[原文]Python教程#輸入與輸出

[譯]The Python Tutorial#Input and Output

#Python中有多種展示程式輸出的方式；資料可以以人類可讀的方式列印出來，也可以輸出到檔案中以後使用。本章節將會詳細討論。

7.1 Fancier Output Formatting

##目前為止已經介紹過兩種輸出值的方式：表達式語句和print()函數。 （第三種方式是使用物件的write()方法；使用sys.stdout

引用標準輸出檔案。詳細資訊參考庫檔案參考手冊。）

有時候需要對輸出有更多的控制，而不是簡單的使用空格分開值。有兩種方式格式化輸出：第一種方式是手動處理字串，使用字串的切片和連接操作，建立任何可以想像的輸出佈局。字串類型提供了一些將字串填入指定列寬的有用方法，馬上會討論這點。第二種方式是使用格式化字串或str.format()

方法。

string模組包含Template

類，該類別提供向字串代入值的方法。

當然還有一個問題：如何將值轉換為字串？ Python提供了將任何值轉換為字串的方法：將值傳遞給repr()或str()

函數即可。

str()函數傳回值的人類可讀的形式，而repr()產生值的解釋器可讀形式（如果沒有等價語法，將會強制拋出SyntaxError）。對於沒有提供特定適應人類閱讀形式的對象，str()函數會傳回與repr()相同的值。許多值使用str()和repr()

函數將得到相同的回傳值，例如數字或像列表和字典的結構體。特別地，字串有兩種區別明顯的表示形式。

以下是一些範例：

<code class="sourceCode python"><span class="op">>>></span> s <span class="op">=</span> <span class="st">'Hello, world.'</span>
<span class="op">>>></span> <span class="bu">str</span>(s)
<span class="co">'Hello, world.'</span>
<span class="op">>>></span> <span class="bu">repr</span>(s)
<span class="co">"'Hello, world.'"</span>
<span class="op">>>></span> <span class="bu">str</span>(<span class="dv">1</span><span class="op">/</span><span class="dv">7</span>)
<span class="co">'0.14285714285714285'</span>
<span class="op">>>></span> x <span class="op">=</span> <span class="dv">10</span> <span class="op">*</span> <span class="fl">3.25</span>
<span class="op">>>></span> y <span class="op">=</span> <span class="dv">200</span> <span class="op">*</span> <span class="dv">200</span>
<span class="op">>>></span> s <span class="op">=</span> <span class="st">'The value of x is '</span> <span class="op">+</span> <span class="bu">repr</span>(x) <span class="op">+</span> <span class="st">', and y is '</span> <span class="op">+</span> <span class="bu">repr</span>(y) <span class="op">+</span> <span class="st">'...'</span>
<span class="op">>>></span> <span class="bu">print</span>(s)
The value of x <span class="op">is</span> <span class="fl">32.5</span>, <span class="op">and</span> y <span class="op">is</span> <span class="dv">40000</span>...
<span class="op">>>></span> <span class="co"># The repr() of a string adds string quotes and backslashes:</span>
... hello <span class="op">=</span> <span class="st">'hello, world</span><span class="ch">\n</span><span class="st">'</span>
<span class="op">>>></span> hellos <span class="op">=</span> <span class="bu">repr</span>(hello)
<span class="op">>>></span> <span class="bu">print</span>(hellos)
<span class="co">'hello, world\n'</span>
<span class="op">>>></span> <span class="co"># The argument to repr() may be any Python object:</span>
... <span class="bu">repr</span>((x, y, (<span class="st">'spam'</span>, <span class="st">'eggs'</span>)))
<span class="co">"(32.5, 40000, ('spam', 'eggs'))"</span></code>

