7. Вход и выход¶

7.1.1. Форматированные строковые литералы¶

Formatted string literals (также называемые f-строками для краткости) позволяют включать значения выражений Python внутрь строки, префиксируя строку с f или F и записывая выражения как {expression}.

За выражением может следовать необязательный спецификатор формата. Это позволяет лучше контролировать форматирование значения. В следующем примере pi округляется до трех знаков после запятой:

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

Передача целого числа после ':' приведет к тому, что это поле будет иметь минимальную ширину в несколько символов. Это полезно для выравнивания колонок.

>>> 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

Другие модификаторы могут быть использованы для преобразования значения перед его форматированием. '!a' применяет ascii(), '!s' применяет str(), а '!r' применяет 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'.

Для получения информации об этих спецификациях формата см. справочное руководство для Мини-язык спецификации формата.

7.1.2. Метод String format()¶

Базовое использование метода str.format() выглядит следующим образом:

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

Скобки и символы внутри них (называемые полями формата) заменяются объектами, переданными в метод str.format(). Число в скобках может использоваться для ссылки на позицию объекта, переданного в метод str.format().

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

Если в методе str.format() используются ключевые аргументы, то ссылки на их значения осуществляются с помощью имени аргумента.

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

Позиционные и ключевые аргументы можно произвольно комбинировать:

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

Если у вас очень длинная строка форматирования, которую вы не хотите разбивать на части, было бы неплохо, если бы вы могли ссылаться на переменные для форматирования по имени, а не по позиции. Это можно сделать, просто передав dict и используя квадратные скобки '[]' для доступа к ключам.

>>> 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

Это также можно сделать, передавая словарь table в качестве аргумента ключевого слова с нотацией **.

>>> 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

Это особенно полезно в сочетании со встроенной функцией vars(), которая возвращает словарь, содержащий все локальные переменные.

В качестве примера, следующие строки создают аккуратно выровненный набор столбцов, дающих целые числа и их квадраты и кубы:

>>> for x in range(1, 11):
...     print('{0:2d} {1:3d} {2:4d}'.format(x, x*x, x*x*x))
...
 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

Полный обзор форматирования строк с помощью str.format() смотрите в разделе Синтаксис строки форматирования.

7.1.3. Ручное форматирование строк¶

Вот та же таблица квадратов и кубов, отформатированная вручную:

>>> 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

(Обратите внимание, что один пробел между каждым столбцом был добавлен способом работы print(): он всегда добавляет пробелы между своими аргументами).

Метод str.rjust() для строковых объектов выравнивает строку в поле заданной ширины, заполняя ее пробелами слева. Существуют аналогичные методы str.ljust() и str.center(). Эти методы ничего не записывают, они просто возвращают новую строку. Если входная строка слишком длинная, они не усекают ее, а возвращают без изменений; это испортит расположение столбцов, но это обычно лучше, чем альтернатива, которая заключается в том, что значение будет ложным. (Если вам действительно нужно усечение, вы всегда можете добавить операцию slice, как в x.ljust(n)[:n]).

Существует еще один метод, str.zfill(), который заполняет числовую строку слева нулями. Он понимает знаки плюс и минус:

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

7.1.4. Старое форматирование строк¶

Оператор % (modulo) также может быть использован для форматирования строк. Если задано 'string' % values, экземпляры % в string заменяются на ноль или более элементов values. Эта операция известна как интерполяция строк. Например:

>>> import math
>>> print('The value of pi is approximately %5.3f.' % math.pi)
The value of pi is approximately 3.142.

Более подробную информацию можно найти в разделе Форматирование строк в стиле printf.

7.2.1. Методы файловых объектов¶

Остальные примеры в этом разделе будут предполагать, что объект файла с именем f уже создан.

Чтобы прочитать содержимое файла, вызовите команду f.read(size), которая считывает некоторое количество данных и возвращает их в виде строки (в текстовом режиме) или байтового объекта (в двоичном режиме). size - необязательный числовой аргумент. Если size опущен или отрицателен, будет прочитано и возвращено все содержимое файла; это ваша проблема, если файл вдвое больше памяти вашей машины. В противном случае будет прочитано и возвращено не более size символов (в текстовом режиме) или size байт (в двоичном режиме). Если конец файла достигнут, f.read() вернет пустую строку ('').

