Один из простейших способов сохранения данных — запись в файл. Текст, записанный в файл, останется доступным и после закрытия терминала с выводом вашей программы. Вы сможете проанализировать результаты после завершения программы или передать свои файлы другим. Вы также сможете написать программы, которые снова читают сохраненный текст в память и работают с ним.
Запись в пустой файл
Чтобы записать текст в файл, необходимо вызвать open() со вторым аргументом, который сообщает Python, что вы собираетесь записывать данные в файл. Чтобы увидеть, как это делается, напишем простое сообщение и сохраним его в файле (вместо того чтобы просто вывести на экран):
write_message.py
filename = 'programming.txt'
(1) with open(filename, 'w') as file_object:
(2) . .file_object.write("I love programming.")
При вызове open() в этом примере передаются два аргумента (1) . Первый аргумент, как и прежде, содержит имя открываемого файла. Второй аргумент 'w' сообщает Python, что файл должен быть открыт в режиме записи. Файлы можно открывать в режиме чтения ('r'), записи ('w'), присоединения ('a') или в режиме, допускающем как чтение, так и запись в файл ('r+'). Если аргумент режима не указан, Python по умолчанию открывает файл в режиме только для чтения.
Если файл, открываемый для записи, еще не существует, функция open() автоматически создает его. Будьте внимательны, открывая файл в режиме записи ('w'): если файл существует, то Python уничтожит его данные перед возвращением объекта файла.
В точке (2) метод write() используется с объектом файла для записи строки в файл. Программа не выводит данные на терминал, но, открыв файл programming.txt, вы увидите в нем одну строку:
programming.txt
I love programming.
Этот файл ничем не отличается от любого другого текстового файла на вашем компьютере. Его можно открыть, записать в него новый текст, скопировать/вставить текст и т.д.
примечание
Python может записывать в текстовые файлы только строковые данные. Если вы захотите сохранить в текстовом файле числовую информацию, данные придется предварительно преобразовать в строки функцией str().
Многострочная запись
Функция write() не добавляет символы новой строки в записываемый текст. А это означает, что если вы записываете сразу несколько строк без включения символов новой строки, полученный файл может выглядеть не так, как вы рассчитывали:
filename = 'programming.txt'
with open(filename, 'w') as file_object:
file_object.write("I love programming.")
. .file_object.write("I love creating new games.")
Открыв файл programming.txt, вы увидите, что две строки «склеились»:
I love programming.I love creating new games.
Если включить символы новой строки в команды write(), текст будет состоять из двух строк:
filename = 'programming.txt'
with open(filename, 'w') as file_object:
. .file_object.write("I love programming.\n")
. .file_object.write("I love creating new games.\n")
Результат выглядит так:
I love programming.
I love creating new games.
Для форматирования вывода также можно использовать пробелы, символы табуляции и пустые строки по аналогии с тем, как это делалось с выводом на терминал.
Присоединение данных к файлу
Если вы хотите добавить в файл новые данные вместо того, чтобы перезаписывать существующее содержимое, откройте файл в режиме присоединения. В этом случае Python не уничтожает содержимое файла перед возвращением объекта файла. Все строки, выводимые в файл, будут добавлены в конец файла. Если файл еще не существует, то Python автоматически создаст пустой файл.
Изменим программу write_message.py и дополним существующий файл programming.txt новыми данными:
write_message.py
filename = 'programming.txt'
(1) with open(filename, 'a') as file_object:
(2) . .file_object.write("I also love finding meaning in large datasets.\n")
. .file_object.write("I love creating apps that can run in a browser.\n")
В точке (1) аргумент 'a' используется для открытия файла в режиме присоединения (вместо перезаписи существующего файла). В точке (2) записываются две новые строки, которые добавляются к содержимому programming.txt:
programming.txt
I love programming.
I love creating new games.
I also love finding meaning in large datasets.
I love creating apps that can run in a browser.
В результате к исходному содержимому файла добавляется новый текст.
Упражнения
10-3. Гость: напишите программу, которая запрашивает у пользователя его имя. Введенный ответ сохраняется в файле с именем guest.txt.
10-4. Гостевая книга: напишите цикл while, который в цикле запрашивает у пользователей имена. При вводе каждого имени выведите на экран приветствие и добавьте строку с сообщением в файл с именем guest_book.txt. Проследите за тем, чтобы каждое сообщение размещалось в отдельной строке файла.
10-5. Опрос: напишите цикл while, в котором программа спрашивает у пользователя, почему ему нравится программировать. Каждый раз, когда пользователь вводит очередную причину, сохраните текст его ответа в файле.