有兩種方式輸出一個平方和立方表格：

<code class="sourceCode python"><span class="op">>>></span> <span class="cf">for</span> x <span class="op">in</span> <span class="bu">range</span>(<span class="dv">1</span>, <span class="dv">11</span>):
...     <span class="bu">print</span>(<span class="bu">repr</span>(x).rjust(<span class="dv">2</span>), <span class="bu">repr</span>(x<span class="op">*</span>x).rjust(<span class="dv">3</span>), end<span class="op">=</span><span class="st">' '</span>)
...     <span class="co"># Note use of 'end' on previous line</span>
...     <span class="bu">print</span>(<span class="bu">repr</span>(x<span class="op">*</span>x<span class="op">*</span>x).rjust(<span class="dv">4</span>))
...
 <span class="dv">1</span>   <span class="dv">1</span>    <span class="dv">1</span>
 <span class="dv">2</span>   <span class="dv">4</span>    <span class="dv">8</span>
 <span class="dv">3</span>   <span class="dv">9</span>   <span class="dv">27</span>
 <span class="dv">4</span>  <span class="dv">16</span>   <span class="dv">64</span>
 <span class="dv">5</span>  <span class="dv">25</span>  <span class="dv">125</span>
 <span class="dv">6</span>  <span class="dv">36</span>  <span class="dv">216</span>
 <span class="dv">7</span>  <span class="dv">49</span>  <span class="dv">343</span>
 <span class="dv">8</span>  <span class="dv">64</span>  <span class="dv">512</span>
 <span class="dv">9</span>  <span class="dv">81</span>  <span class="dv">729</span>
<span class="dv">10</span> <span class="dv">100</span> <span class="dv">1000</span>

<span class="op">>>></span> <span class="cf">for</span> x <span class="op">in</span> <span class="bu">range</span>(<span class="dv">1</span>, <span class="dv">11</span>):
...     <span class="bu">print</span>(<span class="st">'</span><span class="sc">{0:2d}</span><span class="st"> </span><span class="sc">{1:3d}</span><span class="st"> </span><span class="sc">{2:4d}</span><span class="st">'</span>.<span class="bu">format</span>(x, x<span class="op">*</span>x, x<span class="op">*</span>x<span class="op">*</span>x))
...
 <span class="dv">1</span>   <span class="dv">1</span>    <span class="dv">1</span>
 <span class="dv">2</span>   <span class="dv">4</span>    <span class="dv">8</span>
 <span class="dv">3</span>   <span class="dv">9</span>   <span class="dv">27</span>
 <span class="dv">4</span>  <span class="dv">16</span>   <span class="dv">64</span>
 <span class="dv">5</span>  <span class="dv">25</span>  <span class="dv">125</span>
 <span class="dv">6</span>  <span class="dv">36</span>  <span class="dv">216</span>
 <span class="dv">7</span>  <span class="dv">49</span>  <span class="dv">343</span>
 <span class="dv">8</span>  <span class="dv">64</span>  <span class="dv">512</span>
 <span class="dv">9</span>  <span class="dv">81</span>  <span class="dv">729</span>
<span class="dv">10</span> <span class="dv">100</span> <span class="dv">1000</span></code>

（第一個範例中，列之間的那個空格是由print()

自動新增的：該函數在輸出時總是在參數之間插入空格）

這個範例示範了string物件的str.rjust()方法，這個方法讓字串在給定寬度的列中向右對齊，在左邊添加空格。 str.ljust()和str.center()是相似的方法。這些方法並不會改變原來的字串，只是傳回一個新的字串。如果輸入的字串太長，這些方法並不會截斷字串，而是不改變字串並返回；雖然這樣會使得列佈局混亂，但是總比輸出不真實的值好。 （若實在想截斷可以使用切片運算，如：x.ljust(n)[:n]

。）

方法str.zfill()

在數字字串左側加零，可以辨識正負號：

<code class="sourceCode python"><span class="op">>>></span> <span class="st">'12'</span>.zfill(<span class="dv">5</span>)
<span class="co">'00012'</span>
<span class="op">>>></span> <span class="st">'-3.14'</span>.zfill(<span class="dv">7</span>)
<span class="co">'-003.14'</span>
<span class="op">>>></span> <span class="st">'3.14159265359'</span>.zfill(<span class="dv">5</span>)
<span class="co">'3.14159265359'</span></code>

str.format()

的基礎使用方式是：

<code class="sourceCode python"><span class="op">>>></span> <span class="bu">print</span>(<span class="st">'We are the {} who say "{}!"'</span>.<span class="bu">format</span>(<span class="st">'knights'</span>, <span class="st">'Ni'</span>))
We are the knights who say <span class="st">"Ni!"</span></code>

