Python程序設(shè)計基礎(chǔ)-教學課件 第7章 文件和異常處理

第7章

文件和異常處理目錄7.1文件概述7.2文件訪問7.3文件操作7.4os模塊中的文件操作方法7.5shutil模塊中的文件操作方法7.6異常7.1.1

文件的分類（1）文本文件文本文件是指由字母、數(shù)字、符號和漢字等常規(guī)字符組成的順序文件。其中，字母、數(shù)字等字符存儲的是

ASCII

碼，而漢字存儲的是機內(nèi)碼。文本文件是由若干文本行組成，通常每行以換行符“\n”結(jié)尾。常規(guī)字符是指記事本或其他文本編輯器能正常顯示、編輯并且人類能夠直接閱讀和理解的字符。例如，擴展名為

.txt、.c、.cpp、.py

等文件都屬于文本文件?！纠?-1】文本文件存儲示例若當前要存儲一個整數(shù)數(shù)據(jù)

312685，則該數(shù)據(jù)在磁盤上的存放形式如圖7-1所示。

圖7-1文本文件存儲形式文本文件中的每個字符都要占用一個字節(jié)的存儲空間，并且在存儲時要進行二進制和ASCII之間的轉(zhuǎn)換，因此使用這種方式消耗空間，也浪費時間。7.1.1

文件的分類（2）二進制文件二進制文件是指數(shù)據(jù)或程序以字節(jié)串進行存儲，無法用記事本或其他普通字符處理軟件直接進行編輯，通常也無法被人類直接閱讀和理解，需要使用正確的軟件進行解碼或反序列化之后才能正確地讀取、顯示、修改或執(zhí)行。例如，圖形圖像文件、音頻文件、視頻文件、可執(zhí)行文件等都屬于二進制文件。數(shù)據(jù)在內(nèi)存中是以二進制形式存儲的，如果不加轉(zhuǎn)換地輸出到外存，則輸出文件就是一個二進制文件。【例7-2】二進制文件存儲示例若當前要存儲一個整數(shù)數(shù)據(jù)312685，則該數(shù)據(jù)首先被轉(zhuǎn)換為二進制整數(shù)，轉(zhuǎn)換后的二進制整數(shù)為0b1001100010101101101，此時該數(shù)據(jù)在磁盤上的存儲形式如圖7-2所示。

圖7-2二進制文件存儲形式7.1.1

文件的分類對比圖7-1和圖7-2，可以發(fā)現(xiàn)：使用二進制文件存放時，占用4個字節(jié)空間，需要的存儲空間較少（文本文件存儲占6個字節(jié)），并且不需要進行好轉(zhuǎn)換，既節(jié)省空間，又節(jié)省空間。但缺點是不夠直觀，需要經(jīng)過轉(zhuǎn)換后才能看到存放的數(shù)據(jù)信息。注意：二進制文件和文本文件這兩種類型的劃分基于數(shù)據(jù)邏輯存儲結(jié)構(gòu)而非物理存儲結(jié)構(gòu)，計算機中的數(shù)據(jù)在物理層面都以二進制形式存儲。圖7-1文本文件存儲形式圖7-2二進制文件存儲形式7.1.1

文件的分類（3）標準文件Python

的

sys

模塊中定義了

3

個標準文件，分別為：stdin（標準輸入文件）：對應(yīng)輸入設(shè)備，如鍵盤。stdout（標準輸出文件）：對應(yīng)輸出設(shè)備，如顯示器。stderr（標準錯誤文件）：對應(yīng)輸出設(shè)備，如顯示器。在解釋器中添加

sys

模塊后，便可使用

Python

對象獲取這三個對象?！纠?-3】標準文件示例。importsysfile=sys.stdoutfile.write("hello")運行結(jié)果：hello結(jié)果分析：以上代碼將標準輸出文件賦給文件對象file，又通過文件對象file調(diào)用內(nèi)置方法write向標準輸出文件寫數(shù)據(jù)。觀察代碼執(zhí)行結(jié)果，"hello"被成功寫到了標準輸出中。每個終端都有其對應(yīng)的標準文件，這些標準文件在終端啟動的同時打開。7.1.2

