> **Источник:** https://python-all.ru/3.12/tutorial/inputoutput.html > > «Документация Python на русском» – неофициальный перевод официальной документации Python: версии от 2.6 до 3.16, полнотекстовый поиск, английский оригинал рядом с переводом. Эта Markdown-версия страницы предназначена для работы с LLM: вставьте её в ChatGPT, Claude или Cursor. --- # 7. Ввод и вывод Есть несколько способов отображения вывода программы: данные можно выводить в удобочитаемой форме или записывать в файл для последующего использования. В этой главе рассматриваются некоторые из возможностей. ## 7.1. Более изощрённое форматирование вывода До сих пор мы встречали два способа записи значений: *инструкции-выражения* и функция [`print()`](https://python-all.ru/3.12/library/functions.html#print). (Третий способ – использовать метод [`write()`](https://python-all.ru/3.12/library/io.html#io.TextIOBase.write) файловых объектов; стандартный файл вывода можно указать как `sys.stdout`. Подробнее об этом см. в Справочнике по библиотеке.) Часто требуется более точный контроль форматирования вывода, чем просто вывод значений, разделённых пробелами. Существует несколько способов форматирования вывода. - Чтобы использовать [f-строки](https://python-all.ru/3.12/tutorial/inputoutput.html#tut-f-strings), начните строку с `f` или `F` перед открывающей кавычкой или тройной кавычкой. Внутри этой строки можно записать выражение Python между символами `{` и `}`, которые могут ссылаться на переменные или литеральные значения. ```python >>> year = 2016 >>> event = 'Referendum' >>> f'Results of the {year} {event}' 'Results of the 2016 Referendum' ``` - Метод строки [`str.format()`](https://python-all.ru/3.12/library/stdtypes.html#str.format) требует больше ручного труда. По-прежнему используются `{` и `}`, чтобы отметить место подстановки переменной, и можно указать подробные директивы форматирования, но также нужно предоставить форматируемые данные. В следующем блоке кода приведены два примера форматирования переменных: ```python >>> yes_votes = 42_572_654 >>> total_votes = 85_705_149 >>> percentage = yes_votes / total_votes >>> '{:-9} YES votes {:2.2%}'.format(yes_votes, percentage) ' 42572654 YES votes 49.67%' ``` Обратите внимание, как значения `yes_votes` дополняются пробелами, а знак минуса ставится только для отрицательных чисел. В примере также выводится `percentage`, умноженное на 100, с двумя знаками после запятой и знаком процента (см. [Мини-язык спецификаций форматирования](https://python-all.ru/3.12/library/string.html#formatspec) для подробностей). - Наконец, можно выполнять всю обработку строк самостоятельно, используя операции взятия среза и конкатенации, чтобы создать любой макет. Тип строка имеет несколько методов, которые выполняют полезные операции по дополнению строк до заданной ширины столбца. Если не требуется изощрённый вывод, а нужно лишь быстро отобразить некоторые переменные для отладки, любое значение можно преобразовать в строку с помощью функций [`repr()`](https://python-all.ru/3.12/library/functions.html#repr) или [`str()`](https://python-all.ru/3.12/library/stdtypes.html#str). Функция [`str()`](https://python-all.ru/3.12/library/stdtypes.html#str) предназначена для возврата представлений значений, которые достаточно удобочитаемы, тогда как [`repr()`](https://python-all.ru/3.12/library/functions.html#repr) предназначена для создания представлений, которые могут быть прочитаны интерпретатором (или вызовет [`SyntaxError`](https://python-all.ru/3.12/library/exceptions.html#SyntaxError), если нет эквивалентного синтаксиса). Для объектов, не имеющих специального представления для человека, [`str()`](https://python-all.ru/3.12/library/stdtypes.html#str) вернёт то же значение, что и [`repr()`](https://python-all.ru/3.12/library/functions.html#repr). Многие значения, такие как числа или структуры вроде списков и словарей, имеют одинаковое представление при использовании любой функции. Строки, в частности, имеют два различных представления. Несколько примеров: ```python >>> 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... >>> # repr() строки добавляет кавычки и обратную косую черту: >>> hello = 'hello, world\n' >>> hellos = repr(hello) >>> print(hellos) 'hello, world\n' >>> # Аргументом repr() может быть любой объект Python: >>> repr((x, y, ('spam', 'eggs'))) "(32.5, 40000, ('spam', 'eggs'))" ``` Модуль [`string`](https://python-all.ru/3.12/library/string.html#module-string) содержит класс [`Template`](https://python-all.ru/3.12/library/string.html#string.Template), который предлагает eщё один способ подстановки значений в строки, используя плейсхолдеры, такие как `$x`, и заменяя их значениями из словаря, но даёт гораздо меньше контроля над форматированием. ### 7.1.1. Форматированные строковые литералы [Форматированные строковые литералы](https://python-all.ru/3.12/reference/lexical_analysis.html#f-strings) (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: ```python >>> 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. ```python >>> 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()`](https://python-all.ru/3.12/library/functions.html#ascii), `'!s'` применяет [`str()`](https://python-all.ru/3.12/library/stdtypes.html#str), а `'!r'` применяет [`repr()`](https://python-all.ru/3.12/library/functions.html#repr): ```python >>> 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: ```python >>> bugs = 'roaches' >>> count = 13 >>> area = 'living room' >>> print(f'Debugging {bugs=} {count=} {area=}') Debugging bugs='roaches' count=13 area='living room' ``` См. [самодокументируемые выражения](https://python-all.ru/3.12/whatsnew/3.8.html#bpo-36817-whatsnew) для получения дополнительной информации о спецификаторе `=`. Справочную информацию по этим спецификациям форматирования см. в руководстве по [Мини-языку спецификаций форматирования](https://python-all.ru/3.12/library/string.html#formatspec). ### 7.1.2. Метод format() строк Базовое использование метода [`str.format()`](https://python-all.ru/3.12/library/stdtypes.html#str.format) выглядит так: ```python >>> 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()`](https://python-all.ru/3.12/library/stdtypes.html#str.format). Число в скобках можно использовать для указания позиции объекта, переданного методу [`str.format()`](https://python-all.ru/3.12/library/stdtypes.html#str.format). ```python >>> 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()`](https://python-all.ru/3.12/library/stdtypes.html#str.format) используются именованные аргументы, на их значения ссылаются по имени аргумента. ```python >>> print('This {food} is {adjective}.'