7. Ввод и вывод¶Input and Output

7.1.1. Форматированные строковые литералы¶Formatted String Literals

Форматированные строковые литералы (также называемые f-строками) позволяют включать значение выражений Python внутрь строки, добавляя префикс f или F и записывая выражения в виде {expression}.

За выражением может следовать необязательный спецификатор формата. Это обеспечивает более точный контроль над форматированием значения. В следующем примере число π округляется до трёх 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 ':' устанавливает минимальную ширину поля в символах. Это полезно для выравнивания столбцов.

>>> 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 можно использовать для преобразования значения перед 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'.

Спецификатор = можно использовать для развёртывания выражения в текст выражения, знак равенства, а затем представление вычисленного выражения:

>>> bugs = 'roaches'
>>> count = 13
>>> area = 'living room'
>>> print(f'Debugging {bugs=} {count=} {area=}')
Debugging bugs='roaches' count=13 area='living room'

См. самодокументируемые выражения для получения дополнительной информации о спецификаторе =. Справочную информацию по этим спецификациям форматирования см. в руководстве по Мини-языку спецификаций форматирования.

7.1.2. Метод format() строк¶The String format() Method

Базовое использование метода str.format() выглядит так:

>>> 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 на объекты, переданные методу str.format(). Число в скобках можно использовать для указания позиции объекта, переданного методу 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 именованные аргументы, на их значения ссылаются по имени аргумента.

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

Позиционные и именованные 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 имеется очень длинная строка формата, которую не хочется разбивать, было бы удобно ссылаться на форматируемые переменные по имени, а не по позиции. Это можно сделать, просто передав словарь 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 можно сделать также, передав словарь table в качестве именованных аргументов с помощью нотации ** .

>>> 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.

Например, следующие строки создают аккуратно выровненный набор столбцов, показывающих целые числа, 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() см. в Синтаксисе строк форматирования.

7.1.3. Ручное форматирование строк¶Manual String Formatting

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=' ')
...     # Обратите внимание на использование 'end' в предыдущей строке
...     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 столбцами добавляется тем, как работает print(): он всегда вставляет пробелы между своими аргументами.)

Метод str.rjust() строковых объектов выравнивает строку по правому краю в поле заданной ширины, дополняя её пробелами слева. Существуют подобные методы str.ljust() и str.center(). Эти методы ничего не выводят, они просто возвращают новую строку. Если входная строка слишком длинная, они не обрезают её, а возвращают без изменений; это нарушит выравнивание столбцов, но обычно это лучше, чем альтернатива, которая состоит в искажении значения. (Если действительно нужно обрезать, всегда можно добавить операцию среза, как в x.ljust(n)[:n].)

Существует ещё один метод, str.zfill(), который дополняет числовую строку слева нулями. Он учитывает 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¶Old string formatting

Оператор % (модуль) также можно использовать для форматирования строк. При наличии 'string' % values экземпляры % в string заменяются на ноль или более элементов из values. Эта операция обычно называется строковой интерполяцией. Например:

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

Дополнительную информацию можно найти в разделе Форматирование строк в стиле printf.

7.2.1. Методы файловых объектов¶Methods of File Objects

Остальные примеры в этом разделе предполагают, что файловый объект с именем f уже создан.

Чтобы прочитать содержимое файла, вызовите f.read(size), который читает некоторое количество данных и возвращает их в виде строки (в текстовом режиме) или объекта bytes (в двоичном режиме). size – необязательный числовой аргумент. Если size опущен или отрицателен, будет прочитано и возвращено всё содержимое файла; это ваша проблема, если файл вдвое больше памяти вашего компьютера. В противном случае будет прочитано и возвращено не более size символов (в текстовом режиме) или size байтов (в двоичном режиме). Если достигнут конец файла, f.read() вернёт пустую строку ('').

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

f.readline() читает одну строку из файла; символ новой строки (\n) остаётся в конце строки и опускается только в последней строке файла, если файл не заканчивается переводом строки. Это делает возвращаемое значение однозначным: если f.readline() возвращает пустую строку, конец файла достигнут, тогда как пустая строка представляется как '\n', строка, содержащая только один символ новой строки.

>>> 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 выполнять итерацию по файловому объекту. Это эффективно по памяти, 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 нужно прочитать все строки файла в виде списка, можно также использовать list(f) или f.readlines().

f.write(string) записывает содержимое string в файл и возвращает количество записанных символов.

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

Объекты других типов необходимо преобразовать – либо в строку (в текстовом режиме), либо в объект bytes (в двоичном режиме) – перед записью:

>>> value = ('the answer', 42)
>>> s = str(value)  # преобразовать кортеж в строку
>>> f.write(s)
18

f.tell() возвращает целое число, указывающее текущую позицию в файле для данного файлового объекта, представленную как количество байтов от начала файла в двоичном режиме и непрозрачное число в текстовом режиме.

Чтобы изменить позицию файлового объекта, используйте f.seek(offset, whence). Позиция вычисляется как добавление offset к опорной точке; опорная точка выбирается аргументом whence. Значение whence равное 0 отсчитывает от начала файла, 1 использует текущую позицию файла, а 2 использует конец файла в качестве опорной точки. whence можно опустить, и по умолчанию оно равно 0, что соответствует началу файла.

>>> f = open('workfile', 'rb+')
>>> f.write(b'0123456789abcdef')
16
>>> f.seek(5)      # Перейти к 6-му байту в файле
5
>>> f.read(1)
b'5'
>>> f.seek(-3, 2)  # Перейти к 3-му байту от конца
13
>>> f.read(1)
b'd'

В текстовых файлах (открытых без b в строке режима) разрешены только позиционирования относительно начала файла (исключение – позиционирование в самый конец файла с помощью seek(0, 2)), и единственные допустимые значения offset – это те, что возвращены f.tell(), или ноль. Любое другое значение offset приводит к неопределённому поведению.

Файловые объекты имеют некоторые дополнительные методы, такие как isatty() и truncate(), которые используются реже; обратитесь к Справочнику библиотеки для получения полного руководства по файловым объектам.

7.2.2. Сохранение структурированных данных с помощью json¶Saving structured data with json

Строки можно легко записать в файл и прочитать из файла. С числами немного сложнее, поскольку метод read() возвращает только строки, которые затем нужно передать такой функции, как int(), принимающей строку вида '123' и возвращающей её числовое значение 123. Если требуется сохранять более сложные типы данных, например вложенные списки и словари, ручной разбор и сериализация становятся сложными.

Чтобы избавить пользователей от постоянного написания и отладки кода для сохранения сложных типов данных в файлы, Python позволяет использовать популярный формат обмена данными, называемый JSON (JavaScript Object Notation). Стандартный модуль json может обрабатывать иерархии данных Python и преобразовывать их в строковые представления; этот процесс называется сериализацией. Восстановление данных из строкового представления называется десериализацией. Между сериализацией и десериализацией строка, представляющая объект, может быть сохранена в файл или данные, либо передана по сетевому соединению на удалённую машину.

Если у вас есть объект x, вы можете увидеть его строковое представление в JSON одной строкой кода:

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

Другой вариант функции dumps(), называемый dump(), просто сериализует объект в текстовый файл. Так что если f – это текстовый файл, открытый для записи, можно сделать следующее:

json.dump(x, f)

Чтобы снова декодировать объект, если f – это двоичный файл или объект текстового файла, открытый для чтения:

x = json.load(f)

Этот простой метод сериализации может обрабатывать списки и словари, но для сериализации произвольных экземпляров классов в JSON требуется немного дополнительных усилий. В справочнике по модулю json есть объяснение этого.