Python

[TOC] 如果我们要操作文件、目录，可以在命令行下面输入操作系统提供的各种命令来完成。比如dir、cp等命令。 如果要在Python程序中执行这些目录和文件的操作怎么办？其实操作系统提供的命令只是简单地调用了操作系统提供的接口函数，Python内置的os模块也可以直接调用操作系统提供的接口函数。 打开Python交互式命令行，我们来看看如何使用os模块的基本功能： >>> import os >>> os.name # 操作系统类型 'posix' 如果是posix，说明系统是Linux、Unix或Mac OS X，如果是nt，就是Windows系统。 要获取详细的系统信息，可以调用uname()函数： >>> os.uname() posix.uname_result(sysname='Darwin', nodename='MichaelMacPro.local', release='14.3.0', version='Darwin Kernel Version 14.3.0: Mon Mar 23 11:59:05 PDT 2015; root:xnu-2782.20.48~5/RELEASE_X86_64', machine='x86_64') 注意uname()函数在Windows上不提供，也就是说，os模块的某些函数是跟操作系统相关的。 环境变量 在操作系统中定义的环境变量，全部保存在os.environ这个变量中，可以直接查看： >>> os.environ environ({'VERSIONER_PYTHON_PREFER_32_BIT': 'no', 'TERM_PROGRAM_VERSION': '326', 'LOGNAME': 'michael', 'USER': 'michael', 'PATH': '/usr/bin:/bin:/usr/sbin:/sbin:/usr/local/bin:/opt/X11/bin:/usr/local/mysql/bin', ...}) 要获取某个环境变量的值，可以调用os.environ.get('key')： >>> os.environ.get('PATH') '/usr/bin:/bin:/usr/sbin:/sbin:/usr/local/bin:/opt/X11/bin:/usr/local/mysql/bin' >>> os.environ.get('x', 'default') 'default' 操作文件和目录 操作文件和目录的函数一部分放在os模块中，一部分放在os.path模块中，这一点要注意一下。查看、创建和删除目录可以这么调用： # 查看当前目录的绝对路径: >>> os.path.abspath('.') '/Users/michael' # 在某个目录下创建一个新目录，首先把新目录的完整路径表示出来: >>> os.path.join('/Users/michael', 'testdir') '/Users/michael/testdir' # 然后创建一个目录: >>> os.mkdir('/Users/michael/testdir') # 删掉一个目录: >>> os.rmdir('/Users/michael/testdir') 把两个路径合成一个时，不要直接拼字符串，而要通过os.path.join()函数，这样可以正确处理不同操作系统的路径分隔符。在Linux/Unix/Mac下，os.path.join()返回这样的字符串： ...

[TOC] StringIO 很多时候，数据读写不一定是文件，也可以在内存中读写。 StringIO顾名思义就是在内存中读写str。 要把str写入StringIO，我们需要先创建一个StringIO，然后，像文件一样写入即可： >>> from io import StringIO >>> f = StringIO() >>> f.write('hello') 5 >>> f.write(' ') 1 >>> f.write('world!') 6 >>> print(f.getvalue()) hello world! getvalue()方法用于获得写入后的str。 要读取StringIO，可以用一个str初始化StringIO，然后，像读文件一样读取： >>> from io import StringIO >>> f = StringIO('Hello!\nHi!\nGoodbye!') >>> while True: ... s = f.readline() ... if s == '': ... break ... print(s.strip()) ... Hello! Hi! Goodbye! BytesIO StringIO操作的只能是str，如果要操作二进制数据，就需要使用BytesIO。 BytesIO实现了在内存中读写bytes，我们创建一个BytesIO，然后写入一些bytes： >>> from io import BytesIO >>> f = BytesIO() >>> f.write('中文'.encode('utf-8')) 6 >>> print(f.getvalue()) b'\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87' 请注意，写入的不是str，而是经过UTF-8编码的bytes。 ...

