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File metadata and controls

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程序输出有几种显示方式；数据既可以输出供人阅读的形式，也可以写入文件备用。本章探讨一些可用的方式。

更复杂的输出格式

  • 格式化字符串： 要在字符串的引号开头添加 f 或者 F。这种字符串可以在 { 和 } 字符之间输入引入的变量，或字面值的 Python 表达式 
    year = 2016
event = 'Referendum'
f'Results of the {year} {event}'
  • str.format() 方法： 使用 { 和 } 标记变量被替换的位置，并且可以提供详细的格式化指令 
    yes_votes = 42_572_654
total_votes = 85_705_149
percentage = yes_votes / total_votes
'{:-9} YES votes  {:2.2%}'.format(yes_votes, percentage)
  • repr() 或 str() 函数把值转化为字符串
    • str() 函数返回供人阅读的值
    • repr() 则生成适于解释器读取的值

string 模块包含 Template 类，提供了将值替换为字符串的另一种方法。该类使用 $x 占位符，并用字典的值进行替换，但对格式控制的支持比较有限。

from string import Template
s = Template('$who likes $what')
s.substitute(who='tim', what='kung pao')
# 'tim likes kung pao'

格式化字符串

简称为 f-字符串，通过 {expression} 表达式，把python表达式的值添加到字符串中。功能类似于 js 的模板字符串。

可选格式说明符号：

import math
print(f'The value of pi is approximately {math.pi:.3f}.')
# The value of pi is approximately 3.142.

在 ':' 后传递整数，为该字段设置最小字符宽度，常用于列对齐：

table = {'Sjoerd': 4127, 'Jack': 4098, 'Dcab': 7678}
for name, phone in table.items():
    print(f'{name:10} ==> {phone:10d}')
# Sjoerd     ==>       4127
# Jack       ==>       4098
# Dcab       ==>       7678

还有一些修饰符可以在格式化前转换值。 '!a' 应用 ascii() ，'!s' 应用 str()，'!r' 应用 repr()：

animals = 'eels'
print(f'My hovercraft is full of {animals}.')
# My hovercraft is full of eels.
print(f'My hovercraft is full of {animals!r}.')
# My hovercraft is full of 'eels'.

= 说明符可被用于将一个表达式扩展为表达式文本、等号再加表达式求值结果的形式。

bugs = 'roaches'
count = 13
area = 'living room'
print(f'Debugging {bugs=} {count=} {area=}')
# Debugging bugs='roaches' count=13 area='living room'

字符串 format() 方法

基本用法：

print('We are the {} who say "{}!"'.format('knights', 'Ni'))
# We are the knights who say "Ni!"

花括号及之内的字符（称为格式字段）被替换为传递给 str.format() 方法的对象。花括号中的数字表示传递给 str.format() 方法的对象所在的位置。

print('{0} and {1}'.format('spam', 'eggs'))
# spam and eggs
print('{1} and {0}'.format('spam', 'eggs'))
# eggs and spam

str.format() 方法中使用关键字参数名引用值。

print('This {food} is {adjective}.'.format(
      food='spam', adjective='absolutely horrible'))
# This spam is absolutely horrible.

位置参数和关键字参数可以任意组合（关键字参数放在最后）：

print('The story of {0}, {1}, and {other}.'.format('Bill', 'Manfred', 
                                                                    other='Georg'))
# The story of Bill, Manfred, and Georg.

用方括号 '[]' 访问键，通过传递字典格式化：

table = {'Sjoerd': 4127, 'Jack': 4098, 'Dcab': 8637678}
print('Jack: {0[Jack]:d}; Sjoerd: {0[Sjoerd]:d}; '
      'Dcab: {0[Dcab]:d}'.format(table))
# Jack: 4098; Sjoerd: 4127; Dcab: 8637678

或者使用 ** 结构字典传入参数 ：

table = {'Sjoerd': 4127, 'Jack': 4098, 'Dcab': 8637678}
print('Jack: {Jack:d}; Sjoerd: {Sjoerd:d}; Dcab: {Dcab:d}'.format(**table))
# Jack: 4098; Sjoerd: 4127; Dcab: 8637678

内置函数 vars() 返回一个包含所有局部变量的字典，在格式化时很实用：

table = {k: str(v) for k, v in vars().items()}
message = " ".join([f'{k}: ' + '{' + k +'};' for k in table.keys()])
print(message.format(**table))
# __name__: __main__; __doc__: None; __package__: None; __loader__: ...

