[Python]输入与输出

1. 读取命令行选项

Python启动时，命令行选项放置在列表sys.argv中。例如：

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import sys
if len(sys.argv) != 3:
    sys.stderr.write("Usage: python %s inputfile outputfile\n" % sys.argv[0])
    raise SystemExit(1)
inputfile = sys.argv[1]
outputfile = sys.argv[2]

在该程序中，sys.argv[0]包含所执行脚本的名称。对于更复杂的命令行处理，可以使用optparse模块。例如：

imprt optparse
p = optparse.OptionParser()
# 选项接受一个参数
p.add_option("-o", action="store", dest="outfile")
p.add_option("--output", action="store", dest="outfile")
# 选项设置一个布尔值标志
p.add_option("-d", action="store_true", dest="debug")
p.add_option("--debug", action="store_true", dest="debug")
# 设置选定选项的默认值
p.set_defaults(debug=False)
# 解析命令行
opts, args = p.parse_args()
# 检索选项设置
outfile = opts.outfile
debugmode = opts.debug

以上例子中添加了两类选项。第一个选项-o或--output具有一个必需参数。这是通过指定action='store'实现的。dest参数选择将在解析后存储参数值的属性名称。p.set_defaults()方法设置一个或多个选项的默认值。
使用p.parse_args()方法执行解析。该方法返回一个二元组(opts, args)，其中opts是包含已解析选项值的对象，args是命令行上未解析为选项的项目列表。选项值使用opts.dest检索。
 

2. 环境变量

可以通过字典os.environ访问环境变量，例如：

import os
path = os.environ["PATH"]
user = os.environ["USER"]
editor = os.environ["EDITOR"]

要修改环境变量，需要设置os.environ变量，例如：

os.environ["FOO"] = "BAR"

 

3. 文件和文件对象

内置函数open(name [, mode [, bufsize]])用于打开和创建文件对象，例如：

f = open("foo")
f = open("foo", "r")
f = open("foo", "w")

文件模式"r"表示读取，"w"表示写入，"a"表示附加。这些文件模式假定采用文本模式，可以隐式对换行字符"\n"执行转换。如果正在处理二进制数据，可以将"b"附加到文件模式后面，如"rb"或"wb"。这将禁用换行符转换。如果使用模式"U"或"rU"打开文件，将会提供通用的换行符支持，以方便阅读。
通过提供"+"字符，比如"r+"或"w+"，可以打开文件进行直接更新。打开文件进行更新时，可以同时执行输入和输出，只要所有输出操作在任何后续输入操作之前清除其数据即可。如果使用"w+"模式打开文件，其长度首先会被截断为0。
可选的bufsize参数控制文件的缓冲行为，其中0表示没有缓存，1表示进行了行缓冲，任何其他正值都表示将使用的近似缓冲区大小。
下表列表file对象支持的方法：

方法	描述
f.read([n])	最多读取n个字节
f.readline([n])	读取单行输入的最多n个字符。
f.readlines([size])	读取所有行并返回一个列表。
f.wirte(s)	写入字符串s
f.writelines(lines)	写入序列lines中的所有字符串
f.close()	关闭文件
f.tell()	返回当前文件指针
f.seek(offset [, whence])	查找新文件位置
f.isatty()	如果f是一个交互式终端，则返回1
f.flush()	清除输出缓冲区
f.truncate([size])	将文件截断为最多size字节
f.fileno()	返回一个整数文件描述符
f.__next__()	返回下一行或引发StopIteration

read()方法以字符串形式返回整个文件，除非指定了最大字符数。readline()方法返回下一行输入，包括最后的换行符。readlines()方法以字符串列表的形式返回所有输入行。readlines()方法接受一个Size参数，指定在停止读取之前要读取的近似字符数。
write()方法将一个字符串写入到文件。writelines()方法将一个字符串列表写入到文件中。write()和writelines()不会将换行字符添加到输出中，所有生成的所有输出都应该已经包含所有必要的格式。
在内部，每个文件对象都有一个文件指针，用于存储下次读取或写入操作所需的字节偏移位置。tell()方法以长整型返回文件指针的当前值。seek()方法根据给定的offset和whence中的位置规则随机访问文件的各个部分。
fileno()方法返回文件的整数文件描述符，有时用在某些库模块中的低级I/O操作中。
文件对象还拥有一些只读数据属性，例如：

属性	描述
f.closed	布尔值，表示文件状态。已打开则为False，已关闭则为True
f.mode	文件的I/O模式
f.name	如果使用open()创建文件，则为文件名称。否则将是一个表示文件来源的字符串
f.softspace	布尔值，指示在使用print()语句时，是否应该在一个值之前打印空格字符。
f.newlines	在通用换行符模式下打开一个文件时，该属性包含可在文件中实际找到的换行符表示。
f.encoding	一个字符串，指示文件编码。

 

4. 标准输入、输出和错误

解释器提供了3种标准文件对象，分别为标准输入、标准输出和标准错误，它们在sys模块中分别以sys.stdin、sys.stdout和sys.stderr的形式提供。stdin是与提供给解释器的输入字符流相对应的文件对象。stdout是一个文件对象，接收由print生成的输出。stderr是接收错误消息的文件。
例如，以下代码写入标准输出并从标准输入中读取一行输入：

import sys
sys.stdout.write("Enter your name:")
name = sys.stdin.readline()

