Python3 輸入和輸出

在前面幾個章節中,我們其實已經接觸了 Python 的輸入輸出的功能。本章節我們將具體介紹 Python 的輸入輸出。


輸出格式美化

Python兩種輸出值的方式: 運算式敘述和 print() 函式。

第三種方式是使用檔案物件的 write() 方法,標準輸出檔案可以用 sys.stdout 引用。

如果你希望輸出的形式更加多樣,可以使用 str.format() 函式來格式化輸出值。

如果你希望將輸出的值轉成字串,可以使用 repr() 或 str() 函式來實現。

  • str(): 函式回傳一個使用者易讀的表達形式。
  • repr(): 產生一個直譯器易讀的表達形式。

例如

>>> s = 'Hello, Twcode01'
>>> str(s)
'Hello, Twcode01'
>>> repr(s)
"'Hello, Twcode01'"
>>> str(1/7)
'0.14285714285714285'
>>> x = 10 * 3.25
>>> y = 200 * 200
>>> s = 'x 的值為: ' + repr(x) + ',  y 的值為:' + repr(y) + '...'
>>> print(s)
x 的值為: 32.5,  y 的值為:40000...
>>> #  repr() 函式可以跳脫字元串中的特殊字元
... hello = 'hello, twcode01\n'
>>> hellos = repr(hello)
>>> print(hellos)
'hello, twcode01\n'
>>> # repr() 的引數可以是 Python 的任何物件
... repr((x, y, ('Google', 'Twcode01')))
"(32.5, 40000, ('Google', 'Twcode01'))"

這裡有兩種方式輸出一個平方與立方的表:

>>> for x in range(1, 11):
...     print(repr(x).rjust(2), repr(x*x).rjust(3), end=' ')
...     # 注意前一行 'end' 的使用
...     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

注意:在第一個範例中, 每列間的空白由 print() 新增。

這個範例展示了字串物件的 rjust() 方法, 它可以將字串靠右, 並在左邊填充空白。

還有類似的方法, 如 ljust() 和 center()。 這些方法並不會寫任何東西, 它們僅僅回傳新的字串。

另一個方法 zfill(), 它會在數值的左邊填充 0,如下所示:

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

str.format() 的基本使用如下:

>>> print('{}網址: "{}!"'.format('線上程式語言教學練習', 'www.twcode01.com'))
線上程式語言教學練習網址: "www.twcode01.com!"

括弧及其裡面的字元 (稱作格式化欄位) 將會被 format() 中的引數取代。

在括弧中的數值用於指向傳入物件在 format() 中的位置,如下所示:

>>> print('{0} 和 {1}'.format('Google', 'Twcode01'))
Google 和 Twcode01
>>> print('{1} 和 {0}'.format('Google', 'Twcode01'))
Twcode01 和 Google

如果在 format() 中使用了關鍵字引數, 那麼它們的值會指向使用該名字的引數。

>>> print('{name}網址: {site}'.format(name='線上程式語言教學練習', site='www.twcode01.com'))
線上程式語言教學練習網址: www.twcode01.com

位置及關鍵字引數可以任意的結合:

>>> print('站點串列 {0}, {1}, 和 {other}。'.format('Google', 'Twcode01', other='Taobao'))
站點串列 Google, Twcode01, 和 Taobao。

!a (使用 ascii()), !s (使用 str()) 和 !r (使用 repr()) 可以用於在格式化某個值之前對其進行轉化:

>>> import math
>>> print('常量 PI 的值近似為: {}。'.format(math.pi))
常量 PI 的值近似為: 3.141592653589793
>>> print('常量 PI 的值近似為: {!r}。'.format(math.pi))
常量 PI 的值近似為: 3.141592653589793

可選項 : 和格式標識符可以跟著欄位名。 這就允許對值進行更好的格式化。 下面的範例將 Pi 保留到小數點後三位:

>>> import math
>>> print('常量 PI 的值近似為 {0:.3f}。'.format(math.pi))
常量 PI 的值近似為 3.142

: 後傳入一個整數, 可以保證該域至少有這麼多的寬度。 用於美化表格時很有用。

>>> table = {'Google': 1, 'Twcode01': 2, 'Taobao': 3}
>>> for name, number in table.items():
...     print('{0:10} ==> {1:10d}'.format(name, number))
...
Google     ==>          1
Twcode01     ==>          2
Taobao     ==>          3

如果你有一個很長的格式化字串, 而你不想將它們分開, 那麼在格式化時透過變數名而非位置會是很好的事情。

最簡單的就是傳入一個字典, 然後使用方括弧 [] 來存取鍵值 :

>>> table = {'Google': 1, 'Twcode01': 2, 'Taobao': 3}
>>> print('Twcode01: {0[Twcode01]:d}; Google: {0[Google]:d}; Taobao: {0[Taobao]:d}'.format(table))
Twcode01: 2; Google: 1; Taobao: 3

也可以透過在 table 變數前使用 ** 來實現相同的功能:

>>> table = {'Google': 1, 'Twcode01': 2, 'Taobao': 3}
>>> print('Twcode01: {Twcode01:d}; Google: {Google:d}; Taobao: {Taobao:d}'.format(**table))
Twcode01: 2; Google: 1; Taobao: 3

舊式字串格式化

% 運算子也可以實現字串格式化。 它將左邊的引數作為類似 sprintf() 式的格式化字串, 而將右邊的代入, 然後回傳格式化後的字串. 例如:

>>> import math
>>> print('常量 PI 的值近似為:%5.3f。' % math.pi)
常量 PI 的值近似為:3.142

因為 str.format() 是比較新的函式, 大多數的 Python 程式碼仍然使用 % 運算子。但是因為這種舊式的格式化最終會從該語言中移除, 應該更多的使用 str.format().


讀取鍵盤輸入

Python提供了 input() 內建函式從標準輸入讀入一行文字,預設的標準輸入是鍵盤。

input 可以接收一個Python運算式作為輸入,並將運算結果回傳。

範例

#!/usr/bin/python3

str = input("請輸入:");
print ("你輸入的內容是: ", str)

這會產生如下的對應著輸入的結果:

請輸入:線上程式語言教學練習
你輸入的內容是:  線上程式語言教學練習

讀和寫檔案

open() 將會回傳一個 file 物件,基本語法格式如下:

open(filename, mode)
  • filename:包含了你要存取的檔名稱的字串值。
  • mode:決定了開啟檔案的模式:唯讀,寫入,新增等。所有可取值見如下的完全串列。這個引數是非強制的,預設檔案存取模式為唯讀(r)。

不同模式開啟檔案的完全串列:

模式描述
r以唯讀方式開啟檔案。檔案的指標將會放在檔案的開頭。這是預設模式。
rb以二進位制格式開啟一個檔案用於唯讀。檔案指標將會放在檔案的開頭。
r+開啟一個檔案用於讀寫。檔案指標將會放在檔案的開頭。
rb+以二進位制格式開啟一個檔案用於讀寫。檔案指標將會放在檔案的開頭。
w開啟一個檔案只用於寫入。如果該檔案已存在則開啟檔案,並從開頭開始編輯,即原有內容會被刪除。如果該檔案不存在,建立新檔案。
wb以二進位制格式開啟一個檔案只用於寫入。如果該檔案已存在則開啟檔案,並從開頭開始編輯,即原有內容會被刪除。如果該檔案不存在,建立新檔案。
w+開啟一個檔案用於讀寫。如果該檔案已存在則開啟檔案,並從開頭開始編輯,即原有內容會被刪除。如果該檔案不存在,建立新檔案。
wb+以二進位制格式開啟一個檔案用於讀寫。如果該檔案已存在則開啟檔案,並從開頭開始編輯,即原有內容會被刪除。如果該檔案不存在,建立新檔案。
a開啟一個檔案用於新增。如果該檔案已存在,檔案指標將會放在檔案的結尾。也就是說,新的內容將會被寫入到已有內容之後。如果該檔案不存在,建立新檔案進行寫入。
ab以二進位制格式開啟一個檔案用於新增。如果該檔案已存在,檔案指標將會放在檔案的結尾。也就是說,新的內容將會被寫入到已有內容之後。如果該檔案不存在,建立新檔案進行寫入。
a+開啟一個檔案用於讀寫。如果該檔案已存在,檔案指標將會放在檔案的結尾。檔案開啟時會是新增模式。如果該檔案不存在,建立新檔案用於讀寫。
ab+以二進位制格式開啟一個檔案用於新增。如果該檔案已存在,檔案指標將會放在檔案的結尾。如果該檔案不存在,建立新檔案用於讀寫。