文件的標識一個文件需要有唯一確定的文件標識，保證用戶可以根據(jù)標識找到唯一確定的文件。文件標識包括三個部分，分別為文件路徑、文件名主干、文件擴展名。圖7-3文件標識圖7-3為一個文件的完整標識，根據(jù)該標識可以找到D:\Python\chapter7路徑下擴展名為.py、文件名為demo的文本文件。文件路徑是用來定位文件在計算機文件系統(tǒng)中位置的字符串。文件的路徑可分為絕對路徑和相對路徑。12絕對路徑是一個文件或目錄在文件系統(tǒng)中的完整路徑，包括從根目錄開始一直到目標文件或目錄的所有目錄層級信息。相對路徑是指文件或目錄相對于當前工作目錄的位置，而不是從根目錄開始的完整路徑。它是相對于當前工作目錄的路徑描述。相對路徑絕對路徑7.2

文件訪問在Python中，無論是文本文件還是二進制文件，對其操作流程基本是一致的，訪問文件可以分為三步：（1）打開文件使用open函數(shù)以指定的模式，如讀取、寫入、追加等方式打開文件。在打開文件后，會得到一個文件對象，后續(xù)的文件操作都將通過這個對象進行。（2）讀或?qū)懳募ㄟ^文件對象進行讀取或?qū)懭氩僮?。這包括讀取文件內(nèi)容、寫入數(shù)據(jù)到文件、移動文件指針等。具體的文件操作取決于打開文件的模式以及實際需求。（3）關(guān)閉文件調(diào)用文件對象的close函數(shù)關(guān)閉文件，釋放系統(tǒng)資源。7.2.1打開文件

Python內(nèi)置函數(shù)open用于指定模式打開指定文件并返回一個文件對象，其一般格式如下：open(file,mode='r',buffering=-1)參數(shù)含義如下：1）file：要打開的文件的路徑或文件對象?？梢允窍鄬β窂?、絕對路徑或文件對象。2）mode：打開文件的模式。默認為讀取模式'r'。3）buffering：緩沖策略?？刂莆募木彌_行為。默認值為-1，表示使用系統(tǒng)默認的緩沖區(qū)大小。0表示不緩沖，1表示行緩沖，其他正整數(shù)表示緩沖區(qū)大小。模式名稱說明'r'/'rb'只讀模式以只讀的形式打開文本文件/二進制文件，若文件不存在或無法找到，文件打開失敗。'w'/'wb'只寫模式以只寫的形式打開文本文件/二進制文件，若文件已存在，則重寫文件，否則創(chuàng)建新文件。'a'/'ab'追加模式以只寫的形式打開文本文件/二進制文件，只允許在該文件末尾追加數(shù)據(jù)，若文件不存在，則創(chuàng)建新文件。'r+'/'rb+'讀取（更新）模式以讀/寫的形式打開文本文件/二進制文件，若文件不存在，文件打開失敗。'w+'/'wb+'寫入（更新）模式以讀/寫的形式打開文本文件/二進制文件，若文件已存在，則重寫文件。'a+'/'ab+'追加（更新）模式以讀/寫的形式打開文本/二進制文件，只允許在文件末尾添加數(shù)據(jù)，若文件不存在，則創(chuàng)建新文件。7.2.2關(guān)閉文件在Python中，關(guān)閉文件是一個重要的操作，以釋放系統(tǒng)資源并確保對文件所做的更改被正確保存。通常，使用close方法來手動關(guān)閉文件。最佳的實踐是在文件操作結(jié)束后立即關(guān)閉文件，或者使用with語句（上下文管理器），這將確保文件在離開代碼塊時自動關(guān)閉。（1）close方法文件使用完畢后則通過close方法關(guān)閉文件，一般格式如下：file.close()程序執(zhí)行完畢后，系統(tǒng)會關(guān)閉由該程序打開的文件，但更好的做法是在文件使用完畢后，由程序調(diào)用close方法關(guān)閉文件。（2）with語句with-as語句適用于對資源進行訪問的場合，可確保不管在使用過程中是否發(fā)生異常都會執(zhí)行必要的“清理”操作，釋放使用資源，如文件使用后自動關(guān)閉等。在Python中，對文件進行讀/寫時的with-as語句常用格式如下：withopen(filename[,mode])asfile:語句塊其中，file為open函數(shù)返回的文件對象。7.3

