7. 输入和输出¶
展现程序的输出有多种方法；可以打印成人类可读的形式，也可以写入到文件以便后面使用。这一章将讨论一些可能性。
7.1. 格式化输出¶
到目前为止我们遇到过两种输出值的方法：表达式语句和print()函数。（第三个方式是使用文件对象的write()方法；标准输出文件可以引用 sys.stdout。有关此的更多信息，请参阅库参考。）
通常，您需要对输出的格式进行更多的控制，而不仅仅是打印空格分隔的值。有两种方式格式化你的输出：第一种方式是自己做所有字符串处理；使用字符串切片和串联操作，你可以创建任何你可以想象的布局。字符串类型有一些方法，用于执行将字符串填充到指定列宽度的有用操作；这些稍后将讨论。第二种方法是使用 str.format() 方法。
string模块包含一个Template类，提供另外一种向字符串代入值的方法。
还有一个问题，当然是：如何将值转换为字符串？幸运的是，python已经有方法把任何值转换成字符串：使用repr() 或 str() 方法。
str()函数的用意在于返回人类可读的表现形式，而repr()的用意在于生成解释器可读的表现形式（如果没有等价的语法将会引发SyntaxError异常）。对于对人类并没有特别的表示形式的对象， str()和repr()将返回相同的值。许多值，例如数字或结构，如列表和字典，使用任一函数具有相同的表示。特别地,字符串有两个不同的表示。
一些例子：
>>> s = 'Hello, world.'
>>> str(s)
'Hello, world.'
>>> repr(s)
"'Hello, world.'"
>>> str(1/7)
'0.14285714285714285'
>>> x = 10 * 3.25
>>> y = 200 * 200
>>> s = 'The value of x is ' + repr(x) + ', and y is ' + repr(y) + '...'
>>> print(s)
The value of x is 32.5, and y is 40000...
>>> # The repr() of a string adds string quotes and backslashes:
... hello = 'hello, world\n'
>>> hellos = repr(hello)
>>> print(hellos)
'hello, world\n'
>>> # The argument to repr() may be any Python object:
... repr((x, y, ('spam', 'eggs')))
"(32.5, 40000, ('spam', 'eggs'))"
这里有两种方法来写一个平方值和立方值的表：
>>> 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
>>> 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
（注意在第一个示例中，每列之间的一个空格由print()自动添加：它总会在它的参数之间添加空格。)
上面的例子演示了字符串对象的str.rjust()方法，它通过在左侧填充空格使字符串在给定宽度的列右对齐。类似的方法还有str.ljust()和str.center()。这些方法不写任何东西，他们只是返回一个新的字符串。如果输入的字符串太长，字符串不会被截断，会完整输出。这将会使列不对齐，但是通常这比截断好，截断会导致不知道原值（如果你真的想要截断，可以加上一个切片操作，例如x.ljust(n)[:n]。)
另外一种方法str.zfill()，它向数值字符串左侧填充零。它理解加号和减号：
>>> '12'.zfill(5)
'00012'
>>> '-3.14'.zfill(7)
'-003.14'
>>> '3.14159265359'.zfill(5)
'3.14159265359'
str.format()方法的基本用法如下所示：
>>> print('We are the {} who say "{}!"'.format('knights', 'Ni'))
We are the knights who say "Ni!"
字符串内部的花括号和字符（叫做格式字段）将被传递给str.format()方法的对象所替换。花括号中的数字可以用来引用传递给str.format()方法的对象的位置。
>>> print('{0} and {1}'.format('spam', 'eggs'))
spam and eggs
>>> print('{1} and {0}'.format('spam', 'eggs'))
eggs and spam
如果str.format()方法中用到关键字参数，那么它们的值通过参数的名称引用。
>>> 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随意组合：
>>> print('The story of {0}, {1}, and {other}.'.format('Bill', 'Manfred',
other='Georg'))
The story of Bill, Manfred, and Georg.
