3.5 Python文件与异常#

学习目标#

知道什么是文件
掌握文件的读写基本操作
知道with open()语句的特点
掌握Python异常处理方式
学会使用debug断点调试

一、文件的概念#

学习目标#

理解文件的相关概述
理解文件的作用

1 什么是文件#

内存中存放的数据在计算机关机后就会消失。要长久保存数据，就要使用硬盘、光盘、U 盘等设备。为了便于数据的管理和检索，引入了==“文件”==的概念。一篇文章、一段视频、一个可执行程序，都可以被保存为一个文件，并赋予一个文件名。操作系统以文件为单位管理磁盘中的数据。一般来说，文件可分为文本文件、视频文件、音频文件、图像文件、可执行文件等多种类别。

2 思考：文件操作包含哪些内容呢？#

在日常操作中，我们对文件的主要操作：创建文件、打开文件、文件读写、文件备份等等

3 文件操作的作用#

文件操作的作用就是==把一些内容(数据)存储存放起来==，可以让程序下一次执行的时候直接使用，而不必重新制作一份，省时省力。

小结#

Q1: 文件操作包括哪些内容?

打开文件
读写操作
关闭文件

二、文件的基本操作#

学习目标#

掌握绝对路径和相对路径的写法
掌握文件的读取相关操作
掌握文件的写入相关操作

1 open函数打开文件#

在Python，使用open()函数，可以打开一个已经存在的文件，或者创建一个新文件，语法如下：

    f = open(name, mode)
    注：返回的结果是一个file文件对象（后续会学习，只需要记住，后续方法都是f.方法()）

name：是要打开的目标文件名的字符串(可以包含文件所在的具体路径)。 mode：设置打开文件的模式(访问模式)：只读r、写入w、追加a等。

r模式：代表以只读模式打开一个已存在的文件，后续我们对这个文件只能进行读取操作。如果文件不存在，则直接报错。另外，r模式在打开文件时，会将光标放在文件的第一行（开始位置）。 w模式：代表以只写模式打开一个文件，文件不存在，则自动创建该文件。w模式主要是针对文件写入而定义的模式。但是，要特别注意，w模式在写入时，光标也是置于第一行同时还会清空原有文件内容。 a模式：代表以追加模式打开一个文件，文件不存在，则自动创建该文件。a模式主要也是针对文件写入而定义模式。但是和w模式有所不同，a模式不会清空文件的原有内容，而是在文件的尾部追加内容。文件路径：① 绝对路径 ② 相对路径 ① 绝对路径：绝对路径表示绝对概念，一般都是从盘符开始，然后一级一级向下查找（不能越级），直到找到我们要访问的文件即可。比如访问C盘路径下的Python文件夹下面的python.txt文件，其完整路径：

    Windows
    C:\Python\python.txt
    Linux
    /usr/local/nginx/conf/nginx.conf

绝对路径一般路径固定了，文件就不能进行移动，另外在迁移过程中会比较麻烦。 ② 相对路径：相对路径表示相对概念，不需要从盘符开始，首先需要找到一个参考点（就是Python文件本身）同级关系：我们要访问的文件与Python代码处于同一个目录，平行关系，同级关系的访问可以使用./文件名称或者直接写文件名称即可上级关系：如果我们要访问的文件在当前Python代码的上一级目录，则我们可以通过../来访问上一级路径（如果是多级，也可以通过../../../去一层一层向上访问下级关系：如果我们要访问的文件在与Python代码同级的某个文件夹中，则我们可以通过文件夹名称/来访问某个目录下的文件

2 入门级案例#

    # 1、打开文件
    f = open('python.txt', 'w')
    # 2、写入内容
    f.write('人生苦短，我学Python！')
    # 3、关闭文件
    f.close()

强调一下：中文乱码问题，默认情况下，计算机常用编码ASCII、GBK、UTF-8

3 解决写入中文乱码问题#

    # 1、打开文件
    f = open('python.txt', 'w', encoding='utf-8')
    # 2、写入内容
    f.write('人生苦短，我学Python！')
    # 3、关闭文件
    f.close()

