《Python入门教程》7. 输入和输出

有多种方式可以展现一个程序的输出; 数据可以以一种可读的形式输出, 或者是保存于一个文件便于以后使用. 本章就将讨论几种可能.

7.1. 输出格式美化

至今为止, 我们知道了两种输出值的方式: 表达式语句 和 print() 函数. (第三种方式是使用文件对象的 write() 方法; 标准输出文件可以用 sys.stdout 引用. 参考库手册了解更多的信息.)

一般来说你会希望更多的控制其输出格式, 而不是简单的以空格分割. 有两种方式格式化你的输出; 第一种方式是由你自己控制; 使用字符串切片和连接操作, 来实现你所想象的外观. 标准模块 string 包含了一些有用的操作, 用以填充字符串至某一给定的宽度; 很快就会讨论这些. 第二种方式是使用 str.format() 方法.

string 模块包含了一个类模板, 提供了另一种替换字符串的方式.

还有一个问题, 当然了: 如何把值转成字符串? 幸运的是, Python 有多种方式将任何值转为字符串: 将它传给 repr() 或 str() 函数.

str() 函数意味着返回一个用户易读的表达形式, 而 repr() 则意味着产生一个解释器易读的表达形式 (或者如果没有这样的语法会给出 SyntaxError ). 对于那些没有特殊表达的对象, str() 将会与 repr() 返回相同的值. 很多的值, 如数字或一些如列表和字典那样的结构, 使用这两个函数的结果完全一致. 字符串与浮点型则有两种不同的表达.

例如:

>>> s = ‘Hello, world.’

>>> str(s)

‘Hello, world.’

>>> repr(s)

“‘Hello, world.’”

>>> str(1.0/7.0)

‘0.142857142857’

>>> repr(1.0/7.0)

‘0.14285714285714285’

>>> x = 10 * 3.25

>>> y = 200 * 200

>>> s = ‘The value of x is ‘ + repr(x) + ‘, and y is ‘ + repr(y) + ‘…’

>>> print(s) The value of x is 32.5, and y is 40000…

>>> # The repr() of a string adds string quotes and backslashes:

… hello = ‘hello, world\n‘

>>> hellos = repr(hello)

>>> print(hellos) ‘hello, world\n’

>>> # The argument to repr() may be any Python object:

… repr((x, y, (‘spam’, ‘eggs’)))

“(32.5, 40000, (‘spam’, ‘eggs’))”

这里有两种方式输出一个平方与立方的表:

(注意在第一个例子中, 每列间的空格是由 print() 添加的: 它总会在每个参数后面加个空格.)

这个例子展示了字符串对象的 rjust() 方法, 它可以将字符串靠右, 并在左边填充空格. 还有类似的方法, 如 ljust() 和 center(). 这些方法并不会写任何东西, 它们仅仅返回新的字符串. 如果输入很长, 它们并不会对字符串进行截断, 仅仅返回没有任何变化的字符串; 这虽然会影响你的布局, 但是这一般比截断的要好. (如果你的确需要截断, 那么就增加一个切片的操作, 如 x.ljust(n)[:n].)

有另一个方法, zfill(), 它会在数字的左边填充 0. 它知道正负号:

>>> ’12’.zfill(5)

‘00012’

>>> ‘-3.14’.zfill(7)

‘-003.14’

>>> ‘3.14159265359’.zfill(5)

‘3.14159265359’

str.format() 的基本使用如下:

>>> print(‘We are the {} who say “{}!”‘.format(‘knights’, ‘Ni’))

We are the knights who say “Ni!”

括号及其里面的字符 (称作 format field) 将会被 format() 中的参数替换. 在括号中的数字用于指向传入对象在 format() 中的位置.

>>> print(‘{0} and {1}‘.format(‘spam’, ‘eggs’))

spam and eggs

>>> print(‘{1} and {0}‘.format(‘spam’, ‘eggs’))

eggs and spam

如果在 format() 中使用了关键字参数, 那么它们的值会指向使用该名字的参数.

>>> print(‘This {food} is {adjective}.’.format(

… food=’spam’, adjective=’absolutely horrible’))

This spam is absolutely horrible.

位置及关键字参数可以任意的结合:

>>> print(‘The story of {0}, {1}, and {other}.’.format(‘Bill’, ‘Manfred’,

other=’Georg’))

The story of Bill, Manfred, and Georg.

'!a' (使用 ascii()), '!s' (使用 str()) 和 '!r' (使用 repr()) 可以用于在格式化某个值之前对其进行转化:

>>> importmath

>>> print(‘The value of PI is approximately {}.’.format(math.pi))

The value of PI is approximately 3.14159265359.

>>> print(‘The value of PI is approximately {!r}.’.format(math.pi))

The value of PI is approximately 3.141592653589793.

