第七章 文件、异常和模块

⭐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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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

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

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