傳入str.format()中的物件會取代掉花括號和其中的字元（稱為格式化域）。花括號中的數字可以用來匹配傳入str.format()

的物件清單對應位置的物件。

<code class="sourceCode python"><span class="op">>>></span> <span class="bu">print</span>(<span class="st">'</span><span class="sc">{0}</span><span class="st"> and </span><span class="sc">{1}</span><span class="st">'</span>.<span class="bu">format</span>(<span class="st">'spam'</span>, <span class="st">'eggs'</span>))
spam <span class="op">and</span> eggs
<span class="op">>>></span> <span class="bu">print</span>(<span class="st">'</span><span class="sc">{1}</span><span class="st"> and </span><span class="sc">{0}</span><span class="st">'</span>.<span class="bu">format</span>(<span class="st">'spam'</span>, <span class="st">'eggs'</span>))
eggs <span class="op">and</span> spam</code>

在str.format()

可以使用關鍵字參數，使用參數名稱來引用對應的值：

<code class="sourceCode python"><span class="op">>>></span> <span class="bu">print</span>(<span class="st">'This </span><span class="sc">{food}</span><span class="st"> is </span><span class="sc">{adjective}</span><span class="st">.'</span>.<span class="bu">format</span>(
...       food<span class="op">=</span><span class="st">'spam'</span>, adjective<span class="op">=</span><span class="st">'absolutely horrible'</span>))
This spam <span class="op">is</span> absolutely horrible.</code>

可以結合位置參數和關鍵字參數：

<code class="sourceCode python"><span class="op">>>></span> <span class="bu">print</span>(<span class="st">'The story of </span><span class="sc">{0}</span><span class="st">, </span><span class="sc">{1}</span><span class="st">, and </span><span class="sc">{other}</span><span class="st">.'</span>.<span class="bu">format</span>(<span class="st">'Bill'</span>, <span class="st">'Manfred'</span>,
                                                       other<span class="op">=</span><span class="st">'Georg'</span>))
The story of Bill, Manfred, <span class="op">and</span> Georg.</code>

!a（對應ascii()），!s（對應str()）以及!r（對應repr()

），用於在格式化之前轉換值：

<code class="sourceCode python"><span class="op">>>></span> contents <span class="op">=</span> <span class="st">'eels'</span>
<span class="op">>>></span> <span class="bu">print</span>(<span class="st">'My hovercraft is full of {}.'</span>.<span class="bu">format</span>(contents))
My hovercraft <span class="op">is</span> full of eels.
<span class="op">>>></span> <span class="bu">print</span>(<span class="st">'My hovercraft is full of {!r}.'</span>.<span class="bu">format</span>(contents))
My hovercraft <span class="op">is</span> full of <span class="st">'eels'</span>.</code>

在格式化網域後可以接可選的:以及格式化指令，允許對值的格式化進一步控制。以下範例指定PI

的精確度為3位元：

<code class="sourceCode python"><span class="op">>>></span> <span class="im">import</span> math
<span class="op">>>></span> <span class="bu">print</span>(<span class="st">'The value of PI is approximately </span><span class="sc">{0:.3f}</span><span class="st">.'</span>.<span class="bu">format</span>(math.pi))
The value of PI <span class="op">is</span> approximately <span class="fl">3.142</span>.</code>

在:

後面跟著一個整數可以指定格式化域的最小寬度。在製作表格時這很有用：

<code class="sourceCode python"><span class="op">>>></span> table <span class="op">=</span> {<span class="st">'Sjoerd'</span>: <span class="dv">4127</span>, <span class="st">'Jack'</span>: <span class="dv">4098</span>, <span class="st">'Dcab'</span>: <span class="dv">7678</span>}
<span class="op">>>></span> <span class="cf">for</span> name, phone <span class="op">in</span> table.items():
...     <span class="bu">print</span>(<span class="st">'</span><span class="sc">{0:10}</span><span class="st"> ==> </span><span class="sc">{1:10d}</span><span class="st">'</span>.<span class="bu">format</span>(name, phone))
...
Jack       <span class="op">==></span>       <span class="dv">4098</span>
Dcab       <span class="op">==></span>       <span class="dv">7678</span>
Sjoerd     <span class="op">==></span>       <span class="dv">4127</span></code>