文件操作在Python中，文件的讀寫是常見的任務(wù)之一。當文件被打開后，根據(jù)打開方式不同，可以對文件進行相應(yīng)的操作（如讀、寫以及關(guān)閉等），這些操作由文件對象的相關(guān)函數(shù)完成。當打開文本文件時，讀寫按照字符串方式，采用當前計算機使用的編碼或指定編碼；當打開二進制文件時，讀寫按照字節(jié)流的形式。7.3.1

文件讀操作（1）read(size=-1)函數(shù)read(size=-1)函數(shù)用于讀取指定大小的字符或字節(jié)；可選的“size”參數(shù)指定要讀取的字節(jié)數(shù)或者字符數(shù)，默認值為-1，表示讀取整個文件；此函數(shù)的返回值為返回讀取的內(nèi)容。（2）readline(size=-1)函數(shù)此函數(shù)的用途為讀取文件的一行。size參數(shù)是可選的，表示要讀取的字節(jié)數(shù)，默認值為-1，表示讀取整行數(shù)據(jù)。此函數(shù)的返回值為讀取的行內(nèi)容。（3）readlines(hint=-1)函數(shù)此函數(shù)的用途為讀取所有行，并返回一個包含各行內(nèi)容的列表。可選的參數(shù)hint表示要讀取指定的字節(jié)數(shù)，默認值為-1，表示讀取所有行。此函數(shù)的返回值為包含文件所有行內(nèi)容的列表。模式含義<file>.read(size=-1)從文件中讀取整個文件內(nèi)容，如果給出參數(shù)，讀取前size長度的字符串或字節(jié)流。<file>.readline(size=-1)從文件中讀取一行內(nèi)容，如果給出參數(shù)，讀取前size長度的字符串或字節(jié)流。<file>.readlines(hint=-1)從文件中讀取所有行，以每行為元素形成一個列表，如果給出參數(shù)，讀取hint行。（1）write

函數(shù)file.write(string)其中，file是一個打開的文件對象?？梢允褂脙?nèi)置函數(shù)

open

函數(shù)打開文件，或者為使用

with

語句時由open

函數(shù)返回的文件對象。string

為要寫入文件的字符串。write

方法將指定的字符串寫入文件。如果文件已經(jīng)存在，寫入文件將會覆蓋文件中的內(nèi)容。如果文件不存在，則會創(chuàng)建一個新文件進行寫入。（2）writelines

函數(shù)file.writelines(lines)其中，file是一個打開的文件對象?？梢允褂脙?nèi)置函數(shù)

open

函數(shù)打開文件，或者為使用

with

語句時由open

函數(shù)返回的文件對象。lines

包括字符串的列表或可迭代對象。writelines

方法將列表中的每個字符串按順序?qū)懭胛募總€字符串占據(jù)一行。如果文件已經(jīng)存在，寫入操作將會覆蓋文件中的內(nèi)容。如果文件不存在，則會創(chuàng)建一個新文件進行寫入。7.3.2

文件寫操作方法說明<file>.write(s)向文件寫入一個字符串或字節(jié)流<file>.writelines(lines)將一個字符串列表寫入文件中（1）tell

方法tell

是文件對象的一個方法，用于獲取當前文件指針的位置（即當前讀取或?qū)懭氲奈恢茫Ｋ鼪]有參數(shù)，調(diào)用它時不需要傳遞任何參數(shù)。file.tell()其中，file

