Ввод и вывод в Python3

В предыдущих главах мы фактически уже затрагивали функциональность ввода и вывода Python. В этой главе мы специально рассмотрим ввод и вывод в Python.

Более изящное форматирование вывода

В Python есть два способа вывода значений: инструкции-выражения и функция print().

Третий способ — использование метода write() файловых объектов; на стандартный файл вывода можно ссылаться как sys.stdout.

Если вы хотите больше разнообразия в форме вывода, вы можете использовать функцию str.format() для форматирования выводимых значений.

Если вы хотите преобразовать выходные значения в строки, можно использовать функции repr() или str().

  • str()：Функция возвращает понятное пользователю представление.
  • repr()：Создаёт представление, понятное интерпретатору.

Пример

>>> s = 'Hello, Example'
>>> str(s)
'Hello, Example'
>>> repr(s)
"'Hello, Example'"
>>> str(1/7)
'0.14285714285714285'
>>> x = 10 * 3.25
>>> y = 200 * 200
>>> s = 'The value of x is: ' + repr(x) + ', the value of y is:' + repr(y) + '...'
>>> print(s)
Значение x:32.5,Значение y:40000...
>>> # repr() может экранировать специальные символы в строках
... hello = 'hello, example\n'
>>> hellos = repr(hello)
>>> print(hellos)
'hello, example\n'
>>> # Аргументом repr() может быть любой объект Python
... repr((x, y, ('Google', 'Example')))
"(32.5, 40000, ('Google', 'Example'))"

Вот два способа вывести таблицу квадратов и кубов:

>>> for x in range(1, 11):
...     print(repr(x).rjust(2), repr(x*x).rjust(3), end=' ')
...     # Обратите внимание на использование 'end' в предыдущей строке
...     print(repr(x*x*x).rjust(4))
...
 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

>>> for x in range(1, 11):
...     print('{0:2d} {1:3d} {2:4d}'.format(x, x*x, x*x*x))
...
 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

Примечание:В первом примере пробелы между столбцами добавляются с помощью print().

В этом примере демонстрируется метод rjust() строкового объекта, который выравнивает строку по правому краю и добавляет пробелы слева.

Есть похожие методы, например ljust() и center(). Эти методы ничего не записывают; они просто возвращают новые строки.

Другой метод, zfill(), дополняет число нулями слева, как показано ниже:

>>> '12'.zfill(5)
'00012'
>>> '-3.14'.zfill(7)
'-003.14'
>>> '3.14159265359'.zfill(5)
'3.14159265359'

Основное использование str.format() выглядит следующим образом:

>>> print('{} website: "{}!"'.format('Example Tutorial', 'www.example.com'))
Example Tutorial website:"www.example.com!"

Скобки и символы внутри них (называемые полями форматирования) будут заменены аргументами в format().

Числа в скобках используются для ссылки на позицию переданного объекта в format(), как показано ниже:

>>> print('{0} and {1}'.format('Google', 'Example'))
Google and Example
>>> print('{1} and {0}'.format('Google', 'Example'))
Example and Google

Если в format() используются именованные аргументы, их значения будут указывать на аргументы с этим именем.

>>> print('{name} веб-сайт: {site}'.format(name='Пример руководства', site='www.example.com'))
Пример руководства веб-сайт: www.example.com

Позиционные и именованные аргументы можно комбинировать произвольно:

>>> print('Список сайтов {0}, {1} и {other}.'.format('Google', 'Example', other='Taobao'))
Список сайтов Google, Пример,и Taobao.

!a(Используяascii()), !s(Используяstr()) и!r(Используя repr()) можно использовать для преобразования значения перед его форматированием:

>>> import math
>>> print('Значение константы PI приблизительно равно: {}.'.format(math.pi))
Значение константы PI приблизительно равно:3.141592653589793。
>>> print('Значение константы PI приблизительно равно: {!r}.'.format(math.pi))
Значение константы PI приблизительно равно:3.141592653589793。

Необязательный:и спецификатор формата могут следовать за именем поля. Это позволяет лучше форматировать значение. В следующем примере число Pi округляется до трех знаков после запятой:

>>> import math
>>> print('Значение константы PI приблизительно равно {0:.3f}.'.format(math.пи))
Значение константы PI приблизительно равно3.142。

In:Передача целого числа после этого гарантирует, что поле будет иметь ширину как минимум в это количество символов. Это полезно для того, чтобы таблицы выглядели красиво.

