Python 第6讲 File IO（python中file的用法）

liuian 2025-05-02 11:49 61 浏览

File I/O
open
with
CSV
Binary Files and PIL
Summing Up

File I/O

到目前为止，我们编写的所有程序都是在内存中存储信息的，也就是说，一旦程序结束，从用户那里收集到的或程序生成的所有信息都将丢失。
文件I/O是程序将文件作为输入或创建文件作为输出的能力。
首先，请在终端窗口中键入code names.py 和代码如下：

name = input("What's your name?" )
print(f"hello, {name}")

请注意，运行这段代码会得到所需的输出。用户可以输入一个名称。输出与预期的一样。

但是，如果我们希望允许输入多个名称，该怎么办？我们如何实现这一点？回想一下list 是一个数据结构，允许我们将多个值存储到一个变量中。代码如下：

names = []

for _ in range(3):
	names = input("What's your name?")
	names.append(name)

请注意，系统将提示用户输入三次。append 方法用于添加name 到我们的names 的列表。

此代码可简化为以下代码：

names = []

for _ in range(3):
	names.append(input("What's your name?" ))

请注意，这与前面的代码块具有相同的结果。

现在，让我们启用将姓名列表打印为排序列表的功能。代码如下：

names = []

for _ in range(3):
	names.append(input("What's your name?" ))

for name in sorted(names):
	print(f"hello, {name}")

注意一旦这个程序被执行，所有的信息都丢失了。文件I/O允许你的程序存储这些信息，以便以后使用。

你可以在Python的文档中了解更多信息sorted。

open

open 是Python中内置的一个函数，它允许你打开一个文件并在程序中使用它。open 函数可让你打开文件，以便读取或写入文件。
为了向你展示如何在程序中启用文件I/O，让我们倒回一点，并编写如下代码：

name = input("What's your name? ")

file = open("names.txt", "w")
file.write(name)
file.close()

请注意，open 函数打开一个名为names.txt 启用写入，如w。上面的代码将打开的文件分配给一个名为file的变量。这行file.write(name) 将名称写入文本文件。其后的一行将关闭文件。

通过键入以下命令测试代码python names.py，你可以输入一个名称，然后将其保存到文本文件中。但是，如果你使用不同的名称多次运行程序，你会注意到该程序将完全重写names.txt 文件。
理想情况下，我们希望能够将我们每个人的名字附加到文件中。通过在终端窗口中输入rm names.txt删除现有文件。然后，按如下所示修改代码：

name = input("What's your name? ")

file = open("names.txt", "a")
file.write(name)
file.close()

请注意，对我们代码的唯一更改是w 已被更改为a 即“append”。重新运行这个程序多次，你会注意到名字会被添加到文件中。但是，你会注意到一个新的问题！

在多次运行程序后检查文本文件，你会注意到这些名称是连在一起的。这些名称被追加，每个名称之间没有任何间隔。你可以解决此问题。同样，通过键入以下命令删除现有文本文件rm names.txt 。然后，按如下所示修改代码：

name = input("What's your name? ")

file = open("names.txt", "a")
file.write(f"{name}\n")
file.close()

请注意，带有file.write 已修改为在每个名称的结尾添加换行符。

这段代码运行得很好。但是，有一些方法可以改进这个程序。它很容易忘记关闭文件。
你可以在Python的文档中了解更多信息open。

with

关键字with 可让你自动关闭文件。
按如下所示修改代码：

name = input("What's your name? ")

with open("names.txt", "a") as file:
	file.write(f"{name}\n")

请注意，下面的行with 是缩进的。

到目前为止，我们一直以独占方式写入文件。如果我们想从文件读取，该怎么办？要启用此功能，请按如下所示修改代码：

with open("names.txt", "r") as file:
	lines = file.readlines()

for line in lines:
	print("hello,", line)

请注意，readlines 有一种特殊的能力，可以读取文件中的所有行，并将它们存储在一个名为lines的文件中。运行程序时，你会注意到输出相当难看。在应该只有一个换行符的地方，似乎出现了多个换行符。

有很多方法可以解决这个问题。但是，这里有一个简单的方法可以在我们的代码中解决这个错误：

with open("names.txt", "r") as file:
	lines = file.readlines()

for line in lines:
	print("hello,", line.rstrip())

请注意，rstrip 具有移除每行结尾处多余换行符的效果。

不过，这段代码还可以进一步简化：

with open("names.txt", "r") as file:
	for line in file:
		print("hello,", line.rstrip())

请注意，运行此代码是正确的。但是，请注意，我们没有对名称进行排序。

此代码可以进一步改进，以便对名称进行排序：

names = []

with open("names.txt") as file:
	for line in file:
		names.append(line.rstrip())

for name in sorted(names):
	print(f"hello, {name}")

