Python文件读写和异常处理（File Handling, Exception）

文件读写

文件处理是很常见的IO操作。通常我们使用 input 从控制台读取输入，然后将用户输入的内容输出到控制台。使用文件操作，我们就可以将用户的输入写入文件，或者将不同数据源中的数据移植到文件中。Python为创建文件、读取文件、更新文件、和删除文件都提供了相对应的函数。

操作文件最核心的函数是open()函数，此函数需要两个参数:filename, mode。filename对应你要操作的文件名，mode对应你要对文件进行的操作，以下是不同mode对应的具体意义：

“r”	读模式	默认操作。打开文件, 并读取其内容, 如果文件不存在就会返回错误。
“a”	追加模式	添加内容，如果文件不存在，会自动创建其文件。
“w”	写模式	打开文件，并写入内容，如果文件不存在，就会自动创建。
“x”	创模式	创建特定的文件，如果文件已存在，就会返回错误。

此外，你还可以定义是要以什么形式来处理文件：

“t”	文本	文本模式 (默认)
“b”	二进制	二进制模式（比如图片）

打开文件

假设我们创建了文件file.txt，此文件和Python文件位于相同的文件夹：

Hello! Welcome to file.txt
This file is for testing purposes.
Good Luck!

若要打开文件，我们直接使用open()函数，并返回一个文件实例，此实例有一个read()方法供我们使用，可以读取文件的内容：

f = open("file.txt")
print(f.read())

以下代码实现了相同的功能，”r”代表读模式，”t”代表文本模式，他们都是默认值，你不需要定义他们。（注意：要保证文件存在，不然读模式会返回错误）

f = open("file.txt", "rt")
print(f.read())

读取文件

读取文件的方式有很多种，read()函数默认情况下会读取整个文件，如果我们只想读取特定字符数，可以给read添加参数来限定字符数。如果想要逐行读取文件，可以使用readline()函数。

f = open("file.txt", "r")
print(f.read(5)) # Return the first 5 characters of the file
print(f.readline()) # Read one line of the file 
print(f.readline()) # Read the second line

如果迭代文件，文件也会一行一行地被读取：

f = open("file.txt", "r")
for x in f:
    print(x)

每次操作完文件后，需要使用close()函数，将文件关闭：

f = open("file.txt", "r")
print(f.readline())
f.close()

写和创建文件

如果想将内容写入文件，我们必须在open()函数中添加”a”或”w”参数。”a”是追加模式，会在文件已存内容后面添加新内容。”w”是写模式，新内容会被旧内容覆盖。

f = open("file.txt", "a")
f.write("Now the file has more content!") # append the content to the file
f.close()

# open and read the file after the appending:
f = open("file.txt", "r")
print(f.read())
f.close()

f = open("file.txt", "w")
f.write("Woops! I have deleted the content!") # overwrite the content
f.close()

# open and read the file after the appending:
f = open("file.txt", "r")
print(f.read())

如果想要创建一个文件，在open函数中使用参数”x”, “a”或”w”都可以。”x”能创建一个文件，但是如果文件已存在，就会返回错误。如果指定的文件不存在，”a”和”w”模式都会自动创建一个新文件。

f = open("file2.txt", "x") # a new empty file is created.
f = open("file3.txt", "w") # create a new file if it does not exist

删除文件

如果要删除一个文件，我们需要调用os模块，然后使用os.remove()函数：

import os
os.remove("file.txt")

为了避免出现错误，在删除一个文件前最好检查一下此文件是否存在：

import os
if os.path.exists("file.txt"):
    os.remove("file.txt")
else:
    print("The file does not exist")

如果要删除整个文件夹，使用os.rmdir()函数即可：

import os
os.rmdir("newfolder")

异常处理

有时候我们的程序会出现异常，但我们又不想这些代码影响到软件的正常运行，这时候我们就要使用Python中的try，来处理有可能出现的异常：

try:
    print(x)
except:
    print("An exception occurred")

上面代码中因为x没有定义，所以会出现错误，当错误出现时，except中的代码就会被运行。如果不使用try，程序就会崩溃，并出现错误。

如果我们希望对特定的异常进行特定的处理，我们可以使用多个except语句：

try:
    print(x)
except NameError:
    print("Variable x is not defined")
except:
    print("Something else went wrong")

除了NameError之外的异常出现的话，最后的except会被运行。如果想对无异常的情况进行特定处理，我们可以使用else关键词：

try:
    print("Hello")
except:
    print("Something went wrong")
else:
    print("Nothing went wrong")

Python也提供了很方便的finally，定义finally代码块后，不管try中的代码会不会引起异常，finally中的代码都会被执行：

try:
    print(x)
except:
    print("Something went wrong")
finally:
    print("The 'try except' is finished")

在处理文件的时候，我们经常会在finally中关闭文件，来保证程序的正常运行：

f = open("file.txt")
try: 
    f.write("Awesome")
except:
    print("Something went wrong when writing to the file")
finally:
    f.close()

with语句

with语句适合用于对资源进行访问的场合，确保运行过程中不管是否有异常，都会执行必要的“清理”操作，释放被操作的资源，比如文件的自动关闭或者线程中锁的自动获取和释放等。

在我们处理文件时，通常要编写以下的代码来保证程序正常运行：

try:
    file = open("file.txt")
    content = file.read()
except:
    print("Error")
finally:
    file.close()

虽然以上代码运行正常，可是比较冗长。使用with的话，不仅使代码更加简洁，还能处理上下文环境产生的异常：

with open("file.txt", "w") as file:
    file.write("Hi there!")

with的工作原理我这里不展开讲，简单来说，紧跟在with后面的语句被求值后，返回对象内置的__enter__()函数会被调用，这个方法的返回值会被赋值给as后面的变量。当with后面的代码全部被执行完之后，将会调用返回对象的__exit__()方法。

实际上，在with后面的代码抛出异常后，__exit__()函数会被执行。一般清理资源，关闭文件等操作，都会被放在exit()方法中。总之，with…as表达式简化了每次都要写finally的繁琐工作，极大提升了代码的优雅性。我们甚至还能在with后面使用多项as：

with open("file.txt") as f1, open("file2.txt") as f2:
    # do anything

实践练习

请创建一个程序可以根据用户的输入对文件进行读或者写操作，不管读还是写，都需要用户先手动输入文件名。在读操作中，如果文件读取成功，需要打印文件内容。在写操作中，使用追写模式添加任意内容后，打印修改后的文件内容即可。（注意：要对可能出现的异常进行处理，并在最后将文件关闭）

def file_operator(file_name, mode):
    try:
        if mode == "r":
            with open(file_name, "r") as file:
                print(file.read())
        elif mode == "w":
            with open(file_name, "a") as file:
                file.write("New Content")
                file.close()
                file = open(file_name, "r")
                print(file.read())
    except IOError:
        print("Error")

def prompt():
    message = "Please input the file name: "
    file_name = input(message)
    message = "Read or Write?(r, w) "
    mode = input(message)
    file_operator(file_name, mode)
    
prompt()