>>> table = {'Google': 1, 'Example': 2, 'Taobao': 3}
>>> for name, number in table.items():
...     print('{0:10} ==> {1:10d}'.format(name, number))
...
Google     ==>          1
Пример     ==>          2
Taobao     ==>          3

Если у вас есть очень длинная строка формата и вы не хотите разбивать её на части, то хорошей идеей будет форматировать по имени переменной, а не по позиции.

Самый простой способ — передать словарь, а затем использовать квадратные скобки[]для доступа к ключам:

>>> table = {'Google': 1, 'Example': 2, 'Taobao': 3}
>>> print('Example: {0[Example]:d}; Google: {0[Google]:d}; Taobao: {0[Taobao]:d}'.format(table))
Example: 2; Google: 1; Taobao: 3

Вы также можете добиться той же функциональности, используя**перед переменной table:

>>> table = {'Google': 1, 'Example': 2, 'Taobao': 3}
>>> print('Пример: {Example:d}; Google: {Google:d}; Taobao: {Taobao:d}'.format(**table))
Example: 2; Google: 1; Taobao: 3

Старое форматирование строк

%Оператор также может выполнять форматирование строк. Он интерпретирует левый аргумент как строку формата в стилеsprintf(), подставляет правый аргумент и затем возвращает форматированную строку. Например:

>>> import math
>>> print('Значение константы PI приблизительно равно: %5.3f.' % math.pi)
Значение константы PI приблизительно равно:3.142。

Поскольку str.format() — относительно новая функция, большая часть кода на Python всё ещё использует оператор %. Однако, поскольку это старое форматирование со временем будет удалено из языка, str.format() следует использовать чаще.

Чтение ввода с клавиатуры

Python предоставляетвстроенную функцию input()для чтения строки текста из стандартного ввода; стандартным вводом по умолчанию является клавиатура.

Пример

#!/usr/bin/python3

str = input("Введите: ");
print ("Введённое содержимое: ", str)

Это даёт следующий результат, соответствующий вводу:

Please enter: Example  
The content you entered is: Example

Чтение и запись файлов

В Python операции с файлами выполняются с помощьюopen()функции. Эта функция возвращает файловый объект для последующих операций чтения или записи.

open()Базовый синтаксис выглядит следующим образом:

open(filename, mode)
  • filename：Путь (строка) к файлу, к которому нужно получить доступ.
  • mode：Режим открытия файла, используемый для указания способа чтения или записи (например, только для чтения, запись, добавление и т. д.). Этот параметр необязателен, значение по умолчаниюr(только для чтения).

Распространённые режимы открытия файлов приведены ниже (рекомендуется сосредоточиться на освоении r / w / a):

Mode Описание
r Открывает файл в режиме только для чтения (режим по умолчанию). Файл должен существовать, а указатель файла находится в начале.
rb Открывает файл в двоичном формате для доступа только для чтения (например, изображения, видео и т. д.). Указатель файла находится в начале.
r+ Открывает файл в режиме чтения и записи. Файл должен существовать, а указатель файла находится в начале.
rb+ Открывает файл в двоичном формате для чтения и записи. Указатель файла находится в начале.
w Открывает файл в режиме только для записи. Если файл существует, он будетусечён; если он не существует, будет создан новый файл.
wb Открывает файл в двоичном формате только для записи. Если файл существует, он будет усечён; если он не существует, будет создан новый файл.
w+ Открывает файл в режиме чтения и записи. Если файл существует, он будет усечён; если он не существует, будет создан новый файл.
wb+ Открывает файл в двоичном формате для чтения и записи. Если файл существует, он будет усечён; если он не существует, будет создан новый файл.
a Открывает файл в режиме добавления. Если файл существует, записанное содержимое будет добавлено в конец; если он не существует, будет создан новый файл.
ab Открывает файл в двоичном формате для добавления. Записанное содержимое будет добавлено в конец; если он не существует, будет создан новый файл.
a+ Открывает файл в режиме чтения-записи. Указатель файла по умолчанию находится в конце (режим добавления); если файл не существует, будет создан новый файл.
ab+ Открывает файл в двоичном формате для чтения и записи. Указатель файла по умолчанию находится в конце; если файл не существует, будет создан новый файл.

