讀取、寫入和 Python

編寫程序的最后一個基本步驟就是從文件讀取數(shù)據(jù)和把數(shù)據(jù)寫入文件。閱讀完這篇文章之后，可以在自己的 to-do 列表中加上檢驗(yàn)這個技能學(xué)習(xí)效果的任務(wù)。
簡單輸出

貫穿整個系列，一直用 print 語句寫入（輸出）數(shù)據(jù)，它默認(rèn)把表達(dá)式作為 string 寫到屏幕上（或控制臺窗口上）。清單 1 演示了這一點(diǎn)。清單 1 重復(fù)了第一個 Python 程序 “Hello, World!”，但是做了一些小的調(diào)整。
清單 1. 簡單輸出

            
>>> print "Hello World!"
Hello World!
>>> print "The total value is = $", 40.0*45.50
The total value is = $ 1820.0
>>> print "The total value = $%6.2f" % (40.0*45.50)
The total value = $1820.00
>>> myfile = file("testit.txt", 'w')
>>> print >> myfile, "Hello World!"
>>> print >> myfile, "The total value = $%6.2f" % (40.0*45.50)
>>> myfile.close()


          

正如這個示例演示的，用 print 語句寫入數(shù)據(jù)很容易。首先，示例輸出一個簡單的 string。然后創(chuàng)建并輸出復(fù)合的 string，這個字符串是用 string 格式化技術(shù)創(chuàng)建的。

但是，在這之后，事情發(fā)生了變化，與代碼以前的版本不同。接下來的一行創(chuàng)建 file 對象，傳遞進(jìn)名稱 "testit.txt" 和 'w' 字符（寫入文件）。然后使用修改過的 print 語句 ―― 兩個大于號后邊跟著容納 file 對象的變量 ―― 寫入相同的 string。但是這一次，數(shù)據(jù)不是在屏幕上顯示。很自然的問題是：數(shù)據(jù)去哪兒了？而且，這個 file 對象是什么？

第一個問題很容易回答。請查找 testit.txt 文件，并像下面那樣顯示它的內(nèi)容。

            
% more testit.txt 
Hello World!
The total value = $1820.00


          

可以看到，數(shù)據(jù)被準(zhǔn)確地寫入文件，就像以前寫到屏幕上一樣。

現(xiàn)在，請注意清單 1 中的最后一行，它調(diào)用 file 對象的 close 方法。在 Python 程序中這很重要，因?yàn)樵谀J(rèn)情況下，文件輸入和輸出是緩沖的；在調(diào)用 print 語句時(shí)，數(shù)據(jù)實(shí)際未被寫入；相反，數(shù)據(jù)是成批寫入的。讓 Python 把數(shù)據(jù)寫入文件的最簡單方式就是顯式地調(diào)用 close 方法。
文件對象

file 是與計(jì)算機(jī)上的文件進(jìn)行交互的基本機(jī)制。可以用 file 對象讀取數(shù)據(jù)、寫入數(shù)據(jù)或把數(shù)據(jù)添加到文件，以及處理二進(jìn)制或文本數(shù)據(jù)。

學(xué)習(xí) file 對象的最簡單方法就是閱讀幫助，如清單 2 所示。
清單 2. 得到 file 對象的幫助

            
>>> help(file)
Help on class file in module __builtin__:
class file(object)
 | file(name[, mode[, buffering]]) -> file object
 | 
 | Open a file. The mode can be 'r', 'w' or 'a' for reading (default),
 | writing or appending. The file will be created if it doesn't exist
 | when opened for writing or appending; it will be truncated when
 | opened for writing. Add a 'b' to the mode for binary files.
 | Add a '+' to the mode to allow simultaneous reading and writing.
 | If the buffering argument is given, 0 means unbuffered, 1 means line
 | buffered, and larger numbers specify the buffer size.
 | Add a 'U' to mode to open the file for input with universal newline
 | support. Any line ending in the input file will be seen as a '\n'
 | in Python. Also, a file so opened gains the attribute 'newlines';
 | the value for this attribute is one of None (no newline read yet),
 | '\r', '\n', '\r\n' or a tuple containing all the newline types seen.
 | 
 | 'U' cannot be combined with 'w' or '+' mode.
 | 
 | Note: open() is an alias for file().
 | 
 | Methods defined here:
...