请注意，names 是一个空白列表，我们可以在其中收集姓名。每个姓名都附加到names 列表。然后，将打印内存中已排序列表中的每个名称。运行代码，你将看到名称现在已正确排序。

如果我们想要存储的不仅仅是学生的名字，如果我们想要同时存储学生的名字和他们的房子呢？

CSV

CSV代表“逗号分隔值”。
在终端窗口中，键入code students.csv。请确保新CSV文件如下所示：

Hermoine,Gryffindor
Harry,Gryffindor
Ron,Gryffindor
Draco,Slytherin

让我们通过键入以下命令创建一个新程序code students.py 和代码如下：

with open("students.csv") as file:
	for line in file:
		row = line.rstrip().split(",")
		print(f"{row[0]} is in {row[1]}")

请注意，rstrip 删除CSV文件中每一行的末尾。split 告诉编译器在CSV文件中查找每个值的结尾。row[0] 是CSV文件每一行的第一个元素。row[1] 是CSV文件中每行的第二个元素。

上面的代码可以有效地划分CSV文件的每一行或“记录”。但是，如果你不熟悉这种语法，看起来有点晦涩。Python内置的功能可以进一步简化这段代码。修改代码如下：

with open("students.csv") as file:
	for line in file:
		name, house = line.rstrip().split(",")
		print(f"{name} is in {house}")

请注意，split 函数实际上返回两个值：逗号前的一个和逗号后的一个。因此，我们可以依靠该功能一次赋值两个变量，而不是一个！

假设我们想再次提供这个列表作为排序输出，你可以修改你的代码如下：

students = []

with open("students.csv") as file:
	for line in file:
		name, house = line.rstrip().split(",")
		students.append(f"{name} is in {house}")

for student in sorted(students):
	print(student)

请注意，我们会建立被称为students的list 。我们append 每个字符串附加到此列表。然后输出一个排序后的列表。

回想一下，Python允许dictionaries 其中键可以与值相关联。此代码可以进一步改进

students = []

with open("students.csv") as file:
	for line in file:
		name, house = line.rstrip().split(",")
		student = {}
		student["name"] = name
		student["house"] = house
		students.append(student)

for student in students:
	print(f"{student['name']} is in {student['house']}")

请注意，我们创建了一个名为student的字典。我们将每个学生的值（包括他们的姓名和房子）添加到student 字典。然后，我们将该学生附加到被称为students的list 。

我们可以改进我们的代码来说明这一点，如下所示：

students = []

with open("students.csv") as file:
	for line in file:
		name, house = line.rstrip().split(",")
		student = {"name": name, "house": house}
		students.append(student)

for student in students:
	print(f"{student['name']} is in {student['house']}")

请注意，这会产生所需的结果，没有按照学生排序。

不幸的是，我们不能像以前那样对学生进行排序，因为现在每个学生都是列表中的一个字典。如果python可以对student 字典中的students 列表进行排序，按学生姓名对字典列表进行排序，那将很有帮助。
要在我们的代码中实现这一点，请进行以下更改：

students = []

with open("students.csv") as file:
	for line in file:
		name, house = line.rstrip().split(",")
		students.append({"name": name, "house": house})


def get_name(student):
	return student["name"]


for student in sorted(students, key=get_name):
	print(f"{student['name']} is in {student['house']}")

请注意，sorted 需要知道如何获得每个学生的键。Python允许使用一个名为key 在这里我们可以定义学生列表将按什么“键”排序。因此，get_name 函数只返回student["name"]。运行此程序，你将看到列表现在按名称排序。

不过，我们的代码还可以进一步改进。get_name 你可以用下面的方式简化你的代码。修改你的代码如下：

students = []

with open("students.csv") as file:
	for line in file:
		name, house = line.rstrip().split(",")
		students.append({"name": name, "house": house})

for student in sorted(students, key=lambda student: student["name"]):
	print(f"{student['name']} is in {student['house']}")

请注意我们如何使用lambda 一个匿名函数，它会说：“嘿，Python，这里有一个没有名字的函数：给定一个student，访问其name 并将其返回给key。

不幸的是，我们的代码有点脆弱。假设我们更改了CSV文件，以指示每个学生的成长地。这对我们的程序会有什么影响？首先，修改你的students.csv 文件如下：

Harry,"Number Four, Privet Drive"
Ron,The Burrow
Draco,Malfoy Manor

请注意，运行我们的程序将产生大量错误。

现在我们要处理的是home而不是house，请按如下所示修改代码：

students = []

with open("students.csv") as file:
	for line in file:
		name, home = line.rstrip().split(",")
		students.append({"name": name, "home": home})

for student in sorted(students, key=lambda student: student["name"]):
	print(f"{student['name']} is in {student['home']}")

