学习处理文件，让程序可以快速分析大量数据；学习错误处理。避免程序在面对意外情形时崩溃；学习异常，它们是Python创建的特殊对象，用于管理程序运行时出现的错误；学习json模块，它能够保存用户数据，以免在程序停止运行后丢失。
学习处理文件和保存数据可让程序使用起来更容易。用户将能够选择输入什么样的数据，以及在什么时候输入；用户用你的程序做一些工作后，可将程序关闭，以后再接着往下做，学习处理异常可以帮助应对文件不存在的情形，以及处理其他可能导致程序奔溃的问题。这让程序在面对错误的数据时更健壮，不管这些错误数据源于无意的错误，还是源自于破坏程序的恶意企图。
提高程序适用性、可用性和稳定性。

10.1 从文件中读取数据

文本文件可存储数据量很多。每当需要分析或修改存储在文件中的信息时，读取文件都很有用，对数据分析应用程序来说尤其如此。
例如：编写一个程序，读取一个文本文件的内容，重新设置这些数据的格式并将其写入文件，让浏览器能够显示这些内容。
要使用文本文件中的信息，首先需要将信息读取到内存中。为此，可以一次性读取全部内容，也可以以每次一行的方式逐步读取。

10.1.1 读取整个文件

要读取文件，需要一个包含几行文本的文件。下面先创建一个文件，它包含一个到小数点后30位的圆周率值，并且在小数点后每10位处换行：

3.1415926535
  8979323846
  2643383279

# file_reader.py
with open('pi_digits.txt') as file_object:
    contents = file_object.read()
print(contents)

在这个程序中，第一行代码做了大量的工作。函数open(),要以任何方式使用文件，哪怕仅仅是打印起内容，都得先打开文件，才能访问它，函数open()接受一个参数：要打开的文件的名称，Python在当前执行的文件所在的目录中查找指定的文件。函数open()返回一个表示文件的对象，在这里open('pi_disgits.txt')返回一个表示文件pi_digits.txt的对象，Python将该对象赋给file_object供以后使用。
关键字with在不需要访问文件后将其关闭，在这个程序中，调用了open(),但没有调用close()。也可以调用open()和close()来打开和关闭文件，但这样做，如果程序导致bug导致方法close()未执行，文件将不会关闭，看似微不足道，但未妥善关闭文件可能导致数据丢失或受损。如果在程序中过早的调用close(),会发现需要使用文件时它以关闭（无法访问），这会导致更多的错误。并非在任何情况下都能轻松确定关闭文件的恰当时机，但通过使用前面所示的结构，可让Python去确定，我们只需打开文件，并在需要的时候使用它，Python自会在何使的时候自动将其关闭。
方法read()读取这个文件的全部内容，并将其作为一个常常的字符串赋给变量contents。
相比于原始文件，该输出唯一不同的地方是末尾多了一个空行。因为read()到达文件末尾返回一个空字符串，而将这个空字符串显示出来时就是一个空行，要删除多出来的空行，可在函数调用print()中使用rstrip().
rstrip()删除字符串末尾的空白。

10.1.2 文件路径

将类似于pi_digits.txt的简单文件名传递给函数open()时，Python将在当前只需的文件所在的目录中查找。
根据文件的组织方式，有时候可能需要打开不在程序所属目录中的文件。

with open('text_files/filename.txt') as file_object:

绝对路径通常比相对路径长，因此将其赋给一个变量，再将该变量传递给open()会有所帮助：

file_path = '/home/data/other_file/xx/xx.txt'
with open(file_path) as file_object:

通过使用绝对路径，可读取系统中的任何地方的文件。

注意：如果再文件路径中直接使用反斜杠，将引发错误。因为反斜杠用于对字符串中的字符进行转义。例如，对于路径"C:\PATH\to\file.txt",其中的\t被解读为制表符。如果一定要使用反斜杠，可对路径中的每个反斜杠都进行转义.
"C:\\PATH\\TO\\FILE.TXT"