[TOC] 读写文件是最常见的IO操作。Python内置了读写文件的函数，用法和C是兼容的。 读写文件前，我们先必须了解一下，在磁盘上读写文件的功能都是由操作系统提供的，现代操作系统不允许普通的程序直接操作磁盘，所以，读写文件就是请求操作系统打开一个文件对象（通常称为文件描述符），然后，通过操作系统提供的接口从这个文件对象中读取数据（读文件），或者把数据写入这个文件对象（写文件）。 读文件 要以读文件的模式打开一个文件对象，使用Python内置的open()函数，传入文件名和标示符： >>> f = open('/Users/michael/test.txt', 'r') 标示符’r’表示读，这样，我们就成功地打开了一个文件。 如果文件不存在，open()函数就会抛出一个IOError的错误，并且给出错误码和详细的信息告诉你文件不存在： >>> f=open('/Users/michael/notfound.txt', 'r') Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 1, in <module> FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: '/Users/michael/notfound.txt' 如果文件打开成功，接下来，调用read()方法可以一次读取文件的全部内容，Python把内容读到内存，用一个str对象表示： >>> f.read() 'Hello, world!' 最后一步是调用close()方法关闭文件。文件使用完毕后必须关闭，因为文件对象会占用操作系统的资源，并且操作系统同一时间能打开的文件数量也是有限的： >>> f.close() 由于文件读写时都有可能产生IOError，一旦出错，后面的f.close()就不会调用。所以，为了保证无论是否出错都能正确地关闭文件，我们可以使用try ... finally来实现： try: f = open('/path/to/file', 'r') print(f.read()) finally: if f: f.close() 但是每次都这么写实在太繁琐，所以，Python引入了with语句来自动帮我们调用close()方法： with open('/path/to/file', 'r') as f: print(f.read()) 这和前面的try ... finally是一样的，但是代码更佳简洁，并且不必调用f.close()方法。 调用read()会一次性读取文件的全部内容，如果文件有10G，内存就爆了，所以，要保险起见，可以反复调用read(size)方法，每次最多读取size个字节的内容。另外，调用readline()可以每次读取一行内容，调用readlines()一次读取所有内容并按行返回list。因此，要根据需要决定怎么调用。 如果文件很小，read()一次性读取最方便；如果不能确定文件大小，反复调用read(size)比较保险；如果是配置文件，调用readlines()最方便： for line in f.readlines(): print(line.strip()) # 把末尾的'\n'删掉 file-like Object 像open()函数返回的这种有个read()方法的对象，在Python中统称为file-like Object。除了file外，还可以是内存的字节流，网络流，自定义流等等。file-like Object不要求从特定类继承，只要写个read()方法就行。 ...

[TOC] 如果你经常阅读Python的官方文档，可以看到很多文档都有示例代码。比如re模块就带了很多示例代码： >>> import re >>> m = re.search('(?<=abc)def', 'abcdef') >>> m.group(0) 'def' 可以把这些示例代码在Python的交互式环境下输入并执行，结果与文档中的示例代码显示的一致。 这些代码与其他说明可以写在注释中，然后，由一些工具来自动生成文档。既然这些代码本身就可以粘贴出来直接运行，那么，可不可以自动执行写在注释中的这些代码呢？ 答案是肯定的。 当我们编写注释时，如果写上这样的注释： def abs(n): ''' Function to get absolute value of number. Example: >>> abs(1) 1 >>> abs(-1) 1 >>> abs(0) 0 ''' return n if n >= 0 else (-n) 无疑更明确地告诉函数的调用者该函数的期望输入和输出。 并且，Python内置的“文档测试”（doctest）模块可以直接提取注释中的代码并执行测试。 doctest严格按照Python交互式命令行的输入和输出来判断测试结果是否正确。只有测试异常的时候，可以用...表示中间一大段烦人的输出。 让我们用doctest来测试上次编写的Dict类： # mydict2.py class Dict(dict): ''' Simple dict but also support access as x.y style. >>> d1 = Dict() >>> d1['x'] = 100 >>> d1.x 100 >>> d1.y = 200 >>> d1['y'] 200 >>> d2 = Dict(a=1, b=2, c='3') >>> d2.c '3' >>> d2['empty'] Traceback (most recent call last): ... KeyError: 'empty' >>> d2.empty Traceback (most recent call last): ... AttributeError: 'Dict' object has no attribute 'empty' ''' def __init__(self, **kw): super(Dict, self).__init__(**kw) def __getattr__(self, key): try: return self[key] except KeyError: raise AttributeError(r"'Dict' object has no attribute '%s'" % key) def __setattr__(self, key, value): self[key] = value if __name__=='__main__': import doctest doctest.testmod() 运行python mydict2.py： ...