如果有一個長的字串不想做分離，可以用名字而不是位置來引用變數。簡單的傳遞一個字典，並且使用中括號來存取鍵：

<code class="sourceCode python"><span class="op">>>></span> table <span class="op">=</span> {<span class="st">'Sjoerd'</span>: <span class="dv">4127</span>, <span class="st">'Jack'</span>: <span class="dv">4098</span>, <span class="st">'Dcab'</span>: <span class="dv">8637678</span>}
<span class="op">>>></span> <span class="bu">print</span>(<span class="st">'Jack: </span><span class="sc">{0[Jack]:d}</span><span class="st">; Sjoerd: </span><span class="sc">{0[Sjoerd]:d}</span><span class="st">; '</span>
...       <span class="st">'Dcab: </span><span class="sc">{0[Dcab]:d}</span><span class="st">'</span>.<span class="bu">format</span>(table))
Jack: <span class="dv">4098</span><span class="op">;</span> Sjoerd: <span class="dv">4127</span><span class="op">;</span> Dcab: <span class="dv">863767</span></code>

也可以使用**

將字典拆包為關鍵字參數：

<code class="sourceCode python"><span class="op">>>></span> table <span class="op">=</span> {<span class="st">'Sjoerd'</span>: <span class="dv">4127</span>, <span class="st">'Jack'</span>: <span class="dv">4098</span>, <span class="st">'Dcab'</span>: <span class="dv">8637678</span>}
<span class="op">>>></span> <span class="bu">print</span>(<span class="st">'Jack: </span><span class="sc">{Jack:d}</span><span class="st">; Sjoerd: </span><span class="sc">{Sjoerd:d}</span><span class="st">; Dcab: </span><span class="sc">{Dcab:d}</span><span class="st">'</span>.<span class="bu">format</span>(<span class="op">**</span>table))
Jack: <span class="dv">4098</span><span class="op">;</span> Sjoerd: <span class="dv">4127</span><span class="op">;</span> Dcab: <span class="dv">8637678</span></code>

###

built-in函数vars()返回将当前局部变量作为字典返回，结合vars()使用时，以上特别有用。

参考Format String Syntax，完全了解str.format()。

7.1.1 Old string formatting

可以使用%操作符格式化字符串。这种方式像sprintf()风格一样解析%左边的格式化参数，并将右边的参数应用到左边，然后返回格式化后的字符串。示例：

<code class="sourceCode python"><span class="op">>>></span> <span class="im">import</span> math
<span class="op">>>></span> <span class="bu">print</span>(<span class="st">'The value of PI is approximately </span><span class="sc">%5.3f</span><span class="st">.'</span> <span class="op">%</span> math.pi)
The value of PI <span class="op">is</span> approximately <span class="fl">3.142</span>.</code>

更多信息参见printf-style String Formatting 章节。

7.2 Reading and Writing Files

open()函数返回文件对象（file object），通常使用两个参数调用：open(filename, mode)。

<code class="sourceCode python"><span class="op">>>></span> f <span class="op">=</span> <span class="bu">open</span>(<span class="st">'workfile'</span>, <span class="st">'w'</span>)</code>

第一个参数是文件的字符串路径。第二个参数是包含几个字符的字符串，描述文件的使用方式。模式r用于读；w只用于写（存在的同名文件将会被删除）；a打开文件追加内容，所有写到文件中的内容都会自动添加到文件末尾；r+打开文件可读可写。模式参数是可选的，r是默认模式参数。

通常，文件以文本模式打开，意味着可以从文件中读写字符串，字符串以特定的格式编码。如果没有指定字符编码，那默认值是平台相关的编码（参见open()）。追加到模式参数的b指定文件以二进制模式打开：数据以字节对象的形式读写。这种模式用于不包含文本的文件。

