名

  • 调用方式:函数名或类名
from itertools import product   # 这种情况可以直接使用函数名进行使用,无需加上前面的模块名了

ls = list(product("AB", "123"))
print(ls)
[('A', '1'), ('A', '2'), ('A', '3'), ('B', '1'), ('B', '2'), ('B', '3')]
from function.fun1 import f1         # 注意这种用法

f1()
导入fun1成功

一次导入多个

from function import fun1, fun2

fun1.f1()
fun2.f2()
导入fun1成功
导入fun2成功

3、导入模块中所有的类和函数——from 模块 import *

  • 调用方式:函数名或类名
from random import * # 通配符导入所有的文件,这样可以使用不用加模块名前缀

print(randint(1,100)) # 产生一个[1,100]之间的随机整数
print(random()) # 产生一个[0,1)之间的随机小数
36
0.6582485822110181

7.3.3 模块的查找路径

模块搜索查找顺序:

  • 1、优先内存中已经加载的模块
import fun1

fun1.f1()
导入fun1成功
# 删除硬盘上的fun1 文件
import fun1

fun1.f1()
导入fun1成功
# 修改硬盘上的fun1 文件
import fun1

fun1.f1()
# 居然没变,说明是优先从内存中读取的
导入fun1成功
  • 2、内置模块
# Python 启动时,解释器会默认加载一些 modules 存放在sys.modules中
# sys.modules 变量包含一个由当前载入(完整且成功导入)到解释器的模块组成的字典, 模块名作为键, 它们的位置作为值
import sys

print(len(sys.modules))
print("math" in sys.modules)
print("numpy" in sys.modules)
for k,v in list(sys.modules.items())[:20]:
print(k, ":", v)
738
True
False
sys : <module 'sys' (built-in)>
builtins : <module 'builtins' (built-in)>
_frozen_importlib : <module 'importlib._bootstrap' (frozen)>
_imp : <module '_imp' (built-in)>
_thread : <module '_thread' (built-in)>
_warnings : <module '_warnings' (built-in)>
_weakref : <module '_weakref' (built-in)>
zipimport : <module 'zipimport' (built-in)>
_frozen_importlib_external : <module 'importlib._bootstrap_external' (frozen)>
_io : <module 'io' (built-in)>
marshal : <module 'marshal' (built-in)>
nt : <module 'nt' (built-in)>
winreg : <module 'winreg' (built-in)>
encodings : <module 'encodings' from 'C:\Users\ibm\Anaconda3\lib\encodings\__init__.py'>
codecs : <module 'codecs' from 'C:\Users\ibm\Anaconda3\lib\codecs.py'>
_codecs : <module '_codecs' (built-in)>
encodings.aliases : <module 'encodings.aliases' from 'C:\Users\ibm\Anaconda3\lib\encodings\aliases.py'>
encodings.utf_8 : <module 'encodings.utf_8' from 'C:\Users\ibm\Anaconda3\lib\encodings\utf_8.py'>
_signal : <module '_signal' (built-in)>
__main__ : <module '__main__'>
  • 3、sys.path路径中包含的模块
import sys

sys.path
['E:\ipython',
'C:\Users\ibm\Anaconda3\python37.zip',
'C:\Users\ibm\Anaconda3\DLLs',
'C:\Users\ibm\Anaconda3\lib',
'C:\Users\ibm\Anaconda3',
'',
'C:\Users\ibm\AppData\Roaming\Python\Python37\site-packages',
'C:\Users\ibm\Anaconda3\lib\site-packages',
'C:\Users\ibm\Anaconda3\lib\site-packages\win32',
'C:\Users\ibm\Anaconda3\lib\site-packages\win32\lib',
'C:\Users\ibm\Anaconda3\lib\site-packages\Pythonwin',
'C:\Users\ibm\Anaconda3\lib\site-packages\IPython\extensions',
'C:\Users\ibm\.ipython']
  • sys.path的第一个路径是当前执行文件所在的文件夹
  • 若需将不在该文件夹内的模块导入,需要将模块的路径添加到sys.path
# import fun3
import sys

sys.path.append("C:\Users\ibm\Desktop") # 注意是双斜杠

import fun3

fun3.f3()
导入fun3成功
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