          

正如幫助工具指出的，使用 file 對象很簡單。用 file 構(gòu)造函數(shù)或 open 方法創(chuàng)建 file 對象，open 是 file 構(gòu)造函數(shù)的別名。第二個參數(shù)是可選的，它指定文件的使用方式：

• ??? 'r' （默認(rèn)值）表示從文件讀取數(shù)據(jù)。
• ??? 'w' 表示要向文件寫入數(shù)據(jù)，并截?cái)嘁郧暗膬?nèi)容。
• ??? 'a' 表示要向文件寫入數(shù)據(jù)，但是添加到當(dāng)前內(nèi)容尾部。
• ??? 'r+' 表示對文件進(jìn)行讀寫操作（刪除以前的所有數(shù)據(jù)）。
• ??? 'r+a' 表示對文件進(jìn)行讀寫操作（添加到當(dāng)前內(nèi)容尾部）。
• ??? 'b' 表示要讀寫二進(jìn)制數(shù)據(jù)。

這篇文章的第一個代碼清單向文件寫入數(shù)據(jù)。現(xiàn)在，清單 3 顯示如何把這個數(shù)據(jù)讀入 Python 程序，并解析文件的內(nèi)容。
清單 3. 從文件讀取數(shù)據(jù)

            
>>> myfile = open("testit.txt")
>>> myfile.read()
'Hello World!\nThe total value = $1820.00\n'
>>> str = myfile.read()
>>> print str
>>> myfile.seek(0)
>>> str = myfile.read()
>>> print str
Hello World!
The total value = $1820.00
>>> str.split()
['Hello', 'World!', 'The', 'total', 'value', '=', '$1820.00']
>>> str.split('\n')
['Hello World!', 'The total value = $1820.00', '']
>>> for line in str.split('\n'):
...   print line
... 
Hello World!
The total value = $1820.00
>>> myfile.close()


          

要讀取數(shù)據(jù)，首先要創(chuàng)建合適的 file 對象 ―― 在這個示例中，文件對象打開 testit.txt 文件，并用 read 方法讀取內(nèi)容。這個方法把整個文件讀入一個 string，然后在程序中把這個字符串輸出到控制臺。在對 read 方法的第二個調(diào)用中，試圖把值分配給 str 變量，結(jié)果返回一個空的 string。這是因?yàn)榈谝粋€ read 操作讀入了整個文件。當(dāng)試圖再次讀取內(nèi)容時(shí)，已經(jīng)到了文件末尾，所以什么也讀不到。

這個問題的解決方案也很簡單：讓 file 對象返回文件的開頭。回到開頭要通過 seek 方法進(jìn)行，它接受一個參數(shù)，表示要從文件中的什么位置開始讀取或?qū)懭耄ɡ纾? 代表文件開頭）。seek 方法支持更復(fù)雜的操作，但是可能會有危險(xiǎn)。對于目前來說，我們還堅(jiān)持采用簡單方式。

現(xiàn)在回到了文件的開始之處，可以把文件內(nèi)容讀入 string 變量并對 string 做適當(dāng)?shù)亟馕觥Ｕ堊⒁猓谖募校兄g用新行（或行結(jié)束）字符區(qū)分。如果試著在 string 上調(diào)用 split 方法，它會在空白字符（例如空格）處進(jìn)行拆分。為了讓方法根據(jù)新行字符拆分各行，必須顯式地指定新行字符。然后可以拆分 string 并在 for 循環(huán)中對文件的行進(jìn)行迭代。

看起來僅僅從文件中讀取和處理一行內(nèi)容都有許多工作要做。Python 要讓簡單的事情變?nèi)菀祝阅赡芟胫肋@個任務(wù)有沒有快捷方式可用。如清單 4 所示，答案是 yes。
清單 4. 讀取和解析行

