آموزش پایتون-خواندن,نوشتن فایل,خطاها و استثناها

سلام دوستان ...در قسمت قبل آموزش پایتون مفاهیم زیر را یاد دادیم

لینک قسمت اول آموزش پایتون

• مقایسه دنباله ها و سایر انواع در برنامه نویسی Python
• آموزش ماژول ها در برنامه نویسی پایتون
• آموزش ماژول های استاندارد در برنامه نویسی پایتون
• آموزش تابع dir() در برنامه نویسی پایتون

با ادامه آموزش پایتون همراه ما باشید.

آموزش خواندن و نوشتن فایل در زبان برنامه نویسی پایتون

دستور open() یک شی فایل (file object) را باز می گرداند، و در اکثر مواقع با دو آرگومان استفاده می شود:

open(filename, mode)

>>> f = open('workfile', 'w')

آرگومان اول یک رشته شامل نام فایل است. آرگومان دوم یک رشته دیگر شامل تعداد کمی کاراکتر است که روش استفاده از فایل را توصیف می کند. حالت (mode) می تواند r باشد برای زمانی که فایل فقط خوانده می شود، w برای فقط نوشتن (فایل موجود با نام مشابه پاک خواهد شد)، و a فایل را برای افزودن(append) باز می کند؛

هر داده ای که در فایل نوشته شود به صورت خودکار به انتهای فایل اضافه می شود. r+ فایل را برای خواندن و نوشتن باز می کند. آرگومان حالت اختیاری است.

در صوت حذف، r در نظر گرفته می شود. به طور معمول فایل ها در حالت متن(text) باز می شوند، این به این معنی است که شما رشته ها را از فایل می خوانید و درون فایل می نویسید، که این فایل به یک روش رمزنگاری خاص کدگذاری شده است.

اگر روش رمزنگاری مشخص نشده باشد، پیش فرض وابسته به پلتفرم(platform) است

اگر b به حالت اضافه شود، فایل در حالت باینری (binary) باز می شود.، حال، داده در قالب اشیای بایت خوانده و نوشته می شود. این حالت باید برای همه فایل هایی که شامل متن نیستند استفاده شود.

هنگام خواندن در حالت متن، پیش فرض این است که انتهای خطوط خاص هر پلتفرم (\n در Unix، \r\n در ویندوز) را فقط به \n تبدیل کند. هنگام نوشتن در حالت متن، پیش فرض این است که هر جا \n وجود دارد را به انتهای خطوط خاص هر پلتفرم بازگرداند. این تغییرات پشت پرده روی داده فایل برای فایل های متنی مشکلی ایجاد نمی کند، اما داده های باینری مانند فایل های JPEG یا EXE را خراب می کند.

در هنگام خواندن و نوشتن چنین فایل هایی بسیار مراقب استفاده از حالت باینری باشید. خوب است هنگام کار با اشیای فایل از کلمه کلیدی with استفاده کنید. مزیت آن این است که پس از اتمام مجموعه فایل، حتی درصورتی که در جایی یک استثنا رخ دهد، فایل به درستی بسته می شود. همچنین استفاده از with بسیار کوتاهتر از نوشتن بلاک try-finally برابر با آن است.

>>> with open('workfile') as f:

...     read_data = f.read()

>>> # We can check that the file has been automatically closed.

>>> f.closed

True

اگر از کلمه کلیدی with استفاده نمی کنید، پس باید f.close() را فراخوانی کنید تا فایل را ببندد و فورا منابع سیستمی استفاده شده توسط آن را آزاد کند. اگر صریحا یک فایل را نبندید، زباله جمع کن پایتون (Python’s garbage collector) نهایتا شی را نابود می کند و فایل را برای شما می بندد، اما ممکن است برای مدتی فایل باز بماند. احتمال خطر دیگری که وجود دارد این است که پیاده سازی های مختلف پایتون، این عمل تمیز کردن را در زمان های مختلف انجام می دهند. پس از اینکه یک شی فایل بسته شد، تلاش برای استفاده از شی فایل چه از طریق عبارت with یا با فراخوانی f.close() ، به صورت خودکار شکست می خورد.

 >>> f.close()

    >>> f.read()

    Traceback (most recent call last):

      File &quot<stdin>&quot, line 1, in <module>

    ValueError: I/O operation on closed file.