10.1.3 逐行读取

读取文件时，常常需要检查其中的每一行：可能要在文件中查找特定的信息，或者以某种方式修改文件中的文本。例如，你可能要遍历一个包含天气数据的文件，并使用天气描述中包含sunny字符的行。在新闻报道中，你可能会查找包含标签\<headline>的行，并按照特定的格式设定它。
要以每次一行的方式检查文件，可对文件对象使用for循环：

file_name = 'pi_digits.txt'
with open(file_name) as file_object:
#    contents = file_object.read()
#print(contents.rstrip())
    for line in file_object:
        print(line.rstrip())

print()自带一个换行，且每行末尾都带一个换行符。

10.1.4 创建一个包含文件各行内容的列表

使用关键字with时，open()返回的文件多谢只在with代码块内用。如果要在with代码块之外访问文件的内容，可在with代码块内将文件的各行存储在一个列表内。并且在with代码块之外使用该列表：可以立即处理文件的各个部分，也可以推迟到程序后面再处理。

file_name = 'pi_digits.txt'
with open(file_name) as file_object:
    lines = file_object.readlines()
for line in lines:
    print(line.strip())

readlines()从文件中读取每一行，并且将其存储在一个列表中。接下来，该列表被赋给变量lines。在with代码块外面，依然可以使用这个变量。

10.1.5 使用文件的内容

将文件读取到内存后，就能以任何方式使用这些数据了。首先，创建一个字符串，它包含文件中存储的所有数字，且没有任何空格：

file_name = 'pi_digits.txt'
with open(file_name) as file_object:
    lines = file_object.readlines()
pi_string = ''
for line in lines:
    pi_string += line.rstrip()
print(pi_string)
print(len(pi_string))

变量pi_string指向的字符串包含原来位于每行左边的空格，为删除可以使用strip()而非rstrip():

字符串长度32，包含了整数部分3和小数点.。

注意：读取文本文件时，Python将其中的所有文本都解读为字符串。如果读取的是数，并要将其作为数值使用，就必须使用int()将其转换为整数或者使用函数float()将其转换为浮点数。

10.1.6 包含一百万位的大型文件

只需要将这个文件传递给它即可，只打印小数点后50位。

file_name = 'pi_million_digits.txt'
with open(file_name) as file_object:
    lines = file_object.readlines()
pi_string = ''
for line in lines:
    pi_string += line.strip()
print(f"{pi_string[:52]}...")
print(len(pi_string))

对可以处理的数据量，Python没有任何限制。只要系统的内存足够多，要处理多少数据都可以。

10.1.7 圆周率知道你的生日吗？

file_name = 'pi_million_digits.txt'
with open(file_name) as file_object:
    lines = file_object.readlines()
pi_string = ''
for line in lines:
    pi_string += line.strip()
birthday = input("Enter your birthday:")
if birthday in pi_string:
    print("Yes!")
else:
    print("No~!")

10.2 写入文件

保存数据的最简单方式之一是将其写入文件。通过输出写入文件，即便关闭包含程序输出的终端窗口，这些输出也依然存在；可以在程序运行后查看这些输出，可以与别人分享输出文件，还可以编写程序来将这些输出读取到内存中并进行处理。

10.2.1 写入空文件

要将文本写入文件，在调用open()时候提供另外一个实参，告诉Python你要写入打开的文件。为明白其中的工作原理，来将一条简单的消息存储到文件中。

filename = 'programming.txt'

with open(filename,'w') as file_object:
    file_object.write("I love programming")

在本例中，调用open()时提供两个实参。第一个实参也是要打开的文件的名称，第二个实参（'w'）告诉Python，要以写入模式打开这个文件。打开文件时，可指定读取模式（'r'）,写入模式('w')，附加模式('a')或读写模式（'r+'）。如果省略了模式参数，Python将以只读模式打开文件。
如果要写入的文件不存在，函数open()将自动创建它，然而，以写入('w')打开文件时，千万要小心，因为如果指定的文件已经存在，Python将在返回文件对象前清空该文件的内容。

Python只能将字符串写入文本文件。要将数值数据存储到文本文件中，必须先使用函数str()将其转换为字符串格式.

10.2.2 写入多行

函数write()不会在写入的文本末尾添加换行符，因此如果写入多行时候没有指定换行符：

filename = 'programming.txt'

with open(filename,'w') as file_object:
    file_object.write("I love programming")
    file_object.write("Hei~GuoAn")

加入换行符

还可以使用空格，制表符和空行来设置这些输出的格式。

10.2.3 附加到文件

如果要给文件添加内容，而不是覆盖原有的内容，可以使用附加模式打开文件。以附加模式打开文件时，Python不会在返回文件对象前清空文件的内容，而是将写入文件的行添加到文件末尾。如果指定文件不存在，Python将创建空文件。

filename = 'programming.txt'

with open(filename,'a') as file_object:
    file_object.write("I love programming\n")
    file_object.write("Hei~GuoAn\n")

