Файлы и исключения в Python
Разрабатывая приложения вам придется работать с файлами, анализировать большие объемы данных, сохранять пользовательские данные, чтобы они не терялись по завершению работы программы. Также при работе с файлами важно научиться обрабатывать ошибки, чтобы они не привели к аварийному завершению программы. Для этого в Python существуют специальные объекты - исключения, которые создаются для управления ошибок.
| Содержание страницы: |
|---|
| 1. Чтение файла |
| 1.2. Чтение больших файлов и работа с ними |
| 1.3. Анализ текста из файла |
| 2. Запись в файл |
| 2.1. Запись в пустой файл |
| 2.2. Многострочная запись в файл |
| 2.3. Присоединение данных к файлу |
| 3. Исключения |
| 3.1. Блоки try-except |
| 3.2. Блоки try-except-else |
| 3.3. Блоки try-except с текстовыми файлами |
| 3.4. Ошибки без уведомления пользователя |
1. Чтение файла в Python
В файлах может содержаться любой объем данных, начиная от небольшого рассказа и до сохранения истории погоды за столетия. Чтение файлов особенно актуально для приложений, предназначенных для анализа данных. Приведем пример простой программы, которая открывает файл и выводит его содержимое на экран. В примере я буду использовать файл с числом "Пи" с точностью до 10 знаков после запятой. Скачать этот файл можно прямо здесь ( pi_10.txt ) или самим создать текстовый файл и сохранить под любым именем. Пример программы, которая открывает файл и выводит содержимое на экран:
Код начинается с ключевого слова with. При использование ключевого слова with используемый файл открывается с помощью функции open(), а закрывается автоматически после завершения блока with и вам не придется в конце вызывать функцию close(). Файлы можно открывать и закрывать явными вызовами open() и close(). Функция open() получает один аргумент - имя открываемого файла, в нашем случае 'pi_10.txt'. Python ищет указанный файл в каталоге, где хранится файл текущей программы. Функция open() возвращает объект, представляющий файл 'pi_10.txt'. Python сохраняет этот объект в переменной file_pi .
После появления объекта, представляющего файл 'pi_10.txt', используется метод read(), который читает все содержимое файла и сохраняет его в одной строке в переменной contents. В конце с помощью функции print содержимое выводится на экран. Запустив этот файл, мы получим данные, находящиеся в нашем файле 'pi_10.txt'.
3.1415926535
В случае, если файл расположен не в одном каталоге с файлом программы, необходимо указать путь, чтобы Python искал файлы в конкретном месте. Существует два пути как прописать расположение файла:
-
Относительный путь.
Относительный путь приказывает Python искать файлы в каталоге, который задается относительно каталога, в котором находится текущий файл программы
with open('files/имя_файла.txt') as file:
-
Абсолютный путь.
Местонахождение файла не зависит от того, где находится ваша программа. Абсолютные пути обычно длиннее относительных, поэтому их лучше сохранить в переменную и затем передать функции open().
file_path = '/Users/Desktop/files/имя_файла.txt'
with open(file_path) as file:
С абсолютными путями можно читать файлы из любого каталога вашей системы.
1.2. Чтение больших файлов на Python и работа с ними
В первом примере был файл с 10 знаками после запятой. Теперь давайте проанализируем файл с миллионом знаков числа "Пи" после запятой. Скачать число "Пи" с миллионом знаков после запятой можно отсюда( 'pi_1000000.txt' ). Изменять код из первого примера не придется, просто заменим файл, который должен читать Python.
with open('pi_1000000.txt') as file_pi:
digits = file_pi.read()
print(digits[:102])
print(len(digits))
Выведем на экран первые 100 знаков после запятой. Добавим в конец функцию len, чтобы узнать длину файла
3.1415926535897932384626433832795028841971693993751058209749445923078164062862089986280348253421170679
1000002
Из выходных данных видно, что строка содержит значение "Пи" с точностью до 1 000 000 знаков после запятой. В Python нет никаких ограничений на длину данных, с которыми можно работать, единственное ограничение это объем памяти вашей системы.
