(Python)-初學 Class-12 — 檔案處理
(Python)-初學 Class-12 — 檔案處理
利用程式進行讀/寫檔案的處理
在撰寫程式的過程當中，目前為止我們大多是使用鍵盤來進行輸入（ input() 函式），或是利用螢幕本身的 console 輸出（搭配 print() 函式）來處理輸入輸出。
然而，我們並不可能總是使用鍵盤來進行輸入，假如今天的輸入值太多、或是我們要處理的是一些已經存在的數據，利用鍵盤輸入就顯得十分不效率；相對的，我們得到程式的輸出值以後，如果要將結果傳給其他人，那麼使用螢幕輸出就不會是一個好方法。
因此，這時我們所需要的，就是檔案處理的方法。
12-1 開啟以及關閉檔案
當我們今天想要來處理檔案，首先要先讓電腦知道現在我們所要處理的檔案是哪一份檔案。此時我們所使用的方法如下：
f = open(檔名, mode)
12-1-1 檔案物件 file object
此時變數 f 被 assign 的是一個 file object，所謂的 file object 的說明如下：
A file object allows us to use, access and manipulate all the user accessible files. One can read and write any such files. — — GeeksforGeeks
也就是說， file object 就是一個 Python 當中的物件，提供許多函式、方法讓我們處理任意的檔案。
12-1-2 開啟檔案 open()
open(file, mode=’模式’)
在這裡所用到的函式 open() 的部分通常包含兩個參數，檔案名稱以及模式 mode 。
檔名所要填入的是檔案路徑，指的是相對路徑，也就是相對於你的程式執行的位置而言，你的檔案在什麼地方。如果在同一個資料夾當中執行，可以直接寫檔案的名稱，如 “test.txt” 。
而 mode 代表的是你開啟檔案的模式，Python 提供了數種開啟檔案的模式，包含僅供讀取、可以覆寫檔案等等。以下將對於其中三種稍作簡介：
“r” 唯讀模式：當我們以 mode 為 “r” 開啟檔案時，意即我們只能從指定的檔案讀取資料，並不能夠對這個檔案的內容進行更動。與此同時，如果我們所指定的檔案不存在，將會產生 FileNotFoundError 的例外。
“w” 寫入模式（覆寫）：而如果我們以 “w” 為開啟檔案的模式時，意即要來進行檔案的寫入，會在開啟的位置直接覆蓋掉原本的檔案。如果我們所指定的檔案路徑/名稱不存在，會新增一個新的檔案。
“a” 寫入模式（續寫）：但若我們設定開啟檔案的模式為 “a”，是指在此模式下開啟檔案要進行寫入時，會從原本的檔案最後繼續進行寫入。
12-1-3 關閉檔案 close()
當我們在程式當中開啟了檔案以後，如果要停止對於這個檔案的更動或寫入，可以將檔案關閉。此時所使用的函式如下：
f.close()
當我們要開啟其他檔案時，當然可以直接再開啟然後取代掉目前的 file object，但是記得在使用時關閉檔案依然是一個好習慣。
讀取檔案
接著，當我們成功開啟檔案以後，下一個要做的就是將檔案當中的資料讀取進來。Python 在 file object 當中提供了數種從檔案讀取資料的方法，供大家做選擇使用，以下將對於幾種不同的用法稍作簡介。
1. file.read()
第一種是 f.read() 函式，用法如下：
file.read([size])
括號當中的參數 size 是 optional 的，當我們設置了 size 的值，電腦就會自動讀到指定的字節數量，若沒有設置就會將整個檔案都讀取進來。
舉例來說，當我們今天有一個叫做 file_io.txt 的文字檔，內容如下：
I love Python! KK number one!
我們嘗試使用 f.read() 來讀取資料，並且嘗試以下兩種不同的讀取方式：
words = f.read()
print(words)
I love Python! KK number one!
以及
word = f.read(6)
print(word)
分別以有無限制讀取字節數量的方法進行讀取，執行結果如下：
Learn 1 :
f = open ("file_io.txt", "r")
words = f.read()
print(words)
f.close()
I love Python! KK number one!
——
f = open("file_io.txt", "r")
word = f.read(6)
print(word)
f.close()
I love
可見，當我們執行的是 f.read(6) ，我們所讀取到的內容為 I love ，共六個字節；但當我們執行 f.read() 時，讀取到的即是完整的資料內容： I love Python\n KK number one! 。
2. file.readline()
另一種方法是 f.readline() ，他所做的事情跟這個函式的命名相同，就是將讀取檔案中的整行資料，但是一次只讀取一行，包含 \n 字元，如果檔案當中包含了 N 行的資料，我們就必須呼叫 f.readline() N 次。
我們再一次讀取剛才的文字檔 file_io.txt ，並且將兩行內容輸出。為了證明 f.readline() 真的只會讀取一行，我們將輸出順序顛倒：
first_line = f.readline()
second_line = f.readline()
print(second_line, first_line, sep = "\n")
執行結果如下：
Learn 2 :
f = open("file_io.txt", "r")
first_line = f.readline()
second_line = f.readline()
print(second_line, first_line, sep = "\n")
f.close()
KK number one! I love Python!