>>> f.read()
'This is the entire file.\n'
>>> f.read()
''

f.readline() читает одну строку из файла; в конце строки оставляется символ новой строки (\n), который опускается только на последней строке файла, если файл не заканчивается новой строкой. Это делает возвращаемое значение однозначным; если f.readline() возвращает пустую строку, то конец файла достигнут, а пустая строка представлена '\n', строкой, содержащей только одну новую строку.

>>> f.readline()
'This is the first line of the file.\n'
>>> f.readline()
'Second line of the file\n'
>>> f.readline()
''

Для чтения строк из файла можно выполнить цикл по объекту файла. Это экономит память, быстро и приводит к простому коду:

>>> for line in f:
...     print(line, end='')
...
This is the first line of the file.
Second line of the file

Если вы хотите прочитать все строки файла в виде списка, вы также можете использовать list(f) или f.readlines().

f.write(string) записывает содержимое string в файл, возвращая количество записанных символов.

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

Другие типы объектов должны быть преобразованы - либо в строку (в текстовом режиме), либо в байтовый объект (в двоичном режиме) - перед их записью:

>>> value = ('the answer', 42)
>>> s = str(value)  # convert the tuple to string
>>> f.write(s)
18

f.tell() возвращает целое число, дающее текущую позицию объекта файла в файле, представленную как количество байт от начала файла в двоичном режиме и непрозрачное число в текстовом режиме.

Чтобы изменить положение файлового объекта, используйте f.seek(offset, whence). Позиция вычисляется путем добавления смещения к точке отсчета; точка отсчета выбирается аргументом whence. Значение whence, равное 0, ведет отсчет от начала файла, 1 использует текущую позицию файла, а 2 использует в качестве точки отсчета конец файла. Значение whence может быть опущено и по умолчанию равно 0, при этом в качестве точки отсчета используется начало файла.

>>> f = open('workfile', 'rb+')
>>> f.write(b'0123456789abcdef')
16
>>> f.seek(5)      # Go to the 6th byte in the file
5
>>> f.read(1)
b'5'
>>> f.seek(-3, 2)  # Go to the 3rd byte before the end
13
>>> f.read(1)
b'd'

В текстовых файлах (открытых без b в строке режима) разрешен только поиск относительно начала файла (исключением является поиск до самого конца файла с помощью seek(0, 2)), и единственными допустимыми значениями offset являются значения, возвращаемые из f.tell(), или ноль. Любое другое значение offset приводит к неопределенному поведению.

Объекты файлов имеют некоторые дополнительные методы, такие как isatty() и truncate(), которые используются реже; полное руководство по объектам файлов можно найти в Справочнике по библиотеке.

7.2.2. Сохранение структурированных данных с помощью json¶

Строки можно легко записывать в файл и считывать из него. Числа требуют немного больше усилий, поскольку метод read() возвращает только строки, которые необходимо передать в функцию типа int(), которая принимает строку типа '123' и возвращает ее числовое значение 123. Когда вы хотите сохранить более сложные типы данных, такие как вложенные списки и словари, разбор и сериализация вручную становится сложной задачей.

Вместо того чтобы заставлять пользователей постоянно писать и отлаживать код для сохранения сложных типов данных в файлы, Python позволяет использовать популярный формат обмена данными, называемый JSON (JavaScript Object Notation). Стандартный модуль под названием json может принимать иерархии данных Python и преобразовывать их в строковые представления; этот процесс называется serializing. Реконструкция данных из строкового представления называется deserializing. Между сериализацией и десериализацией строка, представляющая объект, могла быть сохранена в файле или данных, или отправлена по сети на какую-то удаленную машину.

Если у вас есть объект x, вы можете просмотреть его строковое представление JSON с помощью простой строки кода:

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

Другой вариант функции dumps(), называемый dump(), просто сериализует объект в text file. Таким образом, если f - это объект text file, открытый для записи, мы можем сделать следующее:

json.dump(x, f)

Для повторного декодирования объекта, если f является объектом binary file или text file, который был открыт для чтения:

x = json.load(f)

Эта простая техника сериализации может работать со списками и словарями, но сериализация произвольных экземпляров классов в JSON требует немного дополнительных усилий. Ссылка на модуль json содержит объяснение этого.