请注意，运行我们的程序仍然不能正常工作。你能猜到原因吗？

这个ValueError: too many values to unpack 编译器产生错误的原因是，我们之前创建了此程序，希望CSV文件split 使用, （逗号）。我们可以花更多的时间来解决这个问题，但实际上已经有人开发了一种“解析”（即读取）CSV文件的方法！
Python的内置csv 库附带了一个名为reader。顾名思义，我们可以使用reader 来读取我们的CSV文件，尽管“Number Four，Privet Drive”中有额外的逗号。reader 在一个for 循环，其中每个迭代reader 为我们提供CSV文件中的另一行。该行本身是一个列表，其中列表中的每个值对应于该行中的一个元素。row[0]是给定行的第一个元素，而row[1] 是第二个元素。

import csv

students = []

with open("students.csv") as file:
	reader = csv.reader(file)
	for row in reader:
		students.append({"name": row[0], "home": row[1]})

for student in sorted(students, key=lambda student: student["name"]):
	print(f"{student['name']} is from {student['home']}")

请注意，我们的程序现在按预期工作。

到目前为止，我们一直依赖程序来确定CSV文件的哪些部分是名字，哪些部分是家。不过，更好的设计是，通过编辑CSV文件，将其直接保存到CSV文件中，如下所示：

name,home
Harry,"Number Four, Privet Drive"
Ron,The Burrow
Draco,Malfoy Manor

请注意，我们如何在CSV文件中明确声明，任何阅读它的操作都应该期望每行中有一个name值和一个home值。

我们可以修改代码以使用csv 库称为DictReader 更灵活地处理CSV文件：

import csv

students = []

with open("students.csv") as file:
	reader = csv.DictReader(file)
	for row in reader:
		students.append({"name": row["name"], "home": row["home"]})

for student in sorted(students, key=lambda student: student["name"]):
	print(f"{student['name']} is in {student['home']}")

请注意，我们已取代reader 用DictReader，它一次返回一个字典。另外，请注意编译器将直接访问row 字典，获取name 和home 这是一个防御性编码的例子。只要设计CSV文件的人在第一行输入了正确的头信息，我们就可以使用我们的程序访问这些信息。

到目前为止，我们一直在阅读CSV文件。如果我们想写入CSV文件，该怎么办？
开始，让我们稍微清理一下文件。首先，删除students.csv 文件，通过在终端窗口中输入键入rm students.csv来删除文件。这个命令只有在你和students.csv位于同一个文件夹时才有效。
然后，在students.py中，请按如下所示修改代码：

import csv

name = input("What's your name? ")
home = input("Where's your home? ")

with open("students.csv", "a") as file:
	writer = csv.DictWriter(file, fieldnames=["name", "home"])
	writer.writerow({"name": name, "home": home})

请注意，我们是如何利用DictWriter的内置功能，它采用两个参数：要写入的file ，要写入的fieldnames。此外，请注意writerow 函数将字典作为参数。实际上，我们是在告诉编译器写一行，其中包含两个名为name 和home。

请注意，有许多类型的文件可供你读取和写入。
你可以在Python的文档中了解更多信息CSV格式。

Binary Files andPIL

今天我们要讨论的另一种文件类型是二进制文件。二进制文件只是1和0的集合。这种类型的文件可以存储任何东西，包括音乐和图像数据。
有一个流行的Python库叫做PIL 可以很好地处理图像文件。
动画GIF是一种常用的图像文件类型，其中包含许多图像文件，这些图像文件按顺序反复播放，从而创建出过于简单的动画或视频效果。
假设我们有一系列服装，如下图所示。
这里是costume1.gif。

这是另一个叫做costume2.gif。请注意腿部位置的细微差异。

在继续之前，请确保你已经从课程网站下载了源代码文件。如果你没有以上两个图像并将其存储在IDE中，则无法编写以下代码。
在终端窗口中键入code costumes.py 和代码如下：

import sys

from PIL import Image

images = []

for arg in sys.argv[1:]:
	image = Image.open(arg)
	images.append(image)

images[0].save(
	"costumes.gif", save_all=True, append_images=[images[1]], duration=200, loop=0
)

请注意，我们导入Image 函数来自PIL。请注意，第一个for 循环只是循环访问作为命令行参数提供的图像，并将主题存储到被称为images的list中。1: 开始在其第二个元素处对argv进行分隔。最后几行代码保存第一个图像，并向其追加第二个图像，从而创建一个动画gif。在终端窗口中键入python costumes.py costume1.gif costume2.gif 。现在，输入code costumes.gif 到终端窗口中，你现在可以看到一个动画GIF。