</module></stdin>

آموزش متدهای اشیای فایل در آموزش پایتون

در بقیه مثال های این بخش فرض شده است که یک شی فایل به نام f پیش از این ایجاد شده است. برای خواندن محتویات یک فایل f.read(size) را فراخوانی کنید، که تعدادی داده را می خواند و به صورت یک رشته(در حالت متن) یا شی بایت (در حالت باینری) باز می گرداند.

سایز Size یک آرگومان عددی اختیاری است. زمانی که size حذف شود یا منفی باشد، کل محتویات فایل خوانده و باز گردانده می شود. این مشکل شماست اگر فایل دو برابر بزرگتر از حافظه سیستم شماست. در غیر این صورت، حداکثر اندازه کاراکتر (در حالت متن) یا اندازه بایت(در حالت باینری) خوانده و باز گردانده می شود. اگر به انتهای فایل رسیده باشیم، f.read() یک رشته خالی را باز می گرداند (‘ ‘).

>>> f.read()

'This is the entire file.\n'

>>> f.read()

''

دستور f.readline() یک خط از فایل را می خواند. کاراکتر خط جدید (\n) در انتهای رشته قرار می گیرد، و فقط زمانی حذف می شود که به آخرین خط فایل رسیده باشیم، و البته اگر فایل با خط جدید(\n) تمام نشود. این باعث می شود تا مقدار بازگشتی واضح باشد. اگر f.readline() یک رشته خالی را باز گرداند، به انتهای فایل رسیدیم، در حالی که یک خط خالی توسط \n نمایش داده شده است، یک رشته شامل تنها یک خط جدید.

>>> f.readline()

'This is the first line of the file.\n'

>>> f.readline()

'Second line of the file\n'

>>> f.readline()

''

برای خواندن خطوط از یک فایل، میتوانید روی شی فایل حلقه بزنید. این عمل از نظر حافظه کارآمد است، سریع است و ما را به یک کد ساده می رساند.

>>> for line in f:

...     print(line, end='')

...

This is the first line of the file.

Second line of the file

اگر می خواهید همه خطوط یک فایل را بخوانید و در یک لیست قرار دهید، می توانید از list(f) یا f.readlines() استفاده کنید. f.write(string) محتویات رشته را درون فایل می نویسد، و تعداد کاراکتر های نوشته شده را باز می گرداند.

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

15

سایر انواع اشیا باید قبل از نوشته شدن، یا به یک رشته (در حالت متن) یا به یک شی بایت (در حالت باینری) تبدیل شوند.

>>> value = ('the answer', 42)

>>> s = str(value)  # convert the tuple to string

>>> f.write(s)

18

دستور f.tell() یک عدد صحیح که مکان فعلی شی فایل را در فایل مشخص می کند، باز می گرداند. این مقدار بازگشتی به صورت عددی از بایت ها از آغاز فایل در حالت باینری و یک عدد opaque در حالت متن، نمایش داده می شود. برای تغییر مکان شی فایل، از f.seek(offset, whence) استفاده کنید.

مکان با افزودن offset به یک نقطه مرجع محاسبه می شود. نقطه مرجع توسط آرگومان whence انتخاب می شود. مقدار 0 برای whence ، از ابتدای فایل می سنجد، 1 از مکان فعلی استفاده می کند، و 2 از انتهای فایل به عنوان نقطه مرجع استفاده می کند. whence می تواند حذف شود و پیش فرض 0 است که از ابتدای فایل به عنوان نقطه مرجع استفاده می کند.

>>> 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'

در فایل های متنی(آنهایی که بدون b در رشته حالت، باز شده اند)، تنها جستجوهای وابسته به شروع فایل مجاز است (استثنای جستجو از انتهای فایل با seek(0, 2) انجام می شود) و تنها مقادیر معتبر offset آنهایی هستند که یا صفر باشند یا توسط f.tell() باز گردانده شده اند.

هر مقدار offset دیگری، رفتار تعریف نشده ای را تولید می کند. اشیای فایل، متدهای اضافی دیگری هم دارند، مانند isatty() و truncate() که کمتر مورد استفاده قرار میگیرند.