Пояснение:Добавлениеbпосле режима означает работу с файлом в двоичном режиме, часто используется для обработки нетекстовых файлов, таких как изображения и аудио.

Следующая диаграмма хорошо обобщает эти режимы:

Mode r r+ w w+ a a+
read + + + +
write + + + + +
Создайте + + + +
Перезапись + +
Указатель в начале + + + +
Указатель в конце + +

В следующем примере строка записывается в файл foo.txt:

Пример

#!/usr/bin/python3

# Открыть файл
f = open("/tmp/foo.txt", "w")

f.write( "Python — очень хороший язык.\nДа, он действительно очень хорош!!"\n" )

# Закрыть открытый файл
f.close()
  • Первый аргумент — имя открываемого файла.
  • Второй параметр описывает, как будет использоваться файл. mode может быть 'r', если файл доступен только для чтения, 'w' — только для записи (существующий файл с тем же именем будет удалён), и 'a' — для добавления в файл; любые записанные данные будут автоматически добавлены в конец. 'r+' — для чтения и записи одновременно. Параметр mode является необязательным; 'r' будет значением по умолчанию.

На этом этапе откройте файл foo.txt, который отображается следующим образом:

$ cat /tmp/foo.txt 
Python 是一个非常好的语言。
是的，的确非常好!!

Методы файловых объектов

Остальные примеры в этом разделе предполагают, что файловый объект с именем f уже создан.

f.read()

Чтобы прочитать содержимое файла, вызовите f.read(size), который считывает определённое количество данных и затем возвращает его в виде строки или объекта bytes.

size — необязательный числовой параметр. Если size опущен или отрицателен, всё содержимое файла будет прочитано и возвращено.

Следующий пример предполагает, что файл foo.txt уже существует (он был создан в примере выше):

Пример

#!/usr/bin/python3

# Открыть файл
f = open("/tmp/foo.txt", "r")

str = f.read()
print(str)

# Закрыть открытый файл
f.close()

После выполнения вышеприведённой программы вывод:

Python 是一个非常好的语言。
是的，的确非常好!!

f.readline()

f.readline() читает одну строку из файла. Символ новой строки — '\n'. Если f.readline() возвращает пустую строку, это означает, что последняя строка уже была прочитана.

Пример

#!/usr/bin/python3

# Открыть файл
f = open("/tmp/foo.txt", "r")

str = f.readline()
print(str)

# Закрыть открытый файл
f.close()

После выполнения вышеприведённой программы вывод:

Python 是一个非常好的语言。

f.readlines()

f.readlines() возвращает все строки, содержащиеся в файле.

Если задан необязательный параметр sizehint, он читает указанное количество байтов и разбивает эти байты по строкам.

Пример

#!/usr/bin/python3

# Открыть файл
f = open("/tmp/foo.txt", "r")

str = f.readlines()
print(str)

# Закрыть открытый файл
f.close()

После выполнения вышеприведённой программы вывод:

['Python 是一个非常好的语言。\n', '是的，的确非常好!!\n']

Другой способ — перебрать объект файла и затем прочитать каждую строку:

Пример

#!/usr/bin/python3

# Открыть файл
f = open("/tmp/foo.txt", "r")

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

# Закрыть открытый файл
f.close()

После выполнения вышеприведённой программы вывод:

Python 是一个非常好的语言。
是的，的确非常好!!

Этот метод прост, но он не обеспечивает очень хорошего контроля. Механизмы обработки у них разные, поэтому их лучше не смешивать.

f.write()

f.write(string) записывает string в файл, а затем возвращает количество записанных символов.