是文件對象，可以通過

open

函數(shù)打開文件獲得。tell

方法返回一個整數(shù)，表示當前文件指針的位置，即從文件頭到當前位置的字節(jié)數(shù)偏移量。一般來說，初始時文件指針位于文件開頭，即偏移量為

0。（2）seek

方法Python

提供了

seek

方法，使用該方法可控制文件的讀寫位置，實現(xiàn)文件的隨機讀寫。seek(offset,from)其中，參數(shù)

offset

表示偏移量，即讀寫位置需要移動的字節(jié)數(shù)，可以為正數(shù)、負數(shù)或零。參數(shù)

from

用于指定文件的讀寫位置。seek

方法調(diào)用成功后會返回當前讀寫位置。7.3.3

文件的定位讀寫操作方法說明<file>.tell()獲取文件當前的讀寫位置。<file>.seek(offset,from)控制文件的讀寫位置。在

Python

中，文件迭代器通常是通過“

open

”函數(shù)與“

for

”循環(huán)結(jié)合使用來實現(xiàn)的。當打開一個文件并對其進行迭代時，Python

會將文件對象視為一個迭代器，并按行逐個讀取文件內(nèi)容，而不需要一次性將整個文件加載到內(nèi)存中。這對于處理大型文件或者需要逐行處理文件內(nèi)容的情況非常有用。7.3.4

文件迭代操作os（OperatingSystem）模塊是

Python

標準庫中的一個核心模塊，提供了與操作系統(tǒng)相關(guān)的功能，使得

Python

程序能夠與操作系統(tǒng)進行交互。os

模塊提供了一些方法來獲取關(guān)于平臺信息的操作。7.4os模塊中的文件操作方法——獲取平臺信息屬性/方法說明返回當前操作系統(tǒng)的名稱os.environ返回一個包含當前系統(tǒng)環(huán)境變量的字典os.cpu_count()返回當前系統(tǒng)的cpu核心數(shù)os.getcwd()獲取當前工作目錄os.sep返回操作系統(tǒng)特定的路徑分隔符os.pathsep查看用于分隔文件路徑的字符串7.4os

模塊中的文件操作方法——文件/目錄操作os模塊中定義了與文件操作相關(guān)的函數(shù)，利用這些函數(shù)可以實現(xiàn)刪除文件、文件重命名、創(chuàng)建/刪除目錄、獲取當前目錄、更改默認目錄與獲取目錄列表等操作。方法說明os.mkdir（newpath）創(chuàng)建新目錄newpathos.rmdir（path）刪除目錄pathos.listdir（path）列出指定目錄path下所有的文件os.chdir（path）改變當前腳本的工作目錄為指定路徑pathos.remove（file）刪除一個指定文件fileos.rename（oldname,newname）重命名一個文件7.4os

模塊中的文件操作方法——os.path模塊

os.path

模塊提供了許多用于處理文件路徑的方法，提供了大量用于路徑判斷、切分、連接以及文件夾的遍歷方法。方法說明os.path.join（path1,path2,...）將多個路徑組合成一個路徑，在不同操作系統(tǒng)下會自動根據(jù)相應(yīng)的路徑分隔符來進行拼接。os.path.split(path)將路徑分割成目錄和文件名兩部分，并返回一個元組（head,tail）os.path.dirname(path)返回路徑中的目錄部分os.path.basename(path)返回路徑中的文件名部分os.path.splitext(path)分割路徑的文件名和擴展名，并返回一個包含文件名和擴展名的元組（root,ext）os.path.exists(path)判斷路徑是否存在os.path.isfile(path)判斷路徑是否為一個文件os.path.isdir(path)判斷路徑是否為一個目錄os.path.abspath(path)返回路徑的絕對路徑os.path.normpath(path)規(guī)范化路徑，消除路徑中的冗余monprefix(list)返回多個路徑的公共前綴7.5shutil

模塊中的文件操作方法

shutil

模塊提供了許多文件操作的方法，這些方法可以在不同的平臺上執(zhí)行各種文件相關(guān)的操作，下表是

shutil

模塊中一些常用的文件操作方法。方法說明shutil.copy（src,dst）復(fù)制文件，新文件具有相同的文件屬性，如果目標文件已經(jīng)存在則拋出異常。shutil.copyfile（src,dst）復(fù)制文件，不復(fù)制文件屬性，如果目標文件已存在則直接覆蓋。shutil.copytree（src,dst）遞歸復(fù)制文件夾shutil.disk_usage（path）查看硬盤使用情況shutil.move（src,dst）移動或遞歸移動文件夾，也可以用來給文件和文件夾重命名shutil.rmtree（path）遞歸刪除文件夾shutil.make_archive（filename,format,path）創(chuàng)建tar或zip格式的壓縮文件shutil.unpack_archive（filename,path）解壓縮文件7.6.1