下圖很好的總結了這幾種模式:

模式 r r+ w w+ a a+
+ + + +
+ + + + +
建立 + + + +
覆蓋 + +
指標在開始 + + + +
指標在結尾 + +

以下例項將字串寫入到檔案 foo.txt 中:

範例

#!/usr/bin/python3

# 開啟一個檔案
f = open("/tmp/foo.txt", "w")

f.write( "Python 是一個非常好的語言。\n是的,的確非常好!!\n" )

# 關閉開啟的檔案
f.close()
  • 第一個引數為要開啟的檔名。
  • 第二個引數描述檔案如何使用的字元。 mode 可以是 'r' 如果檔案唯讀, 'w' 只用於寫 (如果存在同名檔案則將被刪除), 和 'a' 用於新增檔案內容; 所寫的任何資料都會被自動增加到末尾. 'r+' 同時用於讀寫。 mode 引數是可選的; 'r' 將是預設值。

此時開啟檔案 foo.txt,顯示如下:

$ cat /tmp/foo.txt 
Python 是一個非常好的語言。
是的,的確非常好!!

檔案物件的方法

本節中剩下的範例假設已經建立了一個稱為 f 的檔案物件。

f.read()

為了讀取一個檔案的內容,呼叫 f.read(size), 這將讀取一定數目的資料, 然後作為字串或位元組物件回傳。

size 是一個可選的數值型別的引數。 當 size 被忽略了或者為負, 那麼該檔案的所有內容都將被讀取並且回傳。

以下例項假定檔案 foo.txt 已存在(上面例項中已建立):

範例

#!/usr/bin/python3

# 開啟一個檔案
f = open("/tmp/foo.txt", "r")

str = f.read()
print(str)

# 關閉開啟的檔案
f.close()

執行以上程式,輸出結果為:

Python 是一個非常好的語言。
是的,的確非常好!!

f.readline()

f.readline() 會從檔案中讀取單獨的一行。換行符為 '\n'。f.readline() 如果回傳一個空字串, 說明已經已經讀取到最後一行。

範例

#!/usr/bin/python3

# 開啟一個檔案
f = open("/tmp/foo.txt", "r")

str = f.readline()
print(str)

# 關閉開啟的檔案
f.close()

執行以上程式,輸出結果為:

Python 是一個非常好的語言。

f.readlines()

f.readlines() 將回傳該檔案中包含的所有行。

如果設定可選引數 sizehint, 則讀取指定長度的位元組, 並且將這些位元組按行分割。

範例

#!/usr/bin/python3

# 開啟一個檔案
f = open("/tmp/foo.txt", "r")

str = f.readlines()
print(str)

# 關閉開啟的檔案
f.close()

執行以上程式,輸出結果為:

['Python 是一個非常好的語言。\n', '是的,的確非常好!!\n']

另一種方式是迭代一個檔案物件然後讀取每行:

範例

#!/usr/bin/python3

# 開啟一個檔案
f = open("/tmp/foo.txt", "r")

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

# 關閉開啟的檔案
f.close()

執行以上程式,輸出結果為:

Python 是一個非常好的語言。
是的,的確非常好!!