4 文件的读取操作#

read(size)方法：主要用于文本类型或者二进制文件（图片、音频、视频...）数据的读取 size表示要从文件中读取的数据的长度（单位是字符/字节），如果没有传入size，那么就表示读取文件中所有的数据。

    f.read()  # 读取文件的所有内容
    f.read(1024)  # 读取1024个字符长度文件内容，字母或数字

    # 1、打开文件
    f = open('python.txt', 'r', encoding='utf-8')
    # 2、使用read()方法读取文件所有内容
    contents = f.read()
    print(contents)
    # 3、关闭文件
    f.close()

readlines()方法：主要用于文本类型数据的读取 readlines可以按照行的方式把整个文件中的内容进行一次性读取，并且返回的是一个列表，其中每一行的数据为一个元素。

    # 1、打开文件
    f = open('python.txt', 'r', encoding='utf-8')
    # 2、读取文件
    lines = f.readlines()
    for line in lines:
        print(line, end='')
    # 3、关闭文件
    f.close()

readline()方法：一次读取一行内容，每运行一次readline()函数，其就会将文件的指针向下移动一行

    f = open('python.txt’)
    
    while True:
       # 读取一行内容
       content = file.readline()
       # 判断是否读取到内容
       if not content:
           break
       # 如果读取到内容，则输出
       print(content)
    
    # 关闭文件
    f.close()

5 聊聊文件操作的mode模式#

模式	描述
r	以只读方式打开文件。文件的指针将会放在文件的开头。这是默认模式。
rb	以二进制格式打开一个文件用于只读。文件指针将会放在文件的开头。这是默认模式。
r+	打开一个文件用于读写。文件指针将会放在文件的开头。
rb+	以二进制格式打开一个文件用于读写。文件指针将会放在文件的开头。
w	打开一个文件只用于写入。如果该文件已存在则打开文件，并从开头开始编辑，即原有内容会被删除。如果该文件不存在，创建新文件。
wb	以二进制格式打开一个文件只用于写入。如果该文件已存在则打开文件，并从开头开始编辑，即原有内容会被删除。如果该文件不存在，创建新文件。
w+	打开一个文件用于读写。如果该文件已存在则打开文件，并从开头开始编辑，即原有内容会被删除。如果该文件不存在，创建新文件。
wb+	以二进制格式打开一个文件用于读写。如果该文件已存在则打开文件，并从开头开始编辑，即原有内容会被删除。如果该文件不存在，创建新文件。
a	打开一个文件用于追加。如果该文件已存在，文件指针将会放在文件的结尾。也就是说，新的内容将会被写入到已有内容之后。如果该文件不存在，创建新文件进行写入。
ab	以二进制格式打开一个文件用于追加。如果该文件已存在，文件指针将会放在文件的结尾。也就是说，新的内容将会被写入到已有内容之后。如果该文件不存在，创建新文件进行写入。
a+	打开一个文件用于读写。如果该文件已存在，文件指针将会放在文件的结尾。文件打开时会是追加模式。如果该文件不存在，创建新文件用于读写。
ab+	以二进制格式打开一个文件用于追加。如果该文件已存在，文件指针将会放在文件的结尾。如果该文件不存在，创建新文件用于读写。

虽然mode文件操作模式很多，但是我们只需要记住3个字符即可。r、w、a r+、w+、a+，代加号，功能全，既能读，又能写（区别在于指针到底指向不同） rb、wb、ab，代b的字符，代表以二进制的形式对其进行操作，适合读取文本或二进制格式文件，如图片、音频、视频等格式 rb+、wb+、ab+，代加号，功能全，既能读，又能写（区别在于指针到底指向不同）

小结#

Q1: 文件操作相关的函数有哪些?