'!a'（运用ascii()）、'!s'（运用str()）和'!r'（运用repr()）可以用来在格式化之前转换相应的值：
>>> contents = 'eels'
>>> print('My hovercraft is full of {}.'.format(contents))
My hovercraft is full of eels.
>>> print('My hovercraft is full of {!r}.'.format(contents))
My hovercraft is full of 'eels'.
字段名后允许可选的':'和格式指令。这允许更好地控制如何格式化值。以下示例将Pi轮转到小数点后的三个位置。
>>> import math
>>> print('The value of PI is approximately {0:.3f}.'.format(math.pi))
The value of PI is approximately 3.142.
':'后面紧跟一个整数可以限定该字段的最小宽度。这对于使表漂亮很有用。
>>> table = {'Sjoerd': 4127, 'Jack': 4098, 'Dcab': 7678}
>>> for name, phone in table.items():
... print('{0:10} ==> {1:10d}'.format(name, phone))
...
Jack ==> 4098
Dcab ==> 7678
Sjoerd ==> 4127
如果你有一个不想分裂的非常长的格式字符串，如果你通过名称而不是位置来格式化这个变量会更好一点。有个简单的方法，可以传入一个字典，然后使用'[]'访问。
>>> 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
这也可以通过传递表作为关键字参数与'**'符号。
>>> 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
这种方式与内置函数vars()组合起来将更加有用，该函数返回一个包含所有局部变量的字典。
关于str.format()完整的描述，请参见格式字符串语法。
7.1.1. 旧式的字符串格式化¶
% 也可以用来字符串格式化。它将左边类似sprintf()-风格的参数应用到右边的参数，然后返回这种格式化操作生成的字符串。例如：
>>> import math
>>> print('The value of PI is approximately %5.3f.' % math.pi)
The value of PI is approximately 3.142.
printf-风格字符串格式化 一节中，可以找到更多的信息。
7.2. 读写文件¶
open()返回一个文件对象，最常见的用法带有两个参数：open(filename, mode)。
>>> f = open('workfile', 'w')
第一个参数是一个包含文件名的字符串。第二个参数是另一个包含几个字符的字符串，用于描述文件的使用方式。mode为'r'时表示只是读取文件；w表示只是写入文件（已经存在的同名文件将被删掉）；'a'表示打开文件进行追加；写入到文件中的任何数据将自动添加到末尾。'r+'表示打开文件进行读取和写入。mode参数是可选的；如果省略，则默认为'r'。
通常，文件以文本模式打开，它表示你从文件读取以及向文件写入的字符串是经过特定的编码的。如果没有指定编码，则默认为与平台有关（参见open()）。在mode后面附加'b'将以二进制模式打开文件：现在数据以字节对象的形式读取和写入。这个模式应该用于所有不包含文本的文件。
在文本模式中，读取的默认行为是将平台相关的换行（Unix上的\n、Windows上的\r\n）仅仅转换为\n。当在文本模式中写入时，默认的行为是将\n转换为平台相关的换行。这种对文件数据的修改对文本文件没有问题，但会损坏JPEG或EXE这样的二进制文件中的数据。在读取和写入这样的文件时要非常小心地使用二进制模式。
7.2.1. 文件对象的方法¶
本节中的示例将假设文件对象f已经创建。
要读取文件内容，可以调用f.read(size) ，该方法读取若干数量的数据并以字符串（在文本模式中）或字节对象（在二进制模式中）形式返回它。size是一个可选的数值参数。当 size被省略或者为负数时，将会读取并返回整个文件；如果文件大小是你机器内存的两倍时，这会产生问题。否则，最多读取并返回size字节。如果到了文件末尾，f.read() 会返回一个空字符串("")。
>>> f.read()
'This is the entire file.\n'
>>> f.read()
''
f.readline()从文件读取一行数据；字符串结尾会带有一个换行符 (\n) ，只有当文件最后一行没有以换行符结尾时才会省略。这样返回值就不会有混淆；如果f.readline()返回一个空字符串，那就表示已经达到文件的末尾，而如果返回一个只包含一个换行符的字符串'\n'，则表示遇到一个空行。
>>> f.readline()
'This is the first line of the file.\n'
>>> f.readline()
'Second line of the file\n'
>>> f.readline()
''
对于从文件中读取行，可以在文件对象上循环。这让内存高效，快速，并简化代码：
>>> for line in f:
... print(line, end='')
...