[TOC] 如果你听说过“测试驱动开发”（TDD：Test-Driven Development），单元测试就不陌生。 单元测试是用来对一个模块、一个函数或者一个类来进行正确性检验的测试工作。 比如对函数abs()，我们可以编写出以下几个测试用例： 输入正数，比如1、1.2、0.99，期待返回值与输入相同； 输入负数，比如-1、-1.2、-0.99，期待返回值与输入相反； 输入0，期待返回0； 输入非数值类型，比如None、[]、{}，期待抛出TypeError。 把上面的测试用例放到一个测试模块里，就是一个完整的单元测试。 如果单元测试通过，说明我们测试的这个函数能够正常工作。如果单元测试不通过，要么函数有bug，要么测试条件输入不正确，总之，需要修复使单元测试能够通过。 单元测试通过后有什么意义呢？如果我们对abs()函数代码做了修改，只需要再跑一遍单元测试，如果通过，说明我们的修改不会对abs()函数原有的行为造成影响，如果测试不通过，说明我们的修改与原有行为不一致，要么修改代码，要么修改测试。 这种以测试为驱动的开发模式最大的好处就是确保一个程序模块的行为符合我们设计的测试用例。在将来修改的时候，可以极大程度地保证该模块行为仍然是正确的。 我们来编写一个Dict类，这个类的行为和dict一致，但是可以通过属性来访问，用起来就像下面这样： >>> d = Dict(a=1, b=2) >>> d['a'] 1 >>> d.a 1 mydict.py代码如下： class Dict(dict): def __init__(self, **kw): super().__init__(**kw) def __getattr__(self, key): try: return self[key] except KeyError: raise AttributeError(r"'Dict' object has no attribute '%s'" % key) def __setattr__(self, key, value): self[key] = value 为了编写单元测试，我们需要引入Python自带的unittest模块，编写mydict_test.py如下： import unittest from mydict import Dict class TestDict(unittest.TestCase): def test_init(self): d = Dict(a=1, b='test') self.assertEqual(d.a, 1) self.assertEqual(d.b, 'test') self.assertTrue(isinstance(d, dict)) def test_key(self): d = Dict() d['key'] = 'value' self.assertEqual(d.key, 'value') def test_attr(self): d = Dict() d.key = 'value' self.assertTrue('key' in d) self.assertEqual(d['key'], 'value') def test_keyerror(self): d = Dict() with self.assertRaises(KeyError): value = d['empty'] def test_attrerror(self): d = Dict() with self.assertRaises(AttributeError): value = d.empty 编写单元测试时，我们需要编写一个测试类，从unittest.TestCase继承。 ...

[TOC] print方法 程序能一次写完并正常运行的概率很小，基本不超过1%。总会有各种各样的bug需要修正。有的bug很简单，看看错误信息就知道，有的bug很复杂，我们需要知道出错时，哪些变量的值是正确的，哪些变量的值是错误的，因此，需要一整套调试程序的手段来修复bug。 第一种方法简单直接粗暴有效，就是用print()把可能有问题的变量打印出来看看： def foo(s): n = int(s) print('>>> n = %d' % n) return 10 / n def main(): foo('0') main() 执行后在输出中查找打印的变量值： $ python err.py >>> n = 0 Traceback (most recent call last): ... ZeroDivisionError: integer division or modulo by zero 用print()最大的坏处是将来还得删掉它，想想程序里到处都是print()，运行结果也会包含很多垃圾信息。所以，我们又有第二种方法。 断言 凡是用print()来辅助查看的地方，都可以用断言（assert）来替代： def foo(s): n = int(s) assert n != 0, 'n is zero!' return 10 / n def main(): foo('0') assert的意思是，表达式n != 0应该是True，否则，根据程序运行的逻辑，后面的代码肯定会出错。 如果断言失败，assert语句本身就会抛出AssertionError： $ python err.py Traceback (most recent call last): ... AssertionError: n is zero! 程序中如果到处充斥着assert，和print()相比也好不到哪去。不过，启动Python解释器时可以用-O参数来关闭assert： ...

[TOC] 在程序运行过程中，总会遇到各种各样的错误。 有的错误是程序编写有问题造成的，比如本来应该输出整数结果输出了字符串，这种错误我们通常称之为bug，bug是必须修复的。 有的错误是用户输入造成的，比如让用户输入email地址，结果得到一个空字符串，这种错误可以通过检查用户输入来做相应的处理。 还有一类错误是完全无法在程序运行过程中预测的，比如写入文件的时候，磁盘满了，写不进去了，或者从网络抓取数据，网络突然断掉了。这类错误也称为异常，在程序中通常是必须处理的，否则，程序会因为各种问题终止并退出。 Python内置了一套异常处理机制，来帮助我们进行错误处理。 在程序运行的过程中，如果发生了错误，可以事先约定返回一个错误代码，这样，就可以知道是否有错，以及出错的原因。在操作系统提供的调用中，返回错误码非常常见。比如打开文件的函数open()，成功时返回文件描述符（就是一个整数），出错时返回-1。 用错误码来表示是否出错十分不便，因为函数本身应该返回的正常结果和错误码混在一起，造成调用者必须用大量的代码来判断是否出错： def foo(): r = some_function() if r==(-1): return (-1) # do something return r def bar(): r = foo() if r==(-1): print('Error') else: pass 一旦出错，还要一级一级上报，直到某个函数可以处理该错误（比如，给用户输出一个错误信息）。 所以高级语言通常都内置了一套try...except...finally...的错误处理机制，Python也不例外。 try命令 让我们用一个例子来看看try的机制： try: print('try...') r = 10 / 0 print('result:', r) except ZeroDivisionError as e: print('except:', e) finally: print('finally...') print('END') 当我们认为某些代码可能会出错时，就可以用try来运行这段代码，如果执行出错，则后续代码不会继续执行，而是直接跳转至错误处理代码，即except语句块，执行完except后，如果有finally语句块，则执行finally语句块，至此，执行完毕。 上面的代码在计算10 / 0时会产生一个除法运算错误： try... except: division by zero finally... END 从输出可以看到，当错误发生时，后续语句print('result:', r)不会被执行，except由于捕获到ZeroDivisionError，因此被执行。最后，finally语句被执行。然后，程序继续按照流程往下走。 如果把除数0改成2，则执行结果如下： try... result: 5 finally... END 由于没有错误发生，所以except语句块不会被执行，但是finally如果有，则一定会被执行（可以没有finally语句）。 ...