            
>>> myfile = open("testit.txt")
>>> for line in myfile.readlines():
...   print line
... 
Hello World!
The total value = $1820.00
>>> myfile.close()
>>> for line in open("testit.txt").readlines():
...   print line
... 
Hello World!
The total value = $1820.00
>>> for line in open("testit.txt"):
...   print line
... 
Hello World!
The total value = $1820.00


          

清單 4 演示了讀取和解析文本文件行的三種技術(shù)。首先，打開文件并把它分配給變量。然后調(diào)用 readlines 方法，把整個文件讀入內(nèi)存并把內(nèi)容拆分成 string 列表。for 循環(huán)在 string 列表上進(jìn)行迭代，一次輸出一行。

第二個 for 循環(huán)通過使用 file 對象的隱式變量（也就是說，變量不是顯式創(chuàng)建的），對這個過程稍做了點(diǎn)兒簡化。打開文件和讀取文件內(nèi)容一次完成，生成的效果與第一個顯式示例相同。最后一個示例進(jìn)一步做了簡化，并演示了直接在 file 對象上進(jìn)行迭代的能力（請注意，這是 Python 的一個新特性，所以在您的計(jì)算機(jī)上可能無法工作）。在這個示例中，創(chuàng)建隱式 file 對象，然后 Python 做余下的工作，允許對文件中的全部行進(jìn)行迭代。

但是，有些時(shí)候，在從文件讀取數(shù)據(jù)時(shí)，可能想要更好的控制級別。在這種情況下，應(yīng)當(dāng)使用 readline 方法，如清單 5 所示。
清單 5. 讀取數(shù)據(jù)

            
>>> myfile = open("testit.txt")
>>> myfile.readline()
'Hello World!\n'
>>> myfile.readline()
'The total value = $1820.00\n'
>>> myfile.readline()
''
>>> myfile.seek(0)
>>> myfile.readline()
'Hello World!\n'
>>> myfile.tell()
13L
>>> myfile.readline()
'The total value = $1820.00\n'
>>> myfile.tell()
40L
>>> myfile.readline()
''
>>> myfile.tell()
40L
>>> myfile.seek(0)
>>> myfile.read(17)
'Hello World!\nThe '
>>> myfile.seek(0)
>>> myfile.readlines(23)
['Hello World!\n', 'The total value = $1820.00\n']
>>> myfile.close()


          

這個示例演示了如何在文件中移動，一次讀取一行，或者顯式地用 seek 方法移動文件位置指示器。首先，用 readline 方法在文件行中移動。當(dāng)?shù)竭_(dá)文件末尾時(shí)，readline 方法返回一個空的 string。在過了文件末尾之后，如果還用這種方式繼續(xù)讀取，并不會造成錯誤，只會返回空的 string。

然后返回文件開始的地方，并讀取另一行。 tell 方法顯示出在文件中的當(dāng)前位置（應(yīng)當(dāng)在第一行文本之后） ―― 在這個示例中，在第 13 個字符位置。通過使用這個知識，可以向 read 或readline 方法傳遞一個參數(shù)，控制讀取的字符數(shù)。對于 read 方法，這個參數(shù)（在這個示例中是 17）是要從文件中讀取的字符數(shù)。但是 readline 方法在讀入指定數(shù)量的字符后，還會繼續(xù)讀取，直到行尾。在這個示例中，它讀取第一行和第二行文本。
寫入數(shù)據(jù)

迄今為止的示例都側(cè)重于讀取數(shù)據(jù)，而不是寫入數(shù)據(jù)。但是如清單 6 所示，一旦了解了使用 file 對象的基礎(chǔ)知識，寫入也很容易。
清單 6. 寫入數(shù)據(jù)