После сохранения данных в переменной можно делать с ними все что угодно. Давайте проверим, входит ли в число "Пи" дата вашего дня рождения. Напишем небольшую программу, которая будет читать файл и проверять входит ли дата день рождения в первый миллион числа "Пи":
with open('pi_1000000.txt') as file_pi:
digits = file_pi.read()
birthday = input("Введите дату дня рождения: ")
if birthday in digits:
print("Ваш день рождение входит в число 'Пи'")
else:
print("Ваш день рождение не входит в число 'Пи'")
Начало программы не изменилось, читаем файл и сохраняем данные в переменной digits. Далее запрашиваем данные от пользователя с помощью функции input и сохраняем в переменную birstday. Затем проверяем вхождение birstday в digits с помощью команды if-else. Запустив несколько раз программу, получим результат:
Введите дату дня рождения: 260786
Ваш день рождение не входит в число 'Пи'
Введите дату дня рождения: 260884
Ваш день рождение входит в число 'Пи'
В зависимости от введенных данных мы получили результат вхождения или не вхождения дня рождения в число "Пи"
Важно: Читая данные из текстового файла, Python интерпретирует весь текст как строку. Если вы хотите работать с ним в числовом контексте, то преобразуйте данные в целое число функцией int() или в вещественное число функцией float().
1.3. Анализ текста из файла на Python
Python может анализировать текстовые файлы, содержащие целые книги. Возьмем книгу "Алиса в стране чудес" и попробуем подсчитать количество слов в книге. Текстовый файл с книгой можете скачать здесь(' alice ') или загрузить любое другое произведение. Напишем простую программу, которая подсчитает количество слов в книге и сколько раз повторяется имя Алиса в книге.
filename = 'alice.txt'
with open(filename, encoding='utf-8') as file:
contents = file.read()
n_alice = contents.lower().count('алиса')
words = contents.split()
n_words = len(words)
print(f"Книга 'Алиса в стране чудес' содержит {n_words} слов.")
print(f"Имя Алиса повторяется {n_alice} раз.")
При открытии файла добавился аргумент encoding='utf-8'. Он необходим, когда кодировка вашей системы не совпадает с кодировкой читаемого файла. После чтения файла, сохраним его в переменной contents.
Для подсчета вхождения слова или выражений в строке можно воспользоваться методом count(), но прежде привести все слова к нижнему регистру функцией lower(). Количество вхождений сохраним в переменной n_alice.
Чтобы подсчитать количество слов в тексе, воспользуемся методом split(), предназначенный для построения списка слов на основе строки. Метод split() разделяет строку на части, где обнаружит пробел и сохраняет все части строки в элементах списка. Пример метода split():
title = 'Алиса в стране чудес'
print(title.split())
['Алиса', 'в', 'стране', 'чудес']
После использования метода split(), сохраним список в переменной words и далее подсчитаем количество слов в списке, с помощью функции len(). После подсчета всех данных, выведем на экран результат:
Книга 'Алиса в стране чудес' содержит 28389 слов.
Имя Алиса повторяется 419 раз.
2.1. Запись в пустой файл в Python
Самый простой способ сохранения данных, это записать их в файл. Чтобы записать текс в файл, требуется вызвать open() со вторым аргументом, который сообщит Python что требуется записать файл. Пример программы записи простого сообщения в файл на Python:
filename = 'memory.txt'
with open(filename, 'w') as file:
file.write("Язык программирования Python")
Для начала определим название и тип будущего файла и сохраним в переменную filename. Затем при вызове функции open() передадим два аргумента. Первый аргумент содержит имя открываемого файла. Второй аргумент ' w ' сообщает Python, что файл должен быть открыт в режиме записи. Во второй строчке метод write() используется для записи строки в файл. Открыв файл ' memory.txt ' вы увидите в нем строку:
Язык программирования Python
Получившийся файл ничем не отличается от любых других текстовых файлах на компьютере, с ним можно делать все что угодно.
Важно: Открывая файл в режиме записи ' w ', если файл уже существует, то Python уничтожит его данные перед возвращением объекта файла.
Файлы можно открывать в режимах:
- чтение ' r '
- запись ' w '
- присоединение ' a '
- режим как чтения, так и записи ' r+ '
2.2. Многострочная запись в файл на Python
При использовании функции write() символы новой строки не добавляются в записываемый файл:
filename = 'memory.txt'
with open(filename, 'w') as file:
file.write("Язык программирования Python")
file.write("Язык программирования Java")
file.write("Язык программирования Perl")
В результате открыв файл мы увидим что все строки склеились:
Язык программирования PythonЯзык программирования JavaЯзык программирования Perl
Для написания каждого сообщения с новой строки используйте символ новой строки \n
filename = 'memory.txt'
with open(filename, 'w') as file:
file.write("Язык программирования Python\n")
file.write("Язык программирования Java\n")
file.write("Язык программирования Perl\n")
Результат будет выглядеть так:
Язык программирования Python
Язык программирования Java
Язык программирования Perl
2.3. Присоединение данных к файлу на Python
Для добавления новых данных в файл, вместо того чтобы постоянно перезаписывать файл, откройте файл в режиме присоединения ' a '. Все новые строки добавятся в конец файла. Возьмем созданный файл из раздела 2.2 'memory.txt'. Добавим в него еще пару строк.