3. file.readlines()
除了逐行讀取，Python 也提供一次讀取所有資料的方法：
f.readlines()
f.readlines() 會將檔案當中的所有資料都逐行讀取進來，然後會將其回傳成為一個 list ，我們嘗試執行以下的程式碼，將檔案使用 f.readlines() 讀取進來以後，用變數 k 接住，然後將其印出以便查看：
Learn 3 :
f = open('file_io.txt')
k = f.readlines()
print(k)
f.close()
執行結果如下：
[“I love Python!\n”, “KK number one!”]
由此可見， f.readlines() 會將檔案當中每一行當作是一個字串，然後存進串列當中回傳。因此 for loop經常與 f.readlines() 搭配使用，方法如下：
for line in f.readlines():
print(line)
執行結果如下，由於當 f.readlines() 將每一行的文字讀取進來時，會連換行符號的 \n 一起讀進來，因此，在使用 print() 將其印出時，會有原本字串當中的 \n 以及 print() 本身預設的 end 字元 \n ，所以中間會出現空行：
Learn 4 :
f = open("file_io.txt")
for lines in f.readlines():
print(lines)
f.close()
除此之外， Python 還給了我們一個幾乎一模一樣的用法，在不使用 f.readlines() 的情況下，我們可以直接利用 for loop 對於我們的 file object f 來 iterate，方法如下：
f = open('file_io.txt')
for line in f:
print(line)
f.close()
我們會得到相同的執行結果：
Learn 5 :
f = open("file_io.txt")
for line in f:
print(line)
f.close()
I love Python! KK number one!
12-2-1 寫入檔案
講完如何讀取檔案，接著將介紹該如何將資料寫入檔案。與讀取相同，Python 同樣也提供了幾種不同的輸出方式：
1. file.write()
第一種是 f.write() ，其概念相對於剛才所介紹的 f.read() ，參數的資料型態是字串 string ，在使用上也相當容易：
舉例的程式碼如下：
Learn 6 :
f = open('file_io.txt', 'w')
f.write("Try to use file.write()\nHail HYDRA")
f.close()
執行以上的程式碼，將會得到一個新的檔案內容：
Try to use file.write() Hail HYDRA
現在檔案的內容完全就是剛才我們作為 f.write() 參數的字串。
2. file.writelines()
當然，如果你不想要每輸出一段東西就使用一次 f.write() ，Python 也提供了另一個概念和 f.readlines() 相對的函式：
f.writelines() 用法如下：
file.writelines(seq)
這裡的參數 seq 指的是 f.writelines() 的參數必須是一個序列，也就是 list 或是 tuple 這類的資料型態。而 f.writelines() 就會將你所給的 sequence 當中的內容印出，舉例來說，假如我們今天想要輸出和上面相同的檔案，我們可能的寫法如下：
Learn 7 :
f = open('file_io.txt', 'w')
seq = ["Try to use file.write()\n","Hail HYDRA"]
f.writelines(seq)
f.close()
而執行上面的程式碼，我們將會得到如下的文字檔：
Try to use file.write() Hail HYDRA
由此可見，雖然 f.writelines() 會將我們所給的參數 sequence 當中的內容一個一個印出，卻不會像 print() 一樣預設在輸出的東西後面附上換行 \n ，因此，我們必須在要換行的字串中自行加上 \n 。
3. print()
當然，貼心的 Python 也提供了我們利用熟悉的 print() 就可以完成輸出到檔案的方法。當我們今天想要將任何東西輸出時，都會直接使用 print() ，然後頂多更改參數 sep 或是 end 。然而，除了這兩個參數以外，還有第三個參數 file 。
舉例來說，我們今天有一個 list 叫做 movielist ，內容如下：
Learn 8 :
movielist=["The Shawshank Redemption", "The Godfather", "The Dark Knight", "12 Angry Men", "Schindler's List", "The Lord of the Rings: The Return of the King", "Pulp Fiction", "Fight Club"]
print(movielist)
[‘The Shawshank Redemption’, ‘The Godfather’, ‘The Dark Knight’, ’12 Angry Men’, “Schindler’s List”, ‘The Lord of the Rings: The Return of the King’, ‘Pulp Fiction’, ‘Fight Club’]