可选项 ':' 和格式标识符可以跟着 field name. 这就允许对值进行更好的格式化. 下面的例子将 Pi 保留到小数点后三位.

>>> importmath

>>> print(‘The value of PI is approximately {0:.3f}.’.format(math.pi))

The value of PI is approximately 3.142.

在 ':' 后传入一个整数, 可以保证该域至少有这么多的宽度. 用于美化表格时很有用.

>>> table = {‘Sjoerd’: 4127, ‘Jack’: 4098, ‘Dcab’: 7678}

>>> for name, phone in table.items():

… print(‘{0:10} ==> {1:10d}‘.format(name, phone))

…

Jack ==> 4098

Dcab ==> 7678

Sjoerd ==> 4127

如果你有一个的确很长的格式化字符串, 而你不想将它们分开, 那么在格式化时通过变量名而非位置会是很好的事情. 最简单的就是传入一个字典, 然后使用方括号 '[]' 来访问键值 :

>>> table = {‘Sjoerd’: 4127, ‘Jack’: 4098, ‘Dcab’: 8637678}

>>> print(‘Jack: {0[Jack]:d}; Sjoerd: {0[Sjoerd]:d}; ‘

‘Dcab: {0[Dcab]:d}’.format(table))

Jack: 4098; Sjoerd: 4127; Dcab: 8637678

这也可以通过在 table 变量前使用 ‘**’ 来实现相同的功能.

>>> table = {‘Sjoerd’: 4127, ‘Jack’: 4098, ‘Dcab’: 8637678}

>>> print(‘Jack: {Jack:d}; Sjoerd: {Sjoerd:d}; Dcab: {Dcab:d}‘.format(**table))

Jack: 4098; Sjoerd: 4127; Dcab: 8637678

在结合新的内置函数 vars() (这会以字典的形式返回所有的局部变量) 和这个时会特别有用.

要了解更多关于 str.format() 的知识, 参考 Format String Syntax.

7.1.1. 旧式字符串格式化

% 操作符也可以实现字符串格式化. 它将左边的参数作为类似 sprintf() 式的格式化字符串, 而将右边的代入, 然后返回格式化后的字符串. 例如:

>>> importmath

>>> print(‘The value of PI is approximately %5.3f.’ % math.pi)

The value of PI is approximately 3.142.

因为 str.format() 很新, 大多数的 Python 代码仍然使用 % 操作符. 但是因为这种旧式的格式化最终会从该语言中移除, 应该更多的使用 str.format().

更多的信息可以在 Old String Formatting Operations 中找到.

7.2. 读和写文件

open() 将会返回一个 file object, 并且一般使用两个参数进行使用: open(filename, mode).

>>> f = open(‘/tmp/workfile’, ‘w’)

第一个参数是包含文件名的字符串. 第二个参数是另一个字符串, 包含描述文件如何使用的字符. mode 可以是 'r' 如果文件只读, 'w' 只用于写 (如果存在同名文件则将被删除), 和 'a' 用于追加文件内容; 所写的任何数据都会被自动增加到末尾. 'r+' 同时用于读写. mode 参数是可选的; 'r' 将是默认值.

一般而言, 文件以 text mode 打开, 这就意味着, 从文件中读写的字符串, 是以一种特定的编码进行编码 (默认的是 UTF-8). 追加到 mode 后的 'b' , 将意味着以 binary mode 打开文件: 现在的数据是以字节对象的形式进行读写. 这个模式应该用于那些不包含文本的文件.

在文本模式下 (text mode), 默认是将特定平台的行末标识符 ( Unix 下为 \n, Windows 下为 \r\n ) 在读时转为 \n 而写时将 \n 转为特定平台的标识符. 这种隐藏的行为对于文本文件是没有问题的, 但是对于二进制数据像 JPEG 或 EXE 是会出问题的. 在使用这些文件时请小心使用二进制模式.

7.2.1. 文件对象的方法

本节中剩下的例子假设已经创建了一个称为 f 的文件对象.

为了读取一个文件的内容, 调用 f.read(size), 这将读取一定数目的数据, 然后作为字符串或字节对象返回. size 是一个可选的数字类型的参数. 当 size 被忽略了或者为负, 那么该文件的所有内容都将被读取并且返回; 如果文件比你的内存大两倍, 那么就会成为你的问题了. 否则, 最多 size 字节将被读取并返回. 如果到达了文件的末尾, f.read() 将会返回一个空字符串 ('').

>>> f.read()

‘This is the entire file.\n’

>>> f.read()

”

f.readline() 会从文件中读取单独的一行; 在每个字符串的末尾都会留下换行符 (\n), 除非是该文件的最后一行并且没有以换行符结束, 这个字符才会被忽略. 这就使结果很明确; f.readline() 如果返回一个空字符串, 那么文件已到底了, 而如果是以 '\n' 表示, 那么就是只包行一个新行.