آموزش ذخیره داده ساخت یافته با استفاده از json در آموزش پایتون

رشته ها را می توان به سادگی از فایل خواند یا درون فایل نوشت. اعداد نیاز به تلاش بیشتری دارد، از آنجایی که متد read() فقط رشته باز می گرداند، باید به یک تابع مانند int() پاس داده شود، که یک رشته مانند ‘123’ را می گیرد و مقدار عددی آن یعنی 123 را باز می گرداند. زمانی که بخواهید انواع داده پیچیده تری مانند لیست های تو در تو و دیکشنری ها را ذخیره کنید، پارس کردن (parsing) و سریال سازی دستی پیچیده می شود.

به جای اینکه کاربران مدام به نوشتن و اشکال زدایی کد برای ذخیره انواع داده پیچیده در فایل بپردازند، پایتون به شما این امکان را می دهد تا از فرمت تبادل داده محبوب به نام JSON (نماد شی جاوا اسکریپت)استفاده کنید.

ماژول استاندارد json می تواند سلسله مراتب داده پایتون را بگیرد، و آنها را به نمایش های رشته ای تبدیل کند. این روند سریال سازی (serializing) نام دارد. بازسازی داده از نمایش رشته ای، محصور کردن (deserializing) نام دارد. بین سریال سازی و محصور کردن، رشته ای که نمایشگر شی است ممکن است در یک فایل یا داده ذخیره شده باشد، یا از طریق ارتباطات شبکه به یک سیستم دور فرستاده شده باشد.

توجه !

معمولا برای تبادل داده، فرمت JSON توسط برنامه های کاربردی مدرن استفاده می شود. در حال حاظر بسیاری از برنامه نویسان با آن آشنا هستند، و همین آن را به یک گزینه خوب برای همکاری تبدیل کرده است.

اگر شی x را داشته باشید، می توانید نمایش رشته ای JSON آن را با یک خط کد ساده ببینید:

>>> import json

>>> json.dumps([1, 'simple', 'list'])

'[1, &quotsimple&quot, &quotlist&quot]'

گونه دیگری از تابع dumps()، dump() نام دارد، که به سادگی شی را به یک فایل متنی سریال سازی می کند. بنابراین اگر f یک شی فایل متنی باشد که برای نوشتن باز شده باشد، می توانیم این کار را انجام دهیم:

json.dump(x, f)

برای رمزگشایی مجدد شی، اگر f یک شی فایل متنی باشد که برای خواندن باز شده باشد:

x = json.load(f)

این روش ساده سریال سازی می تواند لیست ها و دیکشنری ها را مدیریت کند، اما سریال سازی اختیاری نمونه های کلاس در JSON نیاز به کمی تلاش بیشتر دارد. مرجع مربوط به ماژول json در بردارنده توضیحاتی برای این موضوع است.

آموزش خطاها و استثناها در برنامه نویسی پایتون

تا اینجا به پیام های خطا فقط اشاره کردیم، اما اگر مثال ها را انجام داده باشید احتمالا به برخی از آنها برخورده اید. حداقل دو نوع خطای متمایز وجود دارد: خطاهای نحوی(نگارشی- syntax) و استثناها.

آموزش خطاهای نحوی در Python

خطاهای نحوی که همچنین با نام خطاهای parsing نیز شناخته شده هستند، شاید معمول ترین نوع خطا باشد که در حین یادگیری پایتون به آن بر می خورید.

 >>> while True print('Hello world')

    File &quot<stdin>&quot, line 1

      while True print('Hello world')

                     ^

  SyntaxError: invalid syntax

</stdin>

آموزش Parser در Python

خط دارای خطا را تکرار می کند و یک فلش کوچکی را نمایش می دهد که به اولین نقطه در خط، جایی که خطا تشخیص داده شده است، اشاره می کند. خطا توسط علامتی که قبل از فلش وجود دارد رخ داده است یا حداقل در آن نقطه تشخیص داده شده است.

در این مثال، خطا در تابع print() تشخیص داده شده است، زیرا یک دو نقطه (:) قبل از آن حذف شده است. نام فایل و شماره خط چاپ شده است، بنابراین در صورتی که ورودی از یک script بیاید می دانید کجا به دنبال خطا بگردید.