10.3 异常

Python使用称为异常的特殊对象来管理程序指向期间发生的错误。每当发生让Python不知所措的错误时，它都创建一个异常对象，如果编写了处理该异常的代码，程序将继续运行：如果未对异常进行处理，程序将停止并显示traceback，其中包含有关异常的报告。
异常是使用try-except代码块处理的。try-except代码让Python指向指定的操作，同时告诉Python发生异常时候该怎么办。使用try-except代码块时，即使出现异常，程序也将继续运行，显示编写的友好的错误消息，而不是令用户迷惑的traceback。

10.3.1 处理ZeroDivisionError异常

当一个数除以0时候：

错误ZeroDivisionError是个异常对象，Python无法按照要求做时，就会创建这样的对象。在这种情况下，Python将会停止运行，并指出发生了什么异常。

10.3.2 使用try-except代码块

当你认为可能会发生错误时，可以编写一个try-except代码块来处理可能引发的异常，让Python尝试运行一些代码，并告诉它如果这些代码引发了指定的异常该怎么办。
处理ZeroDivisionError异常的代码类似于：

try:
    print(5/0)
except ZeroDivisionError:
    print("You can't divide by zero!")

将导致错误的代码行print(5/0)放在一个try代码块中，如果try代码块中的代码运行起来没有问题，Python将跳过except代码块；如果try代码块中的代码导致了错误，Python将查找与之匹配的except代码块并运行其中的代码。
如果try-except代码块后面还有其他代码，程序将接着运行，因为已经告诉了Python如何处理这种错误。

10.3.3 使用异常避免奔溃

发生错误时候，如果程序还有其他工作尚未完成，妥善处理错误就尤其重要。这种情况经常会出现在要求用户提供输入的程序；如果程序能够妥善地处理无效输入，就能再提示用户提供的有效输入，而不至于奔溃。

print("Give me two numbers,and I'will divide them.")
print("Enter 'q' to quit.")

while True:
    first_number = input("\nFirst number:")
    if first_number == 'q':
        break
    second_number = input("\nSecond number:")
    if first_number == 'q':
        break
    answer = int(first_number) / int(second_number)
    print(answer)

露出这样的信息可能会被攻击。

10.3.4 else代码块

print("Give me two numbers,and I'will divide them.")
print("Enter 'q' to quit.")

while True:
    first_number = input("\nFirst number:")
    if first_number == 'q':
        break
    second_number = input("\nSecond number:")
    if first_number == 'q':
        break
    try:
        answer = int(first_number) / int(second_number)
    except ZeroDivisionError:
        print("You can't divide by 0!")
    else:
        print(answer)

依赖try代码块成功执行的代码都应放到else代码块中。
try-except-else代码块的工作原理大致如下：Python代码尝试执行try代码块中的代码，只有可能引发异常的代码才需要放在try语句中。有时候，有一些仅在代码块成功执行时才需要允运行的代码，这些代码应该放在else代码块中，except代码块告诉Python，如果尝试运行try代码块中的代码时引发了指定的异常该怎么办。
通过预测可能发生错误的代码、可编写健壮的程序。它们即使面对无效数据或缺少资源，也能继续运行，从而抵御无意的用户错误和恶意攻击。

10.3.5 处理FileNotFoundError异常

使用文件时，一种常见的问题是找不到文件：查找的文件可能在其他地方，文件名可能不正确，或者这个文件根本就不存在。对于所有这些情形，都可以使用try-except代码块以直观的方式处理。
我们来尝试读取一个不存在的文件夹。下面的程序尝试读取文件alice.txt的内容，但该文件没有存储在alice.py所在的目录

filename = 'alice.txt'

with open(filename,encoding='utf-8') as f:
    contents = f.read()

与前面相比有两个不同：一是使用变量f来表示文件对象，这是一种常见的做法。二是给参数encoding值制定了值，在系统默认编码与要读取的文件使用的编码不一致时，必须这样做。
这个错误是由open()导致的。因此，要处理这个错误，必须将try语句放在包含open()的代码行之前：

filename = 'alice.txt'

try:
    with open(filename,encoding='utf-8') as f:
        contents = f.read()
except FileNotFoundError:
    print(f"Sorry,the file {filename} does not exist.")