打开文件: open()
读取数据: read(), readline(), readlines()
关闭文件: close()

三、with-open语句#

它主要是针对于文件操作的, 即: 你再也不用手动 close()释放资源了, 该语句会在语句体执行完毕后, 自动释放资源.

1 with-open格式:#

with open('路径', '模式', '码表') as 别名, open('路径', '模式', '码表') as 别名: 语句体

2 with-open特点:#

语句体执行结束后, with后边定义的变量, 会自动被释放.

3 with-open案例：#

    # 1. 打开 数据源 和 目的地文件.
    with open('./data/a.txt', 'rb') as src_f, open('./data/b.txt', 'wb') as dest_f:
        # 2. 具体的 拷贝动作.
        # 2.1 循环拷贝.
        while True:
            # 2.2 一次读取8192个字节.
            data = src_f.read(8192)
            # 2.3 读完了, 就不读了.
            if len(data) <= 0:
            # if data == '':
                break
            # 2.4 走到这里, 说明读到了, 把读取到的数据写出到目的地文件.
            dest_f.write(data)

四、文件综合案例#

1 案例需求#

反转文件内容.按行读取文件内容, 对每行的内容进行反转后, 写到另1个文件中. 例如:数据源文件: a.txt

    数据源文件: a.txt
    好好学习,
    天天向上.
    abc123!@#
    
    目的地文件: b.txt
    ,习学好好
    .上向天天
    #@!321cba

2 实现思路#

① 读取两个文件a.txt，并且将读取到的文件存储到一个列表中 ② 遍历文件行中所有的内容，去除行末换行符，使用切片方式翻转内容 ③ 将翻转后的内容加载到一个新的列表中 ④将新列表的中的内容以文件的方式写到本地磁盘b.txt

3 代码实现#

    # 1. 定义源文件路径和目标文件路径
    source_file = "a.txt"
    destination_file = "b.txt"
    
    # 2. 打开源文件以读取模式 ('r')
    with open(source_file, "r", encoding="utf-8") as src_file:
        # 3. 读取源文件的所有行
        lines = src_file.readlines()
    
    # 4. 初始化一个列表用于存储反转后的行
    reversed_lines = []
    
    # 5. 遍历每行内容
    for line in lines:
        # 6. 去除行末的换行符
        stripped_line = line.rstrip('\n')
        # 7. 反转行内容
        reversed_line = stripped_line[::-1]
        # 8. 将反转后的行添加到列表中，并添加换行符
        reversed_lines.append(reversed_line + '\n')
    
    # 9. 打开目标文件以写入模式 ('w')
    with open(destination_file, "w", encoding="utf-8") as dest_file:
        # 10. 将反转后的行写入目标文件
        dest_file.writelines(reversed_lines)
    
    # 11. 打印操作完成的消息
    print(f"文件内容已反转并保存到 {destination_file}")

4 巩固练习#

拷贝文件并改名.例如: 把 a.py文件拷贝到 a[备份].txt 文件中

    # 1. 定义源文件路径
    source_file = "a.py"
    
    # 2. 通过字符串切片和拼接方式定义目标文件路径
    base_name = source_file[:-3]  # 去掉文件扩展名
    destination_file = base_name + "[备份].txt"
    
    # 3. 打开源文件以读取模式 ('r')
    with open(source_file, "r", encoding="utf-8") as src_file:
        # 4. 读取源文件的所有内容
        content = src_file.read()
    
    # 5. 打开目标文件以写入模式 ('w')
    with open(destination_file, "w", encoding="utf-8") as dest_file:
        # 6. 将源文件的内容写入目标文件
        dest_file.write(content)
    