آموزش استثناها در برنامه نویسی پایتون

حتی اگر یک عبارت یا اصطلاح از نظر نگارشی صحیح باشد، ممکن است زمانی که قصد اجرای آن را داریم، باعث بروز خطا شود. خطاهای تشخیص داده شده در حین اجرا، استثنا نام دارد و بی قید و شرط مهلک نیستند: به زودی نحوه مدیریت آنها در برنامه های پایتون را فرا خواهید گرفت. اغلب استثناها توسط برنامه ها مدیریت نمی شوند، اگرچه منجر به پیام های خطا می شوند که در اینجا نشان داده شده است.

>>> 10 * (1/0)

    Traceback (most recent call last):

      File &quot<stdin>&quot, line 1, in <module>

    ZeroDivisionError: division by zero

    >>> 4 + spam*3

    Traceback (most recent call last):

      File &quot<stdin>&quot, line 1, in <module>

    NameError: name 'spam' is not defined

    >>> '2' + 2

    Traceback (most recent call last):

      File &quot<stdin>&quot, line 1, in <module>

    TypeError: Can't convert 'int' object to str implicitly

</module></stdin></module></stdin></module></stdin>

آخرین خط در پیام خطا، بیان می کند که چه اتفاقی افتاده است. استثناها انواع مختلفی دارند، و نوع آنها به عنوان بخشی از پیام چاپ می شود.

نوع خطاها در این مثال ZeroDivisionError ، NameError و TypeError است. رشته چاپ شده به عنوان نوع استثنا، نام استثنای داخلی (built-in exception) است که رخ داده. این امر برای همه استثناهای داخلی صحت دارد، اما نیاز نیست برای استثناهای تعریف شده توسط کاربر نیز صحت داشته باشد (هرچند این یک قرارداد مفید است).

به طور کلی شامل یک ردیابی پشته ای است که خطوط کد را لیست می کند. اگر چه خطوط خوانده شده از ورودی استاندارد را نمایش نمی دهد. لینک Built-in Exceptions استثناهای درونی را بر می شمارد و معانی آنها را می گوید.

آموزش مدیریت استثناها در آموزش پایتون

نوشتن برنامه هایی که استثناهای انتخاب شده را مدیریت کند امکان پذیر است. مثال زیر را ببینید که تا زمان دریافت عدد صحیح معتبر، از کاربر درخواست ورودی می کند.

اما به کاربر این امکان را می دهد که برنامه را قطع کند (با استفاده از کنترل +C و یا هر آنچه که سیستم عامل پشتیبانی می کند). توجه داشته باشید این قطع شدن برنامه که توسط کاربر رخ داده است با اعلام استثنای KeyboardInterrupt شناسانده می شود.

>>> while True:

...     try:

...         x = int(input(&quotPlease enter a number: &quot))

...         break

...     except ValueError:

...         print(&quotOops!  That was no valid number.  Try again...&quot)

...

عبارت try به صورت زیر کار می کند.

• ابتدا، بخش try (عبارات بین دو کلمه کلیدی try و except) اجرا می شود.
• اگر هیچ استثنایی رخ ندهد، از روی بخش except می پرد( این بخش اجرا نمی شود) و اجرای عبارت try تمام می شود.
• اگر در حین اجرای بخش try استثنایی رخ دهد، از اجرای بقیه این بخش صرف نظر می کند. سپس اگر نوع خطای رخ داده با نام خطای نوشته شده پس از کلمه کلیدی except یکسان باشد، بخش except اجرا می شود، و سپس اجرا از پس از عبارت try ادامه می یابد.
• اگر استثنایی رخ دهد که مشابه نام استثنا در بخش except نباشد، به خارج از عبارات بخش try منتقل می شود. اگر هیچ بخش مدیریتی (handler) وجود نداشته باشد، یک استثنای مدیریت نشده رخ داده است و اجرا با پیامی که در بالا نشان داده شده است متوقف می شود.