Исключения
Для управления ошибками, возникающими в ходе выполнения программы, в Python используются специальные объекты, называемые исключениями. Если при возникновении ошибки Python не знает, что делать дальше, создается объект исключения. Если в программу включен код обработки исключения, то выполнение программы продолжится, а если нет — программа останавливается и выводит трассировку с отчетом об исключении.
Исключения обрабатываются в блоках try-except. Блок try-except приказывает Python выполнить некоторые действия, но при этом также сообщает, что нужно делать при возникновении исключения. С блоками try-except ваши программы будут работать даже в том случае, если что-то пошло не так. Вместо невразумительной трассировки выводится понятное сообщение об ошибке, которое вы определяете в программе.
Обработка исключения ZeroDivisionError
Рассмотрим простую ошибку, при которой Python инициирует исключение. Конечно, вы знаете, что деление на ноль невозможно, но мы все же прикажем Python выполнить эту операцию:
division.py
print(5/0)
Из этого ничего не выйдет, поэтому на экран выводятся данные трассировки:
Traceback (most recent call last):
File "division.py", line 1, in
. .print(5/0)
(1) ZeroDivisionError: division by zero
Ошибка, упоминаемая в трассировке (1) — ZeroDivisionError, — является объектом исключения. Такие объекты создаются в том случае, если Python не может выполнить ваши распоряжения. Обычно в таких случаях Python прерывает выполнение программы и сообщает тип обнаруженного исключения. Эта информация может использоваться в программе; по сути вы сообщаете Python, как следует поступить при возникновении исключения данного типа. В таком случае ваша программа будет подготовлена к его появлению.
Блоки try-except
Если вы предполагаете, что в программе может произойти ошибка, напишите блок try-except для обработки возникающего исключения. Такой блок приказывает Python выполнить некоторый код, а также сообщает, что нужно делать, если при его выполнении произойдет исключение конкретного типа.
Вот как выглядит блок try-except для обработки исключений ZeroDivisionError:
try:
print(5/0)
except ZeroDivisionError:
. .print("You can't divide by zero!")
Команда print(5/0), порождающая ошибку, находится в блоке try. Если код в блоке try выполнен успешно, то Python пропускает блок except. Если код в блоке try порождает ошибку, то Python ищет блок except с соответствующей ошибкой и выпускает код в этом блоке.
В этом примере код блока try порождает ошибку ZeroDivisionError, поэтому Python ищет блок except с описанием того, как следует действовать в такой ситуации. При выполнении кода этого блока пользователь видит понятное сообщение об ошибке вместо данных трассировки:
You can't divide by zero!
Если бы за кодом try-except следовал другой код, то выполнение программы продолжилось, потому что мы объяснили Python, как обрабатывать эту ошибку. В следующем примере обработка ошибки позволяет программе продолжить выполнение.
Использование исключений для предотвращения аварийного завершения программы
Правильная обработка ошибок особенно важна в том случае, если программа должна продолжить работу после возникновения ошибки. Такая ситуация часто встречается в программах, запрашивающих данные у пользователя. Если программа правильно среагировала на некорректный ввод, она может запросить новые данные после сбоя.
Создадим простой калькулятор, который выполняет только операцию деления:
division.py
print("Give me two numbers, and I'll divide them.")
print("Enter 'q' to quit.")
while True:
(1) . .first_number = input("\nFirst number: ")
. .if first_number == 'q':
. . . .break
(2) . .second_number = input("Second number: ")
. .if second_number == 'q':
. . . .break
(3) . .answer = int(first_number) / int(second_number)
. .print(answer)
Программа запрашивает у пользователя первое число first_number (1) , а затем, если пользователь не ввел q для завершения работы, запрашивает второе число second_number (2). Далее одно число делится на другое для получения результата answer (3). Программа никак не обрабатывает ошибки, так что попытка деления на ноль приводит к ее аварийному завершению:
Give me two numbers, and I'll divide them.
Enter 'q' to quit.
First number: 5
Second number: 0
Traceback (most recent call last):
File "division.py", line 9, in
. .answer = int(first_number) / int(second_number)
ZeroDivisionError: division by zero
Конечно, аварийное завершение — это плохо, но еще хуже, если пользователь увидит данные трассировки. Неопытного пользователя они собьют с толку, а при сознательной попытке взлома злоумышленник сможет получить из них больше информации, чем вам хотелось бы. Например, он узнает имя файла программы и увидит некорректно работающую часть кода. На основании этой информации опытный хакер иногда может определить, какие атаки следует применять против вашего кода.