>>> f.readline()

‘This is the first line of the file.\n’

>>> f.readline()

‘Second line of the file\n’

>>> f.readline()

”

f.readlines() 将返回该文件中包含的所有行. 如果给定一个可选参数 sizehint, 它就读取这么多字节, 并且将这些字节按行分割. 这经常用于允许按行读取一个大文件, 但是不需要载入全部的文件时非常有用. 只会返回完整的行.

>>> f.readlines()

[‘This is the first line of the file.\n’, ‘Second line of the file\n’]

另一种方式是迭代一个文件对象然后读取每行. 这是内存有效, 快速, 并用最少的代码:

>>> for line in f:

… print(line, end=”)

…

This is the first line of the file.

Second line of the file

这个方法很简单, 但是并没有提供一个很好的控制. 因为两者的处理机制不同, 最好不要混用.

f.write(string) 将 string 写入到文件中, 然后返回写入的字符数.

>>> f.write(‘This is a test\n‘)

如果要写入一些不是字符串的东西, 那么将需要先进行转换:

>>> value = (‘the answer’, 42)

>>> s = str(value)

>>> f.write(s)

f.tell() 返回文件对象当前所处的位置, 它是从文件开头开始算起的字节数. 要改变文件当前的位置, 使用 f.seek(offset, from_what). 这个位置是通过将当前位置加上 offset 所得. from_what 的值, 如果是 0 表示开头, 如果是 1 表示当前位置, 2 表示文件的结尾. from_what 的默认为 0, 即从开头开始.

>>> f = open(‘/tmp/workfile’, ‘rb+’)

>>> f.write(b’0123456789abcdef’)

>>> f.seek(5) # Go to the 6th byte in the file

>>> f.read(1)

b’5′

>>> f.seek(-3, 2) # Go to the 3rd byte before the end

>>> f.read(1)

b’d’

在文本文件中 (那些打开文件的模式下没有 b 的), 只会相对于文件起始位置进行定位, (如果要定文件的最后面, 要用 seek(0, 2) ).

当你处理完一个文件后, 调用 f.close() 会关闭它, 并释放系统的资源. 在调用完 f.close() 之后, 尝试使用那个文件对象是会失败的.

>>> f.close()

>>> f.read()

Traceback (most recent call last):

File “<stdin>”, line 1, in ?

ValueError: I/O operation on closed file

当处理一个文件对象时, 使用 with 关键字是非常好的方式. 在结束后, 它会帮你正确的关闭文件, 即使发生了异常. 而且写起来也比 try – finally 语句块要简短:

>>> with open(‘/tmp/workfile’, ‘r’) as f:

… read_data = f.read()

>>> f.closed

True

文件对象有些额外的方法, 如 isatty() 和 trucate(), 但它们都较少的使用; 更多的信息需要参考标准库手册.

7.2.2. `pickle` 模块

在文件中, 字符串可以很方便的读取写入. 数字可能稍微麻烦一些, 因为 read() 方法只返回字符串, 我们还需要将其传给 int() 这样的函数, 使其将如 '123' 的字符串转为数字 123. 但是, 如果要保存更复杂的数据类型, 如列表, 字典, 或者类的实例, 那么就会更复杂了.

为了让用户在时常的编程和测试时保存复杂的数据类型, Python 提供了标准模块, 称为 pickle. 这个模块可以将几乎任何的 Python 对象 (甚至是 Python 的代码), 转换为字符串表示; 这个过程称为 pickling. 而要从里面重新构造回原来的对象, 则称为 unpickling. 在 pickling 和 unpickling 之间, 表示这些对象的字符串表示, 可以存于一个文件, 也可以通过网络在远程机器间传输.

如果你有一个对象 x, 和一个已经打开并用于写的文件对象 f, pickle 这个对象最简单的方式就是使用:

pickle.dump(x, f)

有了 pickle 这个对象, 就能对 f 以读取的形式打开:

x = pickle.load(f)

(还有其他不同的形式, 比如 pickling 很多对象, 或者不想保存至文件; 更多的信息参考 pickle 模块.)

pickle 是 Python 中保存及重用对象的标准方式; 标准的属于称为 persistent 对象 (即持久化对象). 因为 pickle 被广泛使用, 很多写 Python 扩展的作者都会确保, 如矩阵这样的数据类型能被合理的 pickle 和 unpickle.

7.1. 输出格式美化

7.1.1. 旧式字符串格式化

7.2. 读和写文件

7.2.1. 文件对象的方法

7.2.2. pickle 模块

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7.2.2. `pickle` 模块