手动格式化字符串

下面是使用手动格式化方式实现的同一个平方和立方的表：

for x in range(1, 11):
    print(repr(x).rjust(2), repr(x*x).rjust(3), end=' ')
    # Note use of 'end' on previous line
    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

注意，每列之间的空格是通过使用 print() 添加的：它总在其参数间添加空格。

字符串对象的 str.rjust() 方法通过在左侧填充空格，对给定宽度字段中的字符串进行右对齐。同类方法还有 str.ljust() 和 str.center() 。这些方法不写入任何内容，只返回一个新字符串，如果输入的字符串太长，它们不会截断字符串，而是原样返回；虽然这种方式会弄乱列布局，但也比另一种方法好，后者在显示值时可能不准确（如果真的想截断字符串，可以使用 x.ljust(n)[:n] 这样的切片操作 。）

另一种方法是 str.zfill() ，该方法在数字字符串左边填充零，且能识别正负号：

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

旧式字符串格式化方法

printf 风格的格式化

import math
print('The value of pi is approximately %5.3f.' % math.pi)

读写文件

打开文件

open() 返回一个 file object ，最常使用的是两个位置参数和一个关键字参数：open(filename, mode, encoding=None)

mode 参数

  • 'r' read only（默认值）
  • 'w' write only
  • 'a' 追加（add）到末尾
  • 'a' 追加（add）到末尾
  • 'r+' 可读可写
  • 以上模式后面加一个 'b' 则使用二进制模式读写，此时不能指定 encoding

with 关键字

在处理文件对象时，最好使用 with 关键字。优点是，子句体结束后，文件会正确关闭，即便触发异常也可以。而且，使用 with 相比等效的 try-finally 代码块要简短得多：

with open('workfile', encoding="utf-8") as f:
    read_data = f.read()

# We can check that the file has been automatically closed.
f.closed
# True

如果没有使用 with 关键字，则应调用 f.close() 关闭文件，即可释放文件占用的系统资源。

警告： 调用 f.write() 时，未使用 with 关键字，或未调用 f.close()，即使程序正常退出，也可能 导致 f.write() 的参数没有完全写入磁盘。

文件对象的方法

f.read(size)

f.read(size) 可用于读取文件内容，它会读取一些数据，并返回字符串（文本模式），或字节串对象（在二进制模式下）。 size 是可选的数值参数。省略 size 或 size 为负数时，读取并返回整个文件的内容；文件大小是内存的两倍时，会出现问题。size 取其他值时，读取并返回最多 size 个字符（文本模式）或 size 个字节（二进制模式）。如已到达文件末尾，f.read() 返回空字符串（''）。

行操作 & f.readline()

f.readline() 从文件中读取单行数据；字符串末尾保留换行符（\n），只要 f.readline() 返回空字符串，就表示已经到达了文件末尾。

从文件中读取多行时，可以用循环遍历整个文件对象：

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

This is the first line of the file.
# Second line of the file

如需以列表形式读取文件中的所有行，可以用 list(f) 或 f.readlines()。

其他函数

f.write(string) 把 string 的内容写入文件，并返回写入的字符数。

f.write('This is a test\n')
# 15

f.tell() 返回整数，给出文件对象在文件中的当前位置，表示为二进制模式下时从文件开始的字节数，以及文本模式下的意义不明的数字。

f.seek(offset, whence) 可以改变文件对象的位置。通过向参考点添加 offset 计算位置；参考点由 whence 参数指定。 whence 值为 0 时，表示从文件开头计算，1 表示使用当前文件位置，2 表示使用文件末尾作为参考点。省略 whence 时，其默认值为 0，即使用文件开头作为参考点。

在文本文件（模式字符串未使用 b 时打开的文件）中，只允许相对于文件开头搜索（使用 seek(0, 2) 搜索到文件末尾是个例外），唯一有效的 offset 值是能从 f.tell() 中返回的，或 0。其他 offset 值都会产生未定义的行为。

使用 json 保存结构化数据

json.dumps() 函数将对象转化为 json 字符串

import json
x = [1, 'simple', 'list']
json.dumps(x)
# '[1, "simple", "list"]'

json.dump() 函数将对象序列化为 text file 对象

json.dump(x, f)

要再次解码对象，如果 f 是已打开、供读取的 binary file 或 text file 对象：

x = json.load(f)