Блок else
Для повышения устойчивости программы к ошибкам можно заключить строку, выдающую ошибки, в блок try-except. Ошибка происходит в строке, выполняющей деление; следовательно, именно эту строку следует заключить в блок try-except.
Данный пример также включает блок else. Любой код, зависящий от успешного выполнения блока try, размещается в блоке else:
print("Give me two numbers, and I'll divide them.")
print("Enter 'q' to quit.")
while True:
first_number = input("\nFirst number: ")
if first_number == 'q':
break
second_number = input("Second number: ")
(1) . .try:
answer = int(first_number) / int(second_number)
(2) . .except ZeroDivisionError:
. . . .print("You can't divide by 0!")
(3) . .else:
print(answer)
Программа пытается выполнить операцию деления в блоке try (1) , который включает только код, способный породить ошибку. Любой код, зависящий от успешного выполнения блока try, добавляется в блок else. В данном случае, если операция деления выполняется успешно, блок else используется для вывода результата (2).
Блок except сообщает Python, как следует поступать при возникновении ошибки ZeroDivisionError (3). Если при выполнении команды из блока try происходит ошибка, связанная с делением на 0, программа выводит понятное сообщение, которое объясняет пользователю, как избежать подобных ошибок. Выполнение программы продолжается, и пользователь не сталкивается с трассировкой:
Give me two numbers, and I'll divide them.
Enter 'q' to quit.
First number: 5
Second number: 0
You can't divide by 0!
First number: 5
Second number: 2
2.5
First number: q
Блок try-except-else работает так: Python пытается выполнить код в блоке try. В блоках try следует размещать только тот код, при выполнении которого может возникнуть исключение. Иногда некоторый код должен выполняться только в том случае, если выполнение try прошло успешно; такой код размещается в блоке else. Блок except сообщает Python, что делать, если при выполнении кода try произошло определенное исключение. Заранее определяя вероятные источники ошибок, вы повышаете надежность своих программ, которые продолжают работать даже при вводе некорректных данных или при недоступности ресурсов. Ваш код оказывается защищенным от случайных ошибок пользователей и сознательных атак.
Обработка исключения FileNotFoundError
Одна из стандартных проблем при работе с файлами — отсутствие необходимых файлов. Тот файл, который вам нужен, может находиться в другом месте, в имени файла может быть допущена ошибка, или файл может вообще не существовать. Все эти ситуации достаточно прямолинейно обрабатываются в блоках try-except.
Попробуем прочитать данные из несуществующего файла. Следующая программа пытается прочитать содержимое файла с текстом «Алисы в Стране чудес», но я не сохранил файл alice.txt в одном каталоге с файлом alice.py:
alice.py
filename = 'alice.txt'
with open(filename) as f_obj:
. .contents = f_obj.read()
Прочитать данные из несуществующего файла нельзя, поэтому Python выдает исключение:
Traceback (most recent call last):
File "alice.py", line 3, in
. .with open(filename) as f_obj:
FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: 'alice.txt'
В последней строке трассировки упоминается FileNotFoundError: это исключение выдается в том случае, если Python не может найти открываемый файл. В данном примере функция open() порождает ошибку, и, чтобы обработать ее, блок try начинается перед строкой с вызовом open():
filename = 'alice.txt'
try:
with open(filename) as f_obj:
contents = f_obj.read()
except FileNotFoundError:
. .msg = "Sorry, the file " + filename + " does not exist."
. .print(msg)
В этом примере код блока try выдает исключение FileNotFoundError, поэтому Python ищет блок except для этой ошибки. Затем выполняется код этого блока, в результате чего вместо трассировки выдается доступное сообщение об ошибке:
Sorry, the file alice.txt does not exist.
Если файл не существует, программе больше делать нечего, поэтому код обработки ошибок почти ничего не добавляет в эту программу. Доработаем этот пример и посмотрим, как обработка исключений помогает при работе с несколькими файлами.
Анализ текста
Программа может анализировать текстовые файлы, содержащие целые книги. Многие классические произведения, ставшие общественным достоянием, доступны в виде простых текстовых файлов. Тексты, использованные в этом разделе, взяты с сайта проекта «Гутенберг» (http://gutenberg.org/). На этом сайте хранится подборка литературных произведений, не защищенных авторским правом; это превосходный ресурс для разработчиков, которые собираются работать с литературными текстами в своих программных проектах.