Пример

#!/usr/bin/python3

# Открыть файл
f = open("/tmp/foo.txt", "w")

num = f.write( "Python is a very good language.\nYes, it is indeed very good!!\n" )
print(num)
# Закрыть открытый файл
f.close()

После выполнения вышеприведённой программы вывод:

29

Если вы хотите записать что-то, что не является строкой, сначала нужно преобразовать это:

Пример

#!/usr/bin/python3

# Открыть файл
f = open("/tmp/foo1.txt", "w")

value = ('www.example.com', 14)
s = str(value)
f.write(s)

# Закрыть открытый файл
f.close()

После выполнения вышеуказанной программы откройте файл foo1.txt:

$ cat /tmp/foo1.txt 
('www.example.com', 14)

f.tell()

f.tell() используется для возврата текущей позиции чтения/записи файла (т.е. позиции указателя файла). Указатель файла представляет смещение в байтах от начала файла. f.tell() возвращает целое число, указывающее текущую позицию указателя файла.

f.seek()

Если вы хотите изменить текущую позицию указателя файла, можно использовать функцию f.seek(offset, from_what).

f.seek(offset, whence) используется для перемещения указателя файла в указанную позицию.

offset представляет смещение относительно параметра whence. Значение from_what: если оно равно 0, это означает начало; если 1 — текущую позицию; 2 означает конец файла. Например:

  • seek(x,0): перемещает на x символов от начальной позиции, то есть к первому символу первой строки файла.
  • seek(x,1): означает перемещение на x символов назад от текущей позиции.
  • seek(-x,2): означает перемещение на x символов назад от конца файла.

Значение from_what по умолчанию — 0, то есть начало файла. Полный пример приведён ниже:

>>> f = open('/tmp/foo.txt', 'rb+')
>>> f.write(b'0123456789abcdef')
16
>>> f.seek(5)     # Перейти к шестому байту файла
5
>>> f.read(1)
b'5'
>>> f.seek(-3, 2) # Перейти к третьему байту с конца файла
13
>>> f.read(1)
b'd'

f.close()

В текстовых файлах (открытых в режимах без b) позиционирование возможно только относительно начальной позиции файла.

Когда вы закончите обработку файла, вызовите f.close(), чтобы закрыть файл и освободить системные ресурсы. Если вы попытаетесь снова обратиться к файлу, будет выброшено исключение.

>>> f.close()
>>> f.read()
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in ?
ValueError: операция ввода-вывода над закрытым файлом

При работе с файловым объектом использование ключевого слова with — очень хороший подход. После завершения оно корректно закроет файл за вас. Это также короче, чем блок инструкций try-finally:

>>> with open('/tmp/foo.txt', 'r') as f:
...     read_data = f.read()
>>> f.closed
True

У файловых объектов есть другие методы, такие как isatty() и truncate(), но они обычно используются реже.

Модуль pickle

Модуль pickle в Python реализует базовую сериализацию и десериализацию данных.

С помощью операции сериализации модуля pickle мы можем сохранить информацию об объекте, работающем в программе, в файл для постоянного хранения.

С помощью операции десериализации модуля pickle мы можем создать объект, сохранённый предыдущей программой, из файла.

Базовый интерфейс:

pickle.dump(obj, file, [,protocol])

С помощью этого объекта pickle вы можете открыть файл в режиме чтения:

x = pickle.load(file)

Примечание:Прочитать строку из файла и восстановить из неё исходный объект Python.

file:Объект, подобный файлу, с интерфейсами read() и readline().

Пример 1

#!/usr/bin/python3
import pickle

# Используйте модуль pickle для сохранения объекта данных в файл
data1 = {'a': [1, 2.0, 3, 4+6j],
         'b': ('string', u'Unicode string'),
         'c': Отсутствует}

selfref_list = [1, 2, 3]
selfref_list.append(selfref_list)

output = open('data.pkl', 'wb')

# Сериализуйте словарь с использованием протокола 0.
pickle.dump(data1, output)

# Сериализуйте список с использованием наивысшего доступного протокола.
pickle.dump(selfref_list, output, -1)

output.close()

Пример 2

#!/usr/bin/python3
import pprint, pickle

# Используйте модуль pickle для восстановления объекта Python из файла
pkl_file = open('data.pkl', 'rb')

data1 = pickle.load(pkl_file)
pprint.pprint(data1)

data2 = pickle.load(pkl_file)
pprint.pprint(data2)

pkl_file.close()
Другие расширения