Python3基础（七） 输入和输出

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一个程序可以从键盘读取输入，也可以从文件读取输入；而程序的结果可以输出到屏幕上，也可以保存到文件中便于以后使用。本文介绍Python中最基本的I/O函数。


一、控制台I/O

读取键盘输入

内置函数input([prompt])，用于从标准输入读取一个行，并返回一个字符串（去掉结尾的换行符）：

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s = input("Enter your input:")

注：在Python 3.x版本中取消了 raw_input() 函数。

打印到屏幕

最简单的输出方法是用print语句，你可以给它传递零个或多个用逗号隔开的表达式：

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print([object, ...][, sep=' '][, end='endline_character_here'][, file=redirect_to_here])

方括号内是可选的，sep表示分割符，end表示结束符，file表示重定向文件。如果要给sep、end、file指定值必须使用关键字参数。

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print('hello', 'world', sep='%')    # 输出hello%world
print('hello', 'world', end='*')    # 输出hello world*，并且不换行


二、文件I/O

读写文件之前，先用open()函数打开一个文件，它会返回一个文件对象（file object）：

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f = open(filename，mode)

如果不指定mode参数，文件将默认以‘r’模式打开。模式中的字符有：

  • r：只读
  • w：只写，如果文件已存在则将其覆盖。如果该文件不存在，创建新文件
  • +：读写（不能单独使用）
  • a：打开文件用于追加，只写，不存在则创建新文件
  • b：以二进制模式打开（不能单独使用）

所以可能的模式大概有r、w、r+、w+、rb、wb、rb+、wb+、a、a+、ab、ab+，注意只有w和a可以创建文件。

通常情况下，文件都是以文本模式（text mode）打开的，也就是说，从文件中读写的是以一种特定的编码格式进行编码（默认的是 UTF-8）的字符串。如果文件以二进制模式（binary mode）打开，数据将以字节对象的形式进行读写：

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f = open('a.txt','wb+')
f.write('I like apple!')   # 报错
f.write(b'I like apple!')  # 以bytes对象的形式进行读写

Bytes对象是0到127的不可修改的整数序列，或纯粹的 ASCII 字符，它的用途是存储二进制数据。

  1. 可以通过在一个字符串前面加上’b’来创建一个bytes literal；
  2. 也可以通过bytes() 函数创建一个 bytes 对象。

注意：如果bytes() 函数的初始化器是一个字符串，那么必须提供一种编码。

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b1 = b'This is string'
b2 = bytes('This is string', 'UTF-8')   # 必须指定编码格式

字符串对象与字节对象是不兼容的，要将 bytes 转变为 str， bytes 对象必须要进行解码，使用decode() 方法：

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b = bytes('This is string', 'UTF-8')
print(b, b.decode(), sep='\n')
# 输出：
# b'This is string'
# This is string

文件对象的方法（假设f是一个文件对象）：

  • f.read(size) ：读取size个字节的数据，然后作为字符串或 bytes 对象返回。size是一个可选参数，如果不指定size，则读取文件的所有内容。
  • f.readline() ：读取一行。在字符串末尾会留下换行符 (\n)，如果到文件尾，返回空字符串。
  • f.readlines() ：读取所有行，储存在列表中，每个元素是一行，相当于list(f)。
  • f.write(string) ：将 string 写入到文件中，返回写入的字符数。如果以二进制模式写文件，需要将string转换为 bytes 对象。
  • 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。
  • f.seek(offset, from_what) ：改变文件对象所处的位置。offset是相对参考位置的偏移量，from_what 取值 0（文件头, 默认）、1（当前位置）、2（文件尾）表示参考位置。
  • f.close() ：关闭文件对象。

这些都是很常用的方法，当然文件对象不止这些方法。根据打开的模式不同，open() 返回的文件对象类型也不同：

  • TextIOWrapper：文本模式，返回TextIOWrapper对象。
  • BufferedReader：读二进制，即rb，返回BufferedReader对象。
  • BufferedWriter：写和追加二进制，即wb、ab，返回BufferedWriter对象。
  • BufferedRandom：读/写模式，即含有+的模式，返回BufferedRandom对象。

可以在这些文件对象上运行 dir() 或 help()，查看它们所有的方法。

补充：

1、在文本模式下，seek()方法只会相对于文件起始位置进行定位。（除了定位文件尾可以用 seek(0, 2)之外）
2、可以循环迭代一个文件对象一行一行读取：

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for line in f:
print(line, end='')


三、格式化输出

一般来说，我们希望更多的控制输出格式，而不是简单的以空格分割。这里有两种方式：

  • 第一种是由你自己控制。使用字符串切片、连接操作以及 string 包含的一些有用的操作。
  • 第二种是使用str.format()方法。

下面给一个示例：

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# 第一种方式：自己控制
for x in range(1, 11):
	print(str(x).rjust(2), str(x*x).rjust(3), end=' ')
	print(str(x*x*x).rjust(4))

# 第二种方式：str.format()
for x in range(1, 11):
	print('{0:2d} {1:3d} {2:4d}'.format(x, x*x, x*x*x))

# 输出都是：
#  1   1    1
#  2   4    8
#  3   9   27
#  4  16   64
#  5  25  125
#  6  36  216
#  7  49  343
#  8  64  512
#  9  81  729
# 10 100 1000

第一种方式中，字符串对象的 str.rjust() 方法的作用是将字符串靠右，并默认在左边填充空格，类似的方法还有 str.ljust() 和 str.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，它们并不会截断字符串。我们注意到，同样是输出一个平方与立方表，使用str.format()会方便很多。

str.format()的基本用法如下：

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>>> print('We are the {} who say "{}!"'.format('knights', 'Ni'))
We are the knights who say "Ni!"

括号及括号里的字符将会被 format() 中的参数替换.。括号中的数字用于指定传入对象的位置：

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>>> print('{0} and {1}'.format('Kobe', 'James'))
Kobe and James
>>> print('{1} and {0}'.format('Kobe', 'James'))
James and Kobe

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：

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>>> print('The {thing} is {adj}.'.format(thing='flower', adj='beautiful'))
The flower is beautiful.

可选项':'和格式标识符可以跟着 field name，这样可以进行更好的格式化：

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>>> import math
>>> print('The value of PI is {0:.3f}.'.format(math.pi))
The value of PI is 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：

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>>> table = {'Jack':4127, 'Rose':4098, 'Peter':7678}
>>> for name, phone in table.items():
...     print('{0:10} ==> {1:10d}'.format(name, phone))
... 
Peter      ==>       7678
Rose       ==>       4098
Jack       ==>       4127

我们还可以将参数解包进行格式化输出。例如，将table解包为关键字参数：

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table = {'Jack':4127, 'Rose':4098, 'Peter':7678}
print('Jack is {Jack}, Rose is {Rose}, Peter is {Peter}.'.format(**table))
# 输出：Jack is 4127, Rose is 4098, Peter is 7678.

补充：

% 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：

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import math
print('The value of PI is %10.3f.' %math.pi)
# 输出：The value of PI is      3.142.

因为这种旧式的格式化最终会从Python语言中移除，应该更多的使用 str.format() 。





附：文本模式与二进制模式

1、在Windows系统中，文本模式下，默认是将Windows平台的行末标识符 \r\n 在读时转为 \n ，而在写时将 \n 转为 \r\n 。 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。

2、在类Unix/Linux系统中，行末标识符为 \n，即文件以 \n 代表换行。所以Unix/Linux系统中在文本模式和二进制模式下并无区别。