如果文件不存在，这个程序就什么都做不了。错误处理代码也意义不大，下面来拓展这个示例，使用多文件时，异常处理可以提供什么样的帮助。

10.3.6 分析文本

可以分析包含整本书的文本文件，很多经典文学作品都是简单以文本文件的形式提供的，因为它们不受版权限制。
下面来提取arr = [] title = "Alice in Wonderland"
arr = title.split()
print(arr)的文本，并尝试计算它包含多少个单词。
使用方法split(),它能根据一个字符串创建一个单词列表。
例如：

arr = []
title = "Alice in Wonderland"
arr = title.split()
print(arr)

方法split()以空格为分隔符将字符串拆分成多个部分，并将这些部分存储到一个列表中，结果是一个包含字符串中所有单词的列表。虽然有些单词可能包含标点，为计算这本书包含多少个单词，将对整篇小说调用split(),再计算得到的列表包含多少个元素，从而确定整篇童话大致包含多少个单词：

filename = 'alice.txt'

try:
    with open(filename,encoding='utf-8') as f:
        contents = f.read()
except FileNotFoundError:
    print(f"Sorry,the file {filename} does not exist.")
else:
    # 计算该文件大致包含多少个单词
    words = contents.split()
    num_words = len(words)
    print(f"The file {filename} has about {num_words} words.")

10.3.7 使用多个文件

下面多分析几本书。再此之前，先将这个程序的大部分代码移动到一个名为count_words()的函数中。

def count_words(filename):
    """计算一个文件大致包含多少个单词"""
    try:
        with open(filename, encoding='utf-8') as f:
            contents = f.read()
    except FileNotFoundError:
        print(f"Sorry,the file {filename} does not exist.")
    else:
        # 计算该文件大致包含多少个单词
        words = contents.split()
        num_words = len(words)
        print(f"The file {filename} has about {num_words} words.")
filenames = ['alice.txt','siddhartha.txt','moby_dic.txt','little_women.txt']
for filename in filenames:
    count_words(filename)

避免因为没有找到一个而停止，避免用户看到traceback。

10.3.8 静默失败

前面一个示例，告诉用户有一个文件找不到，但并非每次捕获异常都需要告诉用户，有时候希望程序在常时保持静默，就像什么都没发生一样继续运行。要让程序静默失败，可像通常那样编写try代码块，而在except代码块中明确地告诉Python什么都不要做。Python有一个pass语句，可用于让Python在代码块中什么都不要做。

def count_words(filename):
    """计算一个文件大致包含多少个单词"""
    try:
        with open(filename, encoding='utf-8') as f:
            contents = f.read()
    except FileNotFoundError:
        # print(f"Sorry,the file {filename} does not exist.")
        pass
    else:
        # 计算该文件大致包含多少个单词
        words = contents.split()
        num_words = len(words)
        print(f"The file {filename} has about {num_words} words.")
filenames = ['alice.txt','siddhartha.txt','moby_dic.txt','little_women.txt']
for filename in filenames:
    count_words(filename)

pass语句还冲到了占位符，提醒你在程序的某个地方什么都没有做，并且以后也许要在这里做些什么，例如，在这个程序中，我们可能决定将找不到的文件的名称写入missing_files.txt中，用户看不到这个文件，但我们可以继续读取它，进而处理所有找不到文件的问题。

10.3.9 决定报告那些错误

该在什么情况下向用户报告错误？又该在什么情况下静默失败？如果用户知道要分析那些文件，他们可能希望在又文件却没分析时出现一条消息告诉原因。
如果用户只想看到结果，并不知道要分析那些文件，可能无需再有问些文件不存在时告知他们。向用户显示它们不想看到的信息可能会降低程序的可用性。Python的错误处理结构让你能够细致地控制与用户分享错误信息的程度，要分享多少信息由你决定。
编写得很好且经过详尽测试的代码不容易出现内部错误，如语法或逻辑错误，但只要程序依赖于外部因素，如用户输入、存在指定的文件、有网络的链接，就有可能出现异常，凭借经验可以判断再程序的什么地方包含异常处理快，以及出现错误时，该向用户提供多少相关信息。

10.4 存储数据

很多程序都要求用户输入某种信息，如让用户存储游戏首选项或提供要可视化的数据。不管关注点是什么，程序都把用户提供的信息存储在列表和字典等数据结构中。用户关闭程序时，几乎总要总是要保存他们提供的信息。一种简单的方式是使用json来存储数据。
模块json能够将简单的Python数据结构转存到文件中，并在程序再此运行时加载该文件中的数据，还可以使用json在Python程序之间分享数据。更重要的是，JSON数据格式并非Python专用的，这让能够以JSON格式存储的数据与使用其他编程语言的人分享，这是一种轻便而有用的格式，也易于学习。

JSON(JavaScript Object Notation)格式最初是为JavaScript开发的。但随后成了一种常见格式。

10.4.1 使用json.dump()和json.load()