文本模式中，读文件时默认将平台特定的行尾结束符（Unix中的\n，Windows中的\r\n）转换为\n。以文本模式写文件时，默认将所有出现的\n转换为平台特定的行尾结束符。这种暗地修改文件数据对于文本文件没有影响，但是会损坏JPEG或者EXE之类的文件的数据。使用二进制模式读写这类文件是要谨慎。

处理文件对象时使用with是比较好的实践。好处是当操作完成后文件可以恰当关闭，即使有异常发生。使用with比使用与其等价的try-finally语句块也简洁得多：

<code class="sourceCode python"><span class="op">>>></span> <span class="cf">with</span> <span class="bu">open</span>(<span class="st">'workfile'</span>) <span class="im">as</span> f:
...     read_data <span class="op">=</span> f.read()
<span class="op">>>></span> f.closed
<span class="va">True</span></code>

如果没有使用with关键字，必须手动调用f.close()方法关闭文件，立即释放占用的系统资源。如果没有明确关闭文件，Python的垃圾收集程序最终会销毁对象并关闭文件，但是这之前文件会保持打开状态一段时间。另一个风险是不同的Python解释器实现会在不同的时刻做回收操作。

文件对象关闭后，无论通过with语句还是使用f.close()试图使用文件对象都会失败：

<code class="sourceCode python"><span class="op">>>></span> f.close()
<span class="op">>>></span> f.read()
Traceback (most recent call last):
  File <span class="st">"<stdin>"</span>, line <span class="dv">1</span>, <span class="op">in</span> <span class="op"><</span>module<span class="op">></span>
<span class="pp">ValueError</span>: I<span class="op">/</span>O operation on closed <span class="bu">file</span></code>

7.2.1 Methods of File Objects

这个章节以下的示例中，假设已经创建了一个叫做f的文件对象。

使用f.read(size)读取文件内容，该方法读取指定数量数据并作为字符串（文本模式）或者字节对象（二进制模式）返回。size是可选的数字参数。size省略或者为负数时，会读取整个文件内容并且返回，如果文件大小比机器内存要大时，全部读取会产生问题。若指定size，至多size大小的字节被读取并返回。如果读到了文件末尾，f.read()返回空字符串（''）。

<code class="sourceCode python"><span class="op">>>></span> f.read()
<span class="co">'This is the entire file.\n'</span>
<span class="op">>>></span> f.read()
<span class="co">''</span></code>

f.readline()从文件中读取单行，读取到的字符串末尾会自动加上换行符（\n），只有当文件不以换行符结尾时，读取到文件的最后一行才不会自动加'\n'。这样使得返回值不会含糊不清，如果f.readline()返回空字符串时，那么就读到了文件末尾，而空行则返回\n表示，这是一个只包含单个换行符的字符串。

<code class="sourceCode python"><span class="op">>>></span> f.readline()
<span class="co">'This is the first line of the file.\n'</span>
<span class="op">>>></span> f.readline()
<span class="co">'Second line of the file\n'</span>
<span class="op">>>></span> f.readline()
<span class="co">''</span></code>

使用迭代文件对象的方式，从文件中读取行。这种方式内存高效，快速，代码简洁：

<code class="sourceCode python"><span class="op">>>></span> <span class="cf">for</span> line <span class="op">in</span> f:
...     <span class="bu">print</span>(line, end<span class="op">=</span><span class="st">''</span>)
...
This <span class="op">is</span> the first line of the <span class="bu">file</span>.
Second line of the <span class="bu">file</span></code>

如果需要读取文件所有行到列表中，可以使用list(f)或者f.readlines()。

f.write(string)将内容string写入文件，返回写入的字符串数。

<code class="sourceCode python"><span class="op">>>></span> f.write(<span class="st">'This is a test</span><span class="ch">\n</span><span class="st">'</span>)
<span class="dv">15</span></code>

其他类型的对象在写入之前对象需要转换，要么转换为字符串（文本模式），要么转换为字节对象（二进制模式）：

<code class="sourceCode python"><span class="op">>>></span> value <span class="op">=</span> (<span class="st">'the answer'</span>, <span class="dv">42</span>)
<span class="op">>>></span> s <span class="op">=</span> <span class="bu">str</span>(value)  <span class="co"># convert the tuple to string</span>
<span class="op">>>></span> f.write(s)
<span class="dv">18</span></code>