Прочитаем текст «Алисы в Стране чудес» и попробуем подсчитать количество слов в тексте. Мы воспользуемся методом split(), предназначенным для построения списка слов на основе строки. Вот как метод split() работает со строкой, содержащей только название книги:
>>>title = "Alice in Wonderland"
>>>title.split()
['Alice', 'in', 'Wonderland']
Метод split() разделяет строку на части по всем позициям, в которых обнаружит пробел, и сохраняет все части строки в элементах списка. В результате создается список слов, входящих в строку (впрочем, вместе с некоторыми словами могут храниться знаки препинания). Для подсчета слов в книге мы воспользуемся вызовом split() для всего текста, а затем подсчитаем элементы списка, чтобы получить примерное количество слов в тексте:
filename = 'alice.txt'
try:
with open(filename) as f_obj:
contents = f_obj.read()
except FileNotFoundError:
msg = "Sorry, the file " + filename + " does not exist."
print(msg)
else:
. .# Подсчет приблизительного количества строк в файле.
(1) . .words = contents.split()
(2) . .num_words = len(words)
(3) . .print("The file " + filename + " has about " + str(num_words) + " words.")
Затем я переместил файл alice.txt в правильный каталог, чтобы код в блоке try был выполнен без ошибок. В точке (1) программа загружает текст в переменную contents, которая теперь содержит весь текст в виде одной длинной строки и использует метод split() для получения списка всех слов в книге. Запрашивая длину этого списка при помощи функции len(), мы получаем неплохое приближенное значение количества слов в исходной строке (2). В точке (3) выводится сообщение с количеством слов, найденных в файле. Этот код помещен в блок else, потому что он должен выводиться только в случае успешного выполнения блока try. Выходные данные программы сообщают, сколько слов содержит файл alice.txt:
The file alice.txt has about 29461 words.
Количество слов немного завышено, потому что в нем учитывается дополнительная информация, включенная в текстовый файл издателем, но в целом оно довольно точно оценивает длину «Алисы в Стране чудес».
Работа с несколькими файлами
Добавим еще несколько файлов с книгами для анализа. Но для начала переместим основной код программы в функцию с именем count_words(). Это упростит проведение анализа для нескольких книг:
word_count.py
def count_words(filename):
(1) . ."""Подсчет приблизительного количества строк в файле."""
try:
with open(filename) as f_obj:
contents = f_obj.read()
except FileNotFoundError:
msg = "Sorry, the file " + filename + " does not exist."
print(msg)
else:
# Подсчет приблизительного количества строк в файле.
words = contents.split()
num_words = len(words)
print("The file " + filename + " has about " + str(num_words) +
" words.")
filename = 'alice.txt'
count_words(filename)
Бульшая часть кода не изменилась. Мы просто снабдили код отступом и переместили его в тело count_words(). Кроме того, комментарий был преобразован в строку документации (1) .
Теперь мы можем написать простой цикл для подсчета слов в любом тексте, который нужно проанализировать. Для этого имена анализируемых файлов сохраняются в списке, после чего для каждого файла в списке вызывается функция count_words(). Мы попробуем подсчитать слова в «Алисе в Стране чудес», «Сиддхартхе», «Моби Дике» и «Маленьких женщинах» — все эти книги есть в свободном доступе. Я намеренно не стал копировать файл siddhartha.txt в каталог с программой word_count.py, чтобы выяснить, насколько хорошо наша программа справляется с отсутствием файла:
def count_words(filename):
...
filenames = ['alice.txt', 'siddhartha.txt', 'moby_dick.txt', 'little_women.txt']
for filename in filenames:
. .count_words(filename)
Отсутствие файла siddhartha.txt не влияет на выполнение программы:
The file alice.txt has about 29461 words.
Sorry, the file siddhartha.txt does not exist.
The file moby_dick.txt has about 215136 words.
The file little_women.txt has about 189079 words.
Использование блока try-except в этом примере дает два важных преимущества: программа ограждает пользователя от вывода трассировки и продолжает выполнение, анализируя тексты, которые ей удается найти. Если бы в программе не перехватывалось исключение FileNotFoundError, инициированное из-за отсутствия siddhartha.txt, то пользователь увидел бы полную трассировку, а работа программы прервалась бы после попытки подсчитать слова в тексте «Сиддхартхи»; до анализа «Моби Дика» или «Маленьких женщин» дело не дошло бы.