یک عبارت try ممکن است برای مدیریت استثناهای مختلف، بیشتر از یک بخش except داشته باشد. حداکثر یک بخش مدیریتی اجرا خواهد شد. بخش های مدیریتی، تنها استثناهای رخ داده شده در بخش try مربوطه را مدیریت می کنند، نه در سایر بخش های مدیریتی از عبارت try مشابه. یک بخش استثنا ممکن است چندین استثنا را در قالب یک چندتایی پرانتز دار نام ببرد. برای مثال:

... except (RuntimeError, TypeError, NameError):

...     pass

یک کلاس درون یک بخش except ، با یک استثنا سازگار است، اگر همان کلاس مشابه یا یک کلاس پایه باشد. (اما عکس آن صادق نیست- یک بخش except که یک کلاس مشتق شده را لیست کرده است با یک کلاس پایه سازگار نیست). برای مثال، کد زیر B ,C ,D را به این ترتیب چاپ می کند.

class B(Exception):

    pass

class C(B):

    pass

class D(C):

    pass

for cls in [B, C, D]:

    try:

        raise cls()

    except D:

        print(&quotD&quot)

    except C:

        print(&quotC&quot)

    except B:

        print(&quotB&quot)

توجه داشته باشید که اگر بخش های except معکوس شوند ( اول except B باشد)، B,B,B چاپ می شد—اولین بخش except فعال شده است.

آخرین بخش except ممکن است نام استثنا(ها) را حذف کند. از این قابلیت با احتیاط بسیار استفاده کنید، زیرا پنهان شدن یک خطای واقعی برنامه نویسی از این طریق به سادگی امکان پذیر است. همچنین از آن می توان برای چاپ یک پیام خطا و اعلام دوباره آن استثنا استفاده کرد (همچنین اجازه به فراخواننده برای مدیریت استثنا).

import sys

try:

    f = open('myfile.txt')

    s = f.readline()

    i = int(s.strip())

except OSError as err:

    print(&quotOS error: {0}&quot.format(err))

except ValueError:

    print(&quotCould not convert data to an integer.&quot)

except:

    print(&quotUnexpected error:&quot, sys.exc_info()[0])

    raise

عبارت try … except دارای یک بخش else اختیاری است که در صورت وجود باید از همه بخش های استثنا پیروی کند. این برای کدی که بخش try آن استثنایی اعلام نکرده و باید اجرا شود، مفید است. برای مثال:

for arg in sys.argv[1:]:

try:

    f = open(arg, 'r')

except OSError:

    print('cannot open', arg)

else:

    print(arg, 'has', len(f.readlines()), 'lines')

    f.close()

استفاده از بخش else بهتر از افزودن کد اضافی به بخش try است، زیرا آن از گرفتن تصادفی استثنایی که توسط کدی که با عبارت try … except محافظت می شود، جلوگیری میکند. زمانی که یک استثنا رخ می دهد، ممکن است یک مقدار وابسته داشته باشد، که به عنوان آرگومان استثنا نیز شناخته می شود.

حضور و نوع آرگومان به نوع استثنا بستگی دارد. بخش except ممکن است یک متغیر را بعد از نام استثنا مشخص کند. متغیر به یک نمونه استثنا (exception instance) محدود است و آرگومان ها در instance.args ذخیره می شوند.

.برای سادگی، نمونه استثنا __str__() را تعریف می کند، بنابراین آرگومان ها می توانند مستقیما بدون نیاز به ارجاع به .args چاپ شوند. همچنین ممکن است ابتدا پیش از اعلام یک استثنا، مقدار دهی اولیه شود و هر ویژگی دلخواه به آن اضافه شود.

 >>> try:

    ...     raise Exception('spam', 'eggs')

    ... except Exception as inst:

    ...     print(type(inst))    # the exception instance

    ...     print(inst.args)     # arguments stored in .args

    ...     print(inst)          # __str__ allows args to be printed directly,

    ...                          # but may be overridden in exception subclasses

    ...     x, y = inst.args     # unpack args

    ...     print('x =', x)

    ...     print('y =', y)

    ...

    <class 'exception'=&quot&quot>

    ('spam', 'eggs')

    ('spam', 'eggs')

    x = spam

    y = eggs

</class>

اگر یک استثنا دارای آرگومان باشد، آنها همانند بخش آخر (‘detail’) پیام برای استثناهای مدیریت نشده، چاپ می شوند. بخش مدیریت استثنا فقط استثناها را در صورت وقوع فوری در بخش try مدیریت نمیکند، بلکه اگر درون توابع بخش try فراخوانی شوند یا حتی مستقیما در آن توابع رخ دهند نیز مدیریت می شوند. برای مثال:

>>> def this_fails():

...     x = 1/0

...

>>> try:

...     this_fails()

... except ZeroDivisionError as err:

...     print('Handling run-time error:', err)

...

Handling run-time error: division by zero

آموزش پایتون ادامه دارد