然而，當我們設定了 file 這個參數以後，將程式碼改成下方的樣子，就不一樣了：
Learn 9 :
f = open('movies.txt','w')
print(movielist, file = f)
f.close()
[‘The Shawshank Redemption’, ‘The Godfather’, ‘The Dark Knight’, ’12 Angry Men’, “Schindler’s List”, ‘The Lord of the Rings: The Return of the King’, ‘Pulp Fiction’, ‘Fight Club’]
我們得到了一個裝著和方才直接使用 print() 時一樣內容的 txt 檔案。
在檔案中移動位置
接著，我們要來介紹如何更進一步的進行檔案的處理。當我們在進行檔案的讀取時，有時可能會想要將檔案從頭到尾讀取第二遍。
假設今天有一個文字檔叫做 sample.txt ，內容如下：
123 456 789
那麼，當我們想要將上面的檔案內容印出兩次時，可能會寫出如下的程式碼進行以下的操作：
Learn 10 :
f = open('sample.txt')
for line in f:
print(line)
for line in f:
print(line)
f.close()
在我們的想像當中，上面的程式碼在第一個 for loop 跑完以後，下一個 for loop 應該要將檔案的內容在輸出一次，也就是說，我們心裡想的輸出結果應該要是這樣子的：
123 456 789 123 456 789
然而，執行結果卻如下：
123 456 789
很顯然的，第二次的 for loop 完全沒有印出東西來。
原因是這樣子的，當我們在讀取或是寫入檔案時，可以想像成電腦裡面有一個指標，類似於我們在使用 word 或是任何的文字編輯器時的指標，我們會依照他的位置，知道我們接下來如果要打字會出現在什麼地方。
同樣的，當 file object 在處理檔案時也是一樣的概念。在上面的範例當中，第一個 for loop 結束以後，這個指針隨著我們的讀取已經到了文件的最後面。因此，接下來想要再使用 for loop 來讀取的話，如果我們沒有將指針移到檔案最前面，就無法得到任何東西。因此，以下要介紹用來移動這個指針或是獲取現在指針位置的方法。
4. file.seek()
第一個是 f.seek() ，顧名思義，就是在檔案當中尋找。不過這裡說的尋找指的並不是尋找某個字或是某個資料，而是尋找某個位置，用法如下。
file.seek()
我們繼續使用上面的例子，此時，若我們想要將檔案的內容完整輸出兩次，只需要在兩個 for loop 之間加上一行 f.seek(0) 即可：
Learn 11 :
f = open('sample.txt')
for line in f:
print(line)
f.seek(0)
for line in f:
print(line)
f.close()
執行結果如下圖：
123 456 789 123 456 789
也就是說，當我們想要移動這個指針的位置，只要使用 f.seek() 就可以將指針移到目標位置。所以當我們將 f.seek() 當中的參數設為 1 時，就會輸出下面的結果：
Learn 12 :
f = open("sample.txt")
f.seek(1)
for line in f:
print(line)
23 456 789
可以看出，當我們寫 f.seek(1) 時，將會移到文件當中的位置一。所以當我們在讀取時，會從第二個字元開始讀取。
需要注意的是，如果檔案內容有中文字，可能就需要去更改檔案開啟時的編碼方式等等，在此便不贅述。
5. file.tell()
最後，我們要來介紹的是 f.tell() 。他和 f.seek() 接近於相對的概念，所謂的 f.tell() ，顧名思義就是會回傳給你現在指標所在的位置。
為了舉例方便，我們同樣使用方才的 sample.txt ，內容如下：
123 456 789
如果我們今天在讀取資料時使用的是 f.read() 時，我們可以很輕鬆地知道目前指針的位置在哪裡。然而，若我們想要搭配 f.seek() 或是其他方法使用時，就需要知道目前確切的指針位置，與此同時也可以知道目前進行到檔案的什麼地方。
舉例來說，當我們今天先使用了 f.read() 又使用了 f.readline() 時，可能會想要知道接下來會從哪個位置開始。試寫程式碼如下：
Learn 13 :
f = open('sample.txt')
print(f.read(1))
print(f.readline())
print(f.tell())
f.close()
1 23
4
由此可見，使用 f.tell() 可以得到目前指針所在的位置，是下一行的開頭也就是 123\n 之後的位置 4。
小結
本篇簡介了許多檔案處理相關的方法，雖然是以 txt 檔為介紹範例，但是對於其他檔案也是可以使用的，最多就是依照目標檔案的編碼格式進行調整。
當然，針對不同的檔案格式， Python 也有許多集前人智慧的好用 module 可以使用，這個就稍待之後再來進行介紹。
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