            
>>> mydata = ['Hello World!', 'The total value = $1820.00']
>>> myfile = open('testit.txt', 'w')
>>> for line in mydata:
...   myfile.write(line + '\n')
... 
>>> myfile.close()
>>> myfile = open("testit.txt")
>>> myfile.read()
'Hello World!\nThe total value = $1820.00\n'
>>> myfile.close()
>>> myfile = open("testit.txt", "r+")
>>> for line in mydata:
...   myfile.write(line + '\n')
... 
>>> myfile.seek(0)
>>> myfile.read()
'Hello World!\nThe total value = $1820.00\n'
>>> myfile.close()
>>> myfile = open("testit.txt", "r+a")
>>> myfile.read()
'Hello World!\nThe total value = $1820.00\n'
>>> for line in mydata:
...   myfile.write(line + '\n')
... 
>>> myfile.seek(0)
>>> myfile.read()
'Hello World!\nThe total value = $1820.00\nHello World!\nThe total value = $1820.00\n'
>>> myfile.close()


          

要把數(shù)據(jù)寫入文件，必須先創(chuàng)建 file 對象。但是，在這情況下，必須用 'w' 模式標(biāo)記指定要寫入文件。在這個示例中，把 mydata list 的內(nèi)容寫入文件，關(guān)閉文件，然后重新打開文件，這樣就可以讀取內(nèi)容了。

但是，通常情況下，想要同時(shí)讀取文件和寫入文件，所以這個示例的下一部分用 'r+' 模式重新打開文件。因?yàn)槟軌驅(qū)懭胛募皇翘砑樱晕募唤財(cái)唷Ｊ紫龋?mydata list 的內(nèi)容寫入文件，然后把文件指針重新定位到文件開頭，并讀入內(nèi)容。然后這個示例關(guān)閉文件，并用讀取和添加模式 "r+a" 重新打開文件。正如示例代碼所示，文件內(nèi)容現(xiàn)在是兩個寫入操作的結(jié)果（文本是重復(fù)的）。
處理二進(jìn)制數(shù)據(jù)

前面所有的示例都處理文本數(shù)據(jù)或字符數(shù)據(jù)：寫入和讀取字符 string。但是，在某些情況下，例如在處理整數(shù)或壓縮文件時(shí)，需要能夠讀取和寫入二進(jìn)制數(shù)據(jù)。在創(chuàng)建 file 對象時(shí)，通過把 'b' 添加到文件模式中，可以很容易地用 Python 處理二進(jìn)制數(shù)據(jù)，如清單 7 所示。
清單 7. 處理二進(jìn)制數(shù)據(jù)

            
>>> myfile = open("testit.txt", "wb")
>>> for c in range(50, 70):
...   myfile.write(chr(c))
... 
>>> myfile.close()
>>> myfile = open("testit.txt")
>>> myfile.read()
'23456789:;<=>?@ABCDE'
>>> myfile.close()


          

在這個示例中，創(chuàng)建一個合適的 file 對象，然后用從 50 到 69 的 ASCII 值寫入二進(jìn)制字符。使用 chr 方法，把 range 方法調(diào)用創(chuàng)建的整數(shù)轉(zhuǎn)變成字符。在寫完所有數(shù)據(jù)之后，關(guān)閉文件并重新打開文件進(jìn)行讀取，還是使用二進(jìn)制模式標(biāo)記。讀取文件可以證明沒有把整數(shù)寫入文件，相反，寫的是字符值。

在讀取和寫入二進(jìn)制數(shù)據(jù)時(shí)，必須小心，因?yàn)椴煌钠脚_用不同的方式保存二進(jìn)制數(shù)據(jù)。如果必須處理二進(jìn)制數(shù)據(jù)，最好是使用來自 Python 庫的合適對象（或者來自第三方開發(fā)人員的對象）。

讀取和寫入：最有趣的地方

這篇文章討論了在 Python 程序中如何從文件讀取數(shù)據(jù)和寫入數(shù)據(jù)到文件中。總體來說，過程很簡單：創(chuàng)建合適的 file 對象，然后按照需要讀取和寫入。但是，在使用寫入模式創(chuàng)建 file 文件，向文件寫入數(shù)據(jù)時(shí)，必須注意文件的截?cái)唷Ｈ绻枰蛭募刑砑訑?shù)據(jù)，應(yīng)當(dāng)在創(chuàng)建 file 對象時(shí)，使用添加模式。