另外，内置函数input(prompt)也可以从stdin读取一行文本，并可以打印一个提示符。键盘中断（通常由Ctrl+C生成）会生成KeyboardInterrupt异常，可使用异常处理程序捕获该异常。
 

5. print()函数

要打印一系列以空格分隔的值，只需将这些值提供给print()，例如：

print("The values are", x, y, z)

要禁止或更改行终止，可以使用end=ending关键字参数，例如：

print("The values are", x, y, z, end='') # 禁止换行符

要将输出重定向到一个文件，可以使用file=outfile关键字参数，例如：

print("The values are", x, y, z, file=f)

要更改项目之间的分隔字符，可以使用sep=sepchr关键字参数，例如：

print("The values are", x, y, z, spe=',')

 

6. 文本输出中的变量插入

通过格式化I/O与三对带引号的字符串来将变量插入字符串中，例如：

# 斜杠可以防止第一行显示为空行
form = """\
Dear %(name)s,
Please send back my %(item)s or pay me $%(amount)0.2f.
"""
print form % {'name': 'Mr.Bush', 'item': 'blender', 'amount': 50.00}

format()方法可以使以上代码更简洁，例如：

form = """\
Dear {name}s,
Please send back my {item}s or pay me $%{amount:0.2f}.
"""
print form.format {name='Mr.Bush', item='blender', amount=50.00}

 

7. Unicode处理

如果有一个原始字节字符串s，其中包含已编码的Unicode字符串表示，那么可以使用s.decode([encoding [, errors]])方法将其转换为合适的Unicode字符串。要将Unicode字符串u转换为已编码的字节字符串，可以使用字符串方法u.encoding([encoding [, errors]])。这两种转换字符串都需要使用一个特殊编码名称，指定如何在Unicode字符值与字节字符串中的一个8位字符序列上建立起映射关系。以下编码是最常用的：

编码	描述
ascii	7位ASCII码
latin-1或iso-8859-1	ISO 8859-1 Latin-1
cp1252	Windows 1252编码
utf-8	8位变长编码
utf-16	16位变长编码
utf-16-le	UTF-16，小尾编码
utf-16-be	UTF-16，大尾编码
unicode-escape	与Unicode字面量u"string"相同的格式
raw-unicode-escape	与Unicode字面量ur"string"相同的格式

默认编码在site模块中设置，可以使用sys.getdefaultencoding()查询。在很多情况下，默认编码是ascii，utf-8也是一种非常常见的设置。转换字符串时，如果遇到无法转换的字符，可能会引发UnicodeError异常。encode()和decode()方法的errors参数决定了如何处理编码错误。可用参数如下：

参数	描述
strict	遇到编码和解码错误时，引发UnicodeError异常
ignore	忽略无效字符
replace	将无效字符替换为一个替换字符
backslashreplace	将无效字符替换为Python字符转义序列
xmlcharrefreplace	将无效字符替换为XML字符引用

处理Unicode字符串时，无法将原始Unicode数据直接写入文件。因为Unicode字符在内部表示为多字节整数。Unicode字符串的外部表示总是根据具体的编码规则进行，该编码规则应该明确定义如何将Unicode字符表示为字节序列。内置的codecs模块包含一组函数，用于根据各种不同的数据编码方案，在字节数据与Unicode字符串之间来回切换。
处理Unicode文件最直接方式是用codecs.open(filename [, mode [, encoding [, errors]]])函数，例如：

f = codecs.open('foo.txt', 'r', 'utf-8', 'strict')
g = codecs.open('bar.txt', 'w', 'utf-8')

这两个函数创建了一个文件对象，用于读取或写入Unicode字符串。如果已经拥有一个文件对象，可以使用codecs.EncodedFile(file, inputenc [, outputenc [, errors]])函数为该对象添加一个编码包装器，例如：

f = open("foo.txt", "rb")
...
fenc = codecs.EncodeFile(f, 'utf-8')

 

8. 对象持久性

有时会需要将对象内容保存到一个文件或从中进行还原。执行该任务的一种方法是编写两个函数，以一种特殊格式在文件中读取和写入数据。另一种方法是用pickle和shelve模块。
pickle模块将对象序列化为一个字节流，这个字节流可以写入到文件并在以后进行还原。例如：

import pickle
obj = SomeObject()
f = open(filename, 'wb')
pickle.dump(obj, f) # 将对象保存到f上
f.close()

要还原对象，可以使用以下代码：

import pickle
f = open(filename, 'rb')
obj = pickle.load(f) # 还原对象
f.close()

可以依次发生一系列dump()操作来保存对象序列。要还原这些对象，只需使用一个类似的load()操作序列。shelve模块类似于pickle，但它将对象保存在一个类似字典的数据库中。例如：

import shelve
obj = SomeObject()
db = shelve.open("filename")
db['key'] = obj
...
obj = db['key']
db.close()

尽管由shelve创建的对象类似于一个字典，但它具有一些限制。首先，键必须是字符串。其次，shelve中存储的值必须与pickle兼容。

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