異常的定義和分類

異常（Exception）是指程序在運行時遇到的錯誤或意外的情況。如果程序中沒有對異常進行處理，則程序會拋出該異常并停止運行。為了保證程序的穩(wěn)定性和容錯性，需要在程序中捕獲可能的異常并對其進行處理，使得程序不會因為異常而意外終止。

異?？梢苑譃閮深悾赫Z法錯誤（SyntaxError）和邏輯錯誤（Exception）兩類。12語法錯誤是指在

Python

解釋器運行代碼之前就發(fā)生的錯誤，通常是由于代碼不符合

Python語法規(guī)則造成的。邏輯錯誤是指在

Python

解釋器運行代碼時發(fā)現(xiàn)的錯誤，通常是由于程序邏輯不正確造成的。邏輯錯誤語法錯誤7.6.1

異常的定義和分類異常描述ZeroDivisionError除數(shù)為零錯誤，例如

10/0。TypeError類型錯誤，例如使用了不兼容的數(shù)據(jù)類型，例如

1+'2'。ValueError值錯誤，例如傳遞了錯誤的參數(shù)值，例如

int('abc')。IndexError索引錯誤，例如訪問了不存在的索引，例如

lst[10]。KeyError鍵錯誤，例如訪問了不存在的鍵，例如

dct['key']。NameError名稱錯誤，例如使用了未定義的變量或函數(shù)，例如

undefined_var。AttributeError屬性錯誤，例如訪問了不存在的屬性，例如

obj.undefined_attr。FileNotFoundError文件未找到錯誤，例如打開了不存在的文件，例如

open('file.txt')。IndentationError縮進錯誤，例如縮進不正確，例如

ifTrue:print('Hello').SyntaxError語法錯誤，例如代碼不符合語法規(guī)則，例如

print'Hello'。ImportError導入錯誤，例如導入了不存在的模塊，例如

importundefined_module。TypeError類型錯誤，例如使用了不兼容的數(shù)據(jù)類型，例如

1+'2'。ValueError值錯誤，例如傳遞了錯誤的參數(shù)值，例如

int('abc')。IndexError索引錯誤，例如訪問了不存在的索引，例如

lst[10]。KeyError鍵錯誤，例如訪問了不存在的鍵，例如

dct['key']。NameError名稱錯誤，例如使用了未定義的變量或函數(shù)，例如

undefined_var。AttributeError屬性錯誤，例如訪問了不存在的屬性，例如

obj.undefined_attr。FileNotFoundError文件未找到錯誤，例如打開了不存在的文件，例如

open('file.txt')。IndentationError縮進錯誤，例如縮進不正確，例如

ifTrue:print('Hello').SyntaxError語法錯誤，例如代碼不符合語法規(guī)則，例如

print'Hello'。ImportError導入錯誤，例如導入了不存在的模塊，例如

importundefined_module。7.6.2

異常的處理編寫程序時可以對指定的異常做處理，以增強程序的穩(wěn)定性和容錯性。（1）try-except使用try-except語句可以捕獲異常并做異常處理，其語法格式如下：try:待捕獲異常的語句塊except異常類型1：異常類型1的處理語句塊except異常類型2：異常類型2的處理語句塊......except異常類型N：異常類型N的處理語句塊Try-except語句的處理過程為執(zhí)行try后面待捕獲異常的語句塊。如果沒有異常發(fā)生，則except子句不被執(zhí)行。如果有異常發(fā)生，則根據(jù)異常類型匹配每一個except關(guān)鍵字后面的異常名，并執(zhí)行匹配的except子句的語句塊；如果異常類型與所有except子句都不匹配，則該異常會傳給更外層的tryexcept語句；如果異常無法被任何except子句處理，則程序拋出異常并停止運行。7.6.2

異常的處理（2）elseelse子句是try-except語句中的一個可選項。如果try子句執(zhí)行時沒有發(fā)生異常，則在try子句執(zhí)行