编写一个存储一组数的简短程序，再编写一个将这些数读到内存中的程序。
使用json.dump()来存储这组数。
函数json.dump()接受两个参数：要存储的数据，以及可用于存储数据的文件对象。
下面是如何存储数字列表：

import json

numbers = [2,3,5,7,11,13]

filename = 'numbers.json'
with open(filename,'w') as f:
    json.dump(numbers,f)

下面再编写json.load()将列表读取到内存之中：

import json

filename = 'numbers.json'
with open(filename) as f:
    numbers = json.load(f)

print(numbers)

这是一种在程序间共享数据的简单方式。

10.4.2 保存和读取用户生成的数据

使用json保存用户生成的数据大有裨益，因为如果不以某种方式存储，用户的信息会在程序停止运行时丢失。
例：提示用户首次运行程序时输入自己的名字，并在再次运行程序时记住他，

import json

username = input("What's your name? ")

filename = 'username.json'
with open(filename,'w') as f:
    json.dump(username,f)
    print(f"We'll remeber you when you comeback,{username}")

现在在编写一个程序，向已经存储了名字的用户发出问候：

import json

filename = 'username.json'

with open(filename) as f:
    username = json.load(f)
    print(f"Welcome back,{username}")

需要将这两个程序合并到一个程序中，这个程序运行时，将尝试从json文件中获取用户名。首先编写一个尝试恢复用户名的try代码块，如果这个文件不存在，就在except代码块中提示用户输入用户名，并将其存储到username.json中，以便程序再此运行时候能够获取。

import json

# 如果以前存储了用户名，就加载它
# 否则，提示用户输入用户名并存储它
filename = 'username.json'
try:
    with open(filename) as f:
        username = json.load(f)
except FileNotFoundError:
    username = input("What your's name?")
    with open(filename,'w') as f:
        json.dump(username,f)
        print(f"We'll remeber you when you comeback,{username}")
else:
    print(f"Welcome back {username}")

10.4.3 重构

我们经常会遇到这样的问题，代码能够正常运行，但通过将其划分为一系列完成具体工作的函数，还可以改进，这样的过程称为重构。重构让代码更清晰，更易于理解、更容易扩展。
要重构remeber_me.py，可将其大部分逻辑放到一个或多个函数中。remember_me.py的重点是问候用户，因此将所有代码放到一个名为greet_user()的函数中：

import json

def greet_user():
    """问候用户，并指出其名字"""
    filename = 'username.json'
    try:
        with open(filename) as f:
            username = json.load(f)
    except FileNotFoundError:
        username = input("What your's name?")
        with open(filename, 'w') as f:
            json.dump(username, f)
            print(f"We'll remeber you when you comeback,{username}")
    else:
        print(f"Welcome back {username}")

greet_user()

下面来重构greet_user()，减少其任务，为此，首先将获取已存储用户名的代码移到另一个函数：

import json

def get_stored_username():
    """如果存储了用户名，就获取它"""
    filename = 'username.json'
    try:
        with open(filename) as f:
            username = json.load(f)
    except FileNotFoundError:
        return None
    else:
        return username
def greet_user():
    """问候用户，并指出其名字"""
    username = get_stored_username()
    if username:
        print(f"Welcome back {username}")
    else:
        username = input("What your's name?")
        filename = 'username.json'
        with open(filename, 'w') as f:
            json.dump(username, f)
            print(f"We'll remeber you when you comeback,{username}")

greet_user()

新增的函数get_stored_username()目标明确。
这是一种不错的做法：函数要么返回预期的值，要么返回None。这让我们可以使用函数的返回值做简单的测试。
还需要重构greet_user()中的另外一个代码块，将没有存储用户名时提醒用户输入的代码放在一个独立的函数中：

import json

def get_stored_username():
    """如果存储了用户名，就获取它"""
    filename = 'username.json'
    try:
        with open(filename) as f:
            username = json.load(f)
    except FileNotFoundError:
        return None
    else:
        return username

def get_new_username():
    """提示用户输入用户名"""
    username = get_stored_username()
    filename = 'username.json'
    with open(filename,'w') as f:
        json.dump(username,f)
    return username

def greet_user():
    """问候用户，并指出其名字"""
    username = get_stored_username()
    if username:
        print(f"Welcome back {username}")
    else:
        username = get_new_username()
        print(f"We'll remeber you when you comeback,{username}")

greet_user()

要编写出清晰而易于维护和拓展的代码，这种划分必不可少。

10.5 小结

如何使用文件。
如何一次性读取整个文件。
如何以每次一行的方式读取文件的内容；
如何写入文件，以及如何将文本附加到文件末尾。
什么是异常以及如何处理程序可能引发的异常；
如何存储Python数据结构。