這個方法很簡單, 但是並沒有提供一個很好的控制。 因為兩者的處理機制不同, 最好不要混用。

f.write()

f.write(string) 將 string 寫入到檔案中, 然後回傳寫入的字元數。

範例

#!/usr/bin/python3

# 開啟一個檔案
f = open("/tmp/foo.txt", "w")

num = f.write( "Python 是一個非常好的語言。\n是的,的確非常好!!\n" )
print(num)
# 關閉開啟的檔案
f.close()

執行以上程式,輸出結果為:

29

如果要寫入一些不是字串的東西, 那麼將需要先進行轉換:

範例

#!/usr/bin/python3

# 開啟一個檔案
f = open("/tmp/foo1.txt", "w")

value = ('www.twcode01.com', 14)
s = str(value)
f.write(s)

# 關閉開啟的檔案
f.close()

執行以上程式,開啟 foo1.txt 檔案:

$ cat /tmp/foo1.txt 
('www.twcode01.com', 14)

f.tell()

f.tell() 回傳檔案物件當前所處的位置, 它是從檔案開頭開始算起的位元組數。

f.seek()

如果要改變檔案當前的位置, 可以使用 f.seek(offset, from_what) 函式。

from_what 的值, 如果是 0 表示開頭, 如果是 1 表示當前位置, 2 表示檔案的結尾,例如:

  • seek(x,0) : 從起始位置即檔案首行首字元開始移動 x 個字元
  • seek(x,1) : 表示從當前位置往後移動x個字元
  • seek(-x,2):表示從檔案的結尾往前移動x個字元

from_what 值為預設為0,即檔案開頭。下面給出一個完整的範例:

>>> f = open('/tmp/foo.txt', 'rb+')
>>> f.write(b'0123456789abcdef')
16
>>> f.seek(5)     # 移動到檔案的第六個位元組
5
>>> f.read(1)
b'5'
>>> f.seek(-3, 2) # 移動到檔案的倒數第三位元組
13
>>> f.read(1)
b'd'

f.close()

在文字檔案中 (那些開啟檔案的模式下沒有 b 的), 只會相對於檔案起始位置進行定位。

當你處理完一個檔案後, 呼叫 f.close() 來關閉檔案並釋放系統的資源,如果嘗試再呼叫該檔案,則會丟擲異常。

>>> f.close()
>>> f.read()
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in ?
ValueError: I/O operation on closed file

當處理一個檔案物件時, 使用 with 關鍵字是非常好的方式。在結束後, 它會幫你正確的關閉檔案。 而且寫起來也比 try - finally 敘述塊要簡短:

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

檔案物件還有其他方法, 如 isatty() 和 trucate(), 但這些通常比較少用。


pickle 模組

python的pickle模組實現了基本的資料序列和反序列化。

透過pickle模組的序列化操作我們能夠將程式中執行的物件訊息儲存到檔案中去,永久儲存。

透過pickle模組的反序列化操作,我們能夠從檔案中建立上一次程式儲存的物件。

基本介面:

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

有了 pickle 這個物件, 就能對 file 以讀取的形式開啟:

x = pickle.load(file)

註解:從 file 中讀取一個字串,並將它重構為原來的python物件。

file: 類檔案物件,有read()和readline()介面。

範例 1

#!/usr/bin/python3
import pickle

# 使用pickle模組將資料物件儲存到檔案
data1 = {'a': [1, 2.0, 3, 4+6j],
         'b': ('string', u'Unicode string'),
         'c': None}

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

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

# Pickle dictionary using protocol 0.
pickle.dump(data1, output)

# Pickle the list using the highest protocol available.
pickle.dump(selfref_list, output, -1)

output.close()

範例 2

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

#使用pickle模組從檔案中重構python物件
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()