filename = 'memory.txt'
with open(filename, 'a') as file:
file.write("Hello world\n")
file.write("Полет на луну\n")
В результате к нашему файлу добавятся две строки:
Язык программирования Python
Язык программирования Java
Язык программирования Perl
Hello world
Полет на луну
3. Исключения в Python
При выполнении программ могут возникать ошибки, для управления ими Python использует специальные объекты, называемые исключениями. Когда в программу включен код обработки исключения, ваша программа продолжится, а если нет, то программа остановится и выведет трассировку с отчетом об исключении. Исключения обрабатываются в блоках try-except. С блоками try-except программы будут работать даже в том случае, если что-то пошло не так.
3.1. Блоки try-except на Python
Приведем пример простой ошибки деления на ноль:
print(7/0)
Traceback (most recent call last):
File "example.py", line 1, in <module>
print(7/0)
ZeroDivisionError: division by zero
Если в вашей программе возможно появление ошибки, то вы можете заранее написать блок try-except для обработки данного исключения. Приведем пример обработки ошибки ZeroDivisionError с помощью блока try-except:
Команда print(7/0) помещена в блок try. Если код в блоке try выполняется успешно, то Python пропускает блок except. Если же код в блоке try создал ошибку, то Python ищет блок except и запускает код в этом блоке. В нашем случае в блоке except выводится сообщение "Деление на ноль запрещено". При выполнение этого кода пользователь увидит понятное сообщение:
Деление на ноль запрещено
Если за кодом try-except следует другой код, то Python продолжит выполнение программы.
3.2. Блок try-except-else на Python
Напишем простой калькулятор, который запрашивает данные у пользователя, а затем результат деления выводит на экран. Сразу заключим возможную ошибку деления на ноль ZeroDivisionError и добавим блок else при успешном выполнение блока try.
while True:
first_number = input("Введите первое число: ")
if first_number == 'q':
break
second_number = input("Введите второе число: ")
if second_number == 'q':
break
try:
a = int(first_number) / int(second_number)
except ZeroDivisionError:
print("Деление на ноль запрещено")
else:
print(f"Частное двух чисел равно {a}")
Программа запрашивает у пользователя первое число (first_number), затем второе (second_number). Если пользователь не ввел " q " для завершения работы программа продолжается. В блок try помещаем код, в котором возможно появление ошибки. В случае отсутствия ошибки деления, выполняется код else и Python выводит результат на экран. В случае ошибки ZeroDivisionError выполняется блок except и выводится сообщение о запрете деления на ноль, а программа продолжит свое выполнение. Запустив код получим такие результаты:
Введите первое число: 30
Введите второе число: 5
Частное двух чисел равно 6.0
Введите первое число: 7
Введите второе число: 0
Деление на ноль запрещено
Введите первое число: q
В результате действие программы при появлении ошибки не прервалось.
3.3. Блок try-except с текстовыми файлами на Python
Одна из стандартных проблем при работе с файлами, это отсутствие необходимого файла, или файл находится в другом месте и Python не может его найти. Попробуем прочитать не существующий файл:
filename = 'alice_2.txt'
with open(filename, encoding='utf-8') as file:
contents = file.read()
Так как такого файла не существует, Python выдает исключение:
Traceback (most recent call last):
File "example.py", line 3, in <module>
with open(filename, encoding='utf-8') as file:
FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: 'alice_2.txt'
FileNotFoundError - это ошибка отсутствия запрашиваемого файла. С помощью блока try-except обработаем ее:
filename = 'alice_2.txt'
try:
with open(filename, encoding='utf-8') as file:
contents = file.read()
except FileNotFoundError:
print(f"Запрашиваемый файл {filename } не найден")
В результате при отсутствии файла мы получим:
Запрашиваемый файл alice_2.txt не найден
3.4. Ошибки без уведомления пользователя
В предыдущих примерах мы сообщали пользователю об ошибках. В Python есть возможность обработать ошибку и не сообщать пользователю о ней и продолжить выполнение программы дальше. Для этого блок try пишется, как и обычно, а в блоке except вы прописываете Python не предпринимать никаких действий с помощью команды pass. Приведем пример ошибки без уведомления:
ilename = 'alice_2.txt'
try:
with open(filename, encoding='utf-8') as file:
contents = file.read()
except FileNotFoundError:
pass
В результате при запуске этой программы и отсутствия запрашиваемого файла ничего не произойдет.
Далее: Функции json. Сохранение данных Python