    # 7. 打印操作完成的消息
    print(f"文件 {source_file} 已拷贝并保存为 {destination_file}")

五、Python异常#

学习目标#

掌握捕获异常的格式

1 什么是异常#

当检测到一个错误时，解释器就无法继续执行了，反而出现了一些错误的提示，这就是所谓的"异常"。

2 异常演示#

    # 除数为0
    # print(10/0)
    
    # 文件读取异常
    f = open('python.txt', 'r')
    content = f.readlines()
    print(content)

3 异常捕获#

基本语法：

    try:
        可能发生错误的代码
    except:
        如果出现异常执行的代码

try...except主要用于捕获代码运行时异常，如果异常发生，则执行except中的代码案例：

    try:
        f = open('python.txt', 'r')
        content = f.readline()
        print(content)
    except:
        f = open('python.txt', 'w', encoding='utf-8')
        f.write('发生异常，执行except语句中的代码')
    f.close()

4 捕获异常并输出错误信息#

无论我们在except后面定义多少个异常类型，实际应用中，也可能会出现无法捕获的未知异常。这个时候，我们考虑使用Exception异常类型捕获可能遇到的所有未知异常：

    try:
        可能遇到的错误代码
    except Exception as e:
        print(e)

案例：打印一个未定义变量，使用Exception异常类进行捕获

    try:
        print(name)
    except Exception as e:
        print(e)

5 异常捕获中else语句#

else语句：表示的是如果没有异常要执行的代码。

    try:
        print(1)
    except Exception as e:
        print(e)
    else:
        print('哈哈，真开森，没有遇到任何异常')

案例：

    try:
        f = open('python.txt', 'r')
    except Exception as e:
        print(e)
    else:
        content = f.readlines()
        print(content)
        f.close()

6 异常捕获中的finally语句#

finally表示的是无论是否异常都要执行的代码，例如关闭文件

    try:
        f = open('python.txt', 'r')
    except:
        f = open('python.txt', 'w')
    else:
        content = f.readlines()
        print(content)
    finally:
        f.close()

7 异常案例#

案例需求#

升级猜数字游戏，增加程序健壮性，用户在输入过程中可能不会输入数字或者不按照要求输入，程序要能捕获到用户的异常输入。在已有的猜数游戏中加入异常功能。

实现思路#

①使用python异常捕获try...except，捕获用户异常输入

代码实现#

    import random
    
    
    def guess_number_game():
        # 1. 随机生成1个 1 ~ 100之间的数字, 让用户来猜.
        guess_num = random.randint(1, 100)
    
        while True:
            try:
                # 2. 键盘录入, 表示: 玩家出拳的编号.
                input_num = int(input('请录入您要猜的整数 (1-100): '))
    
                # 3. 判断用户是否猜对了, 并提示. 猜对, 猜大, 猜小.
                if input_num == guess_num:
                    print('恭喜您, 猜对了, 请找夯老师领取奖品, 练习题一套!')
                    break
                elif input_num > guess_num:
                    print('哎呀, 您猜大了!')
                else:
                    print('哎呀, 您猜小了!')
            except ValueError:
                print('输入无效，请输入一个整数!')
    
    
    # 调用猜数字游戏函数
    guess_number_game()

8 debug断点调试#

Debug 是程序开发中非常重要的技能，PyCharm 提供了强大的调试功能。下面详细介绍如何在 PyCharm 中使用断点调试。

基本断点设置#

在代码行号右侧点击，会出现红色圆点，表示已设置断点
再次点击可取消断点

主要操作按钮：#

Resume Program (F9) ：继续执行直到下一个断点
Step Over (F8) ：执行当前行，不进入函数内部
Step Into (F7) ：进入当前行的函数调用
Step Out (Shift + F8) ：跳出当前函数，回到调用处
Run to Cursor (Alt + F9) ：运行到光标所在位置

小结#

Q1: 什么是异常?

Python中, 把程序出现的所有非正常情况, 统称为异常.

Q2: 掌握捕获异常的格式.

try: 可能出现问题的代码 Except exception as e: 出现问题后的解决方案 else: 如无异常, 则会执行这里的内容 finally: 无论是否有问题, 都会执行这里的内容.