[TOC] type() 动态语言和静态语言最大的不同，就是函数和类的定义，不是编译时定义的，而是运行时动态创建的。 比方说我们要定义一个Hello的class，就写一个hello.py模块： class Hello(object): def hello(self, name='world'): print('Hello, %s.' % name) 当Python解释器载入hello模块时，就会依次执行该模块的所有语句，执行结果就是动态创建出一个Hello的class对象，测试如下： >>> from hello import Hello >>> h = Hello() >>> h.hello() Hello, world. >>> print(type(Hello)) <class 'type'> >>> print(type(h)) <class 'hello.Hello'> type()函数可以查看一个类型或变量的类型，Hello是一个class，它的类型就是type，而h是一个实例，它的类型就是class Hello。 我们说class的定义是运行时动态创建的，而创建class的方法就是使用type()函数。 type()函数既可以返回一个对象的类型，又可以创建出新的类型，比如，我们可以通过type()函数创建出Hello类，而无需通过class Hello(object)...的定义： >>> def fn(self, name='world'): # 先定义函数 ... print('Hello, %s.' % name) ... >>> Hello = type('Hello', (object,), dict(hello=fn)) # 创建Hello class >>> h = Hello() >>> h.hello() Hello, world. >>> print(type(Hello)) <class 'type'> >>> print(type(h)) <class '__main__.Hello'> 要创建一个class对象，type()函数依次传入3个参数： ...

[TOC] 当我们需要定义常量时，一个办法是用大写变量通过整数来定义，例如月份： JAN = 1 FEB = 2 MAR = 3 ... NOV = 11 DEC = 12 好处是简单，缺点是类型是int，并且仍然是变量。 更好的方法是为这样的枚举类型定义一个class类型，然后，每个常量都是class的一个唯一实例。Python提供了Enum类来实现这个功能： from enum import Enum Month = Enum('Month', ('Jan', 'Feb', 'Mar', 'Apr', 'May', 'Jun', 'Jul', 'Aug', 'Sep', 'Oct', 'Nov', 'Dec')) 这样我们就获得了Month类型的枚举类，可以直接使用Month.Jan来引用一个常量，或者枚举它的所有成员： for name, member in Month.__members__.items(): print(name, '=>', member, ',', member.value) value属性则是自动赋给成员的int常量，默认从1开始计数。 如果需要更精确地控制枚举类型，可以从Enum派生出自定义类： from enum import Enum, unique @unique class Weekday(Enum): Sun = 0 # Sun的value被设定为0 Mon = 1 Tue = 2 Wed = 3 Thu = 4 Fri = 5 Sat = 6 @unique装饰器可以帮助我们检查保证没有重复值。 ...

[TOC] 看到类似__slots__这种形如__xxx__的变量或者函数名就要注意，这些在Python中是有特殊用途的。 __slots__我们已经知道怎么用了，__len__()方法我们也知道是为了能让class作用于len()函数。 除此之外，Python的class中还有许多这样有特殊用途的函数，可以帮助我们定制类。 __str__, __repr__ 我们先定义一个Student类，打印一个实例： >>> class Student(object): ... def __init__(self, name): ... self.name = name ... >>> print(Student('Michael')) <__main__.Student object at 0x109afb190> 打印出一堆<__main__.Student object at 0x109afb190>，不好看。 怎么才能打印得好看呢？只需要定义好__str__()方法，返回一个好看的字符串就可以了： >>> class Student(object): ... def __init__(self, name): ... self.name = name ... def __str__(self): ... return 'Student object (name: %s)' % self.name ... >>> print(Student('Michael')) Student object (name: Michael) 这样打印出来的实例，不但好看，而且容易看出实例内部重要的数据。 但是细心的朋友会发现直接敲变量不用print，打印出来的实例还是不好看： >>> s = Student('Michael') >>> s <__main__.Student object at 0x109afb310> 这是因为直接显示变量调用的不是__str__()，而是__repr__()，两者的区别是__str__()返回用户看到的字符串，而__repr__()返回程序开发者看到的字符串，也就是说，__repr__()是为调试服务的。 ...