Ошибки без уведомления пользователя
В предыдущем примере мы сообщили пользователю о том, что один из файлов оказался недоступен. Тем не менее вы не обязаны сообщать о каждом обнаруженном исключении. Иногда при возникновении исключения программа должна просто проигнорировать сбой и продолжать работу, словно ничего не произошло. Для этого блок try пишется так же, как обычно, но в блоке except вы явно приказываете Python не предпринимать никаких особых действий в случае ошибки. В языке Python существует команда pass, с которой блок ничего не делает:
def count_words(filename):
"""Подсчет приблизительного количества строк в файле."""
try:
...
except FileNotFoundError:
(1) . . . .pass
else:
...
filenames = ['alice.txt', 'siddhartha.txt', 'moby_dick.txt', 'little_women.txt']
for filename in filenames:
count_words(filename)
Единственное отличие этого листинга от предыдущего — команда pass в точке (1) . Теперь при возникновении ошибки FileNotFoundError выполняется код в блоке except, но при этом ничего не происходит. Программа не выдает данные трассировки и вообще никакие результаты, указывающие на возникновение ошибки. Пользователи получают данные о количестве слов во всех существующих файлах, однако ничто не сообщает о том, что какой-то файл не был найден:
The file alice.txt has about 29461 words.
The file moby_dick.txt has about 215136 words.
The file little_women.txt has about 189079 words.
Команда pass также может служить временным заполнителем. Она напоминает, что в этот конкретный момент выполнения вашей программы вы решили ничего не предпринимать, хотя, возможно, сделаете что-то позднее. Например, эта программа может записать все имена отсутствующих файлов в файл с именем missing_files.txt. Пользователи этот файл не увидят, но создатель программы сможет прочитать его и разобраться с отсутствующими текстами.
О каких ошибках нужно сообщать?
Как определить, в каком случае следует сообщить об ошибке пользователю, а когда можно просто проигнорировать ее незаметно для пользователя? Если пользователь знает, с какими текстами должна работать программа, вероятно, он предпочтет получить сообщение, объясняющее, почему некоторые тексты были пропущены при анализе. Пользователь ожидает увидеть какие-то результаты, но не знает, какие книги должны быть проанализированы? Возможно, ему и не нужно знать о недоступности каких-то файлов. Лишняя информация только сделает вашу программу менее удобной для пользователя. Средства обработки ошибок Python позволяют достаточно точно управлять тем, какой объем информации следует предоставить пользователю.
Хорошо написанный, правильно протестированный код редко содержит внутренние ошибки (например, синтаксические или логические). Но в любой ситуации, в которой ваша программа зависит от внешних факторов (пользовательского ввода, существования файла, доступности сетевого подключения), существует риск возникновения исключения. С накоплением практического опыта вы начнете видеть, в каких местах программы следует разместить блоки обработки исключений и сколько информации предоставлять пользователям о возникающих ошибках.
Упражнения
10-6. Сложение: при вводе числовых данных часто встречается типичная проблема: пользователь вводит текст вместо чисел. При попытке преобразовать данные в int происходит исключение TypeError. Напишите программу, которая запрашивает два числа, складывает их и выводит результат. Перехватите исключение TypeError, если какое-либо из входных значений не является числом, и выведите удобное сообщение об ошибке. Протестируйте свою программу: сначала введите два числа, а потом введите текст вместо одного из чисел.
10-7. Калькулятор: заключите код из упражнения 10-6 в цикл while, чтобы пользователь мог продолжать вводить числа, даже если он допустил ошибку и ввел текст вместо числа.
10-8. Кошки и собаки: создайте два файла с именами cats.txt и dogs.txt. Сохраните минимум три клички кошек в первом файле и три клички собак во втором. Напишите программу, которая пытается прочитать эти файлы и выводит их содержимое на экран. Заключите свой код в блок try-except для перехвата исключения FileNotFoundError и вывода понятного сообщения об отсутствии файла. Переместите один из файлов в другое место файловой системы; убедитесь в том, что код блока except выполняется, как и положено.
10-9. Ошибки без уведомления: измените блок except из упражнения 10-8 так, чтобы при отсутствии файла программа продолжала работу, не уведомляя пользователя о проблеме.
10-10. Частые слова: зайдите на сайт проекта «Гутенберг» (http://gutenberg.org/) и найдите несколько книг для анализа. Загрузите текстовые файлы этих произведений или скопируйте текст из браузера в текстовый файл на вашем компьютере.
Для подсчета количества вхождений слова или выражения в строку можно воспользоваться методом count(). Например, следующий код подсчитывает количество вхождений ‘row’ в строке:
>>> line = "Row, row, row your boat"
>>> line.count('row')
2
>>> line.lower().count('row')
3
Обратите внимание: преобразование строки к нижнему регистру функцией lower() позволяет найти все вхождения искомого слова независимо от регистра.
Напишите программу, которая читает файлы из проекта «Гутенберг» и определяет количество вхождений слова ‘the’ в каждом тексте.