This is the first line of the file.
Second line of the file
如果你想要读取文件列表中所有行的数据，你也可以使用 list(f) 或 f.readlines()。
f.write(string) 将 字符串 的内容写入到该文件，返回写入的字符数。
>>> f.write('This is a test\n')
15
其他类型的对象,在写入之前则需要转换成 字符串 （在文本模式下） 或 字节对象 （以二进制模式）
>>> value = ('the answer', 42)
>>> s = str(value) # convert the tuple to string
>>> f.write(s)
18
f.tell()返回一个整数，代表文件对象在文件中的当前的位置，在二进制模式中该数值表示自文件开头到指针处的字节数，在文本模式中则是不准确的。
若要更改该文件对象的位置，可以使用f.seek(offset, from_what)。位置由参考点加上offset 计算得来；参考点的选择则来自于from_what参数。当from_what的值为0，1，2 时，分别使用文件开头、当前文件位置和文件结尾作为参考点。from_what可以省略，默认为0，使用文件的开头作为参考点。
>>> 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'
在文本文件中（没有以b模式打开的文件），只允许从文件的开始查找（有个例外是查找到文件的末尾seek(0, 2)），而且offset只有是从f.tell()返回的值或者是0才是合法的。任何其他偏移值会产生未定义的行为。
使用完一个文件后，调用f.close()可以关闭它并释放其占用的所有系统资源。调用f.close()后，再尝试使用该文件对象将自动失败。
>>> f.close()
>>> f.read()
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in ?
ValueError: I/O operation on closed file
处理文件对象时使用with关键字是很好的做法。这具有的优点是，在其套件完成后，文件被正确关闭，即使在路上出现异常。它还比编写一个等同的try-finally语句要短很多：
>>> with open('workfile', 'r') as f:
... read_data = f.read()
>>> f.closed
True
文件对象还有一些不太常用的方法，例如isatty()和truncate()；有关文件对象的完整指南，请参阅库参考手册。
7.2.2. 使用json存储结构化数据¶
字符串可以轻松地写入和读取文件。数值就要多费点儿周折，因为read ()方法只会返回字符串，应将其传入int()这样的函数，就可以将'123'这样的字符串转换为对应的数值123。当您想要保存更复杂的数据类型（如嵌套列表和字典）时，手动解析和序列化变得复杂。
Python允许您使用名为JSON（JavaScript Object Notation）的流行数据交换格式，而不是让用户不断地编写和调试代码以将复杂的数据类型保存到文件中。标准模块json可以接受 Python 数据结构，并将它们转换为字符串表示形式；此过程称为序列化。从字符串表示重构数据称为反序列化。在序列化和反序列化之间，表示对象的字符串可能已经存储在文件或数据中，或者通过网络连接发送到一些远程机器。
注意
JSON格式通常由现代应用程序使用以允许数据交换。许多程序员已经熟悉它，这使它成为互操作性的不错选择。
如果你有一个对象x，你可以用简单的一行代码查看其JSON字符串表示形式：
>>> json.dumps([1, 'simple', 'list'])
'[1, "simple", "list"]'
dumps()函数的另外一个变体dump()，直接将对象序列化到一个文本文件。所以如果f是为写入而打开的一个文件对象，我们可以这样做：
json.dump(x, f)
为了重新解码对象，如果f是为读取而打开的文本文件对象 ：
x = json.load(f)
这种简单的序列化技术可以处理列表和字典，但是在JSON中序列化任意类实例需要一些额外的努力。Json模块的手册对此有详细的解释。