在二进制模式中，f.tell()方法返回一个数字，该数字指示文件对象在文件中的当前位置，是相对于文件开始的字节数目。在文本模式中，该方法返回一个模糊的数字。

使用f.seek(offset, from_what)改变文件对象的位置。offset（偏移量）加上from_what参数指定的参考点计算出要移动到的位置。from_what值为0时表示文件开头为参考点，1表示当前文件位置为参考点，2表示文件末尾为参考点。from_what可以省略，默认为0，指示文件开头为参考点。

<code class="sourceCode python"><span class="op">>>></span> f <span class="op">=</span> <span class="bu">open</span>(<span class="st">'workfile'</span>, <span class="st">'rb+'</span>)
<span class="op">>>></span> f.write(b<span class="st">'0123456789abcdef'</span>)
<span class="dv">16</span>
<span class="op">>>></span> f.seek(<span class="dv">5</span>)      <span class="co"># Go to the 6th byte in the file</span>
<span class="dv">5</span>
<span class="op">>>></span> f.read(<span class="dv">1</span>)
b<span class="st">'5'</span>
<span class="op">>>></span> f.seek(<span class="op">-</span><span class="dv">3</span>, <span class="dv">2</span>)  <span class="co"># Go to the 3rd byte before the end</span>
<span class="dv">13</span>
<span class="op">>>></span> f.read(<span class="dv">1</span>)
b<span class="st">'d'</span></code>

文本文件中（没有使用b，以文本模式打开），只允许使用相对于文件开头的seek()方法（使用seek(0, 2)寻找文件末尾例外），并且有效的offset值（偏移量）只能是f.tell()的返回值或者0。任何其他的offset值（偏移量）都会发生未定义的行为。

文件对象有一些额外的方法，比如很少使用的isatty()和truncate()。查阅库文件手册获取关于文件对象的完整信息。

7.2.2 Saving structured data with json

字符串可以很容易从文件中读取或写入到文件中。由于read()方法只返回字符串，数字需要额外转换，使用如int()的函数，输入字符串'123'返回数字值123。当希望保存更为复杂的数据类型，像嵌套列表或者字典之类的，手动解析和序列化就变得复杂了。

不需要用户不断编写和调试保存复杂数据类型到文件的代码，Python提供了流行的数据交换格式JSON(JavaScript Object Notation)。标准模块json可以接收Python数据结构，并把它们转换为字符串表示形式，这个过程称为序列化。从字符串形式重新构造数据称为反序列化。在序列化合反序列换之间，字符串形式表示的对象可以存储到文件或者数据中，或者通过网络连接发送到远程目标机器。

注解：JSON格式普遍用于现代应用程序中，用于数据交换。许多程序员已经熟悉了，是一种不错的协作选择

可以使用以下代码查看对象x的JSON字符串表示形式：

<code class="sourceCode python"><span class="op">>>></span> <span class="im">import</span> json
<span class="op">>>></span> json.dumps([<span class="dv">1</span>, <span class="st">'simple'</span>, <span class="st">'list'</span>])
<span class="co">'[1, "simple", "list"]'</span></code>

另一种dumps()方法的变种，dump()，该方法简单将对象序列化到文本文件。如果f是已经以写模式打开的文本文件对象，可以使用如下代码：

<code class="sourceCode python">json.dump(x, f)</code>

可以再次解码对象，如果f是以读模式打开的文本文件对象：

<code class="sourceCode python">x <span class="op">=</span> json.load(f)</code>

以上是可以处理列表和字典的简单序列化技术，但是要处理任意类实例需要额外的操作。json模块的参考内容包含以下解释：

参见：pickle - pickle模块

与JSON不同，pickle是一种协议，允许任意复杂Python对象序列化。就这一点论，它只能用于 Python， 而不能用于与其他语言编写的应用程序通信。默认情况下它是不安全的：如果数据由熟练的攻击者精心制作， 反序列化来自一个不受信任源的 pickle 数据可以执行任意代码。

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