.format( ... food='spam', adjective='absolutely horrible')) This spam is absolutely horrible. ``` Позиционные и именованные аргументы можно произвольно комбинировать: ```python >>> 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. ```python >>> 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 `**` . ```python >>> 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 удобно в сочетании со встроенной функцией [`vars()`](https://python-all.ru/3.12/library/functions.html#vars), которая возвращает словарь, содержащий все локальные переменные: ```python >>> table = {k: str(v) for k, v in vars().items()} >>> message = " ".join([f'{k}: ' + '{' + k +'};' for k in table.keys()]) >>> print(message.format(**table)) __name__: __main__; __doc__: None; __package__: None; __loader__: ... ``` Например, следующие строки создают аккуратно выровненный набор столбцов, показывающих целые числа, их квадраты и кубы: ```python >>> 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()`](https://python-all.ru/3.12/library/stdtypes.html#str.format) см. в [Синтаксисе строк форматирования](https://python-all.ru/3.12/library/string.html#formatstrings). ### 7.1.3. Ручное форматирование строк Вот та же таблица квадратов и кубов, отформатированная вручную: ```python >>> 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()`](https://python-all.ru/3.12/library/functions.html#print): он всегда вставляет пробелы между своими аргументами.) Метод [`str.rjust()`](https://python-all.ru/3.12/library/stdtypes.html#str.rjust) строковых объектов выравнивает строку по правому краю в поле заданной ширины, дополняя её пробелами слева. Существуют подобные методы [`str.ljust()`](https://python-all.ru/3.12/library/stdtypes.html#str.ljust) и [`str.center()`](https://python-all.ru/3.12/library/stdtypes.html#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()`](https://python-all.ru/3.12/library/stdtypes.html#str.zfill), который дополняет числовую строку слева нулями. Он учитывает знаки плюс и минус: ```python >>> '12'.zfill(5) '00012' >>> '-3.14'.zfill(7) '-003.14' >>> '3.14159265359'.zfill(5) '3.14159265359' ``` ### 7.1.4. Старое форматирование строк Оператор % (остаток от деления) также можно использовать для форматирования строк. Если задана строка `format % values` (где *format* – строка), спецификации преобразования `%` в *format* заменяются нулём или более элементами из *values*. Эта операция широко известна как строковая интерполяция. Например: ```python >>> 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](https://python-all.ru/3.12/library/stdtypes.html#old-string-formatting). ## 7.2. Чтение и запись файлов [`open()`](https://python-all.ru/3.12/library/functions.html#open) возвращает [файловый объект](https://python-all.ru/3.12/glossary.html#term-file-object) и чаще всего используется с двумя позиционными аргументами и одним именованным аргументом: `open(filename, mode, encoding=None)` ```python >>> f = open('workfile', 'w', encoding="utf-8") ``` Первый аргумент – строка, содержащая имя файла. Второй аргумент – ещё одна строка, содержащая несколько символов, описывающих способ использования файла. *mode* может быть `'r'` для чтения, `'w'` только для записи (существующий файл с таким же именем будет стёрт), а `'a'` открывает файл для дополнения; любые записанные данные автоматически добавляются в конец. `'r+'` открывает файл и для чтения, и для записи. Аргумент *mode* необязателен; если он опущен, предполагается `'r'`. Обычно файлы открываются в *текстовом режиме*, то есть вы читаете и записываете строки в файл и из файла, которые кодируются в определённой *кодировке*. Если *encoding* не указана, используется значение по умолчанию, зависящее от платформы (см. [`open()`](https://python-all.ru/3.12/library/functions.html#open)). Поскольку UTF-8 – современный де-факто стандарт, рекомендуется `encoding="utf-8"` если только вы не знаете, что вам нужна другая кодировка. Добавление `'b'` к режиму открывает файл в *двоичном режиме*. Данные в двоичном режиме читаются и записываются как объекты [`bytes`](https://python-all.ru/3.12/library/stdtypes.html#bytes). Нельзя указывать *encoding* при открытии файла в двоичном режиме. В текстовом режиме при чтении по умолчанию концевые символы строки, зависящие от платформы (`\n` в Unix, `\r\n` в Windows), преобразуются в простой `\n`. При записи в текстовом режиме по умолчанию вхождения `\n` преобразуются обратно в концевые символы, зависящие от платформы. Эта фоновая модификация данных файла нормальна для текстовых файлов, но повредит двоичные данные, например, в файлах `JPEG` или `EXE`. Будьте очень осторожны и используйте двоичный режим при чтении и записи таких файлов. Рекомендуется использовать ключевое слово [`with`](https://python-all.ru/3.12/reference/compound_stmts.html#with) при работе с файловыми объектами. Преимущество в том, что файл корректно закрывается после завершения своего блока, даже если в какой-то момент возникло исключение. Использование `with` также намного короче, чем написание эквивалентных блоков [`try`](https://python-all.ru/3.12/reference/compound_stmts.html#try)-[`finally`](https://python-all.ru/3.12/reference/compound_stmts.html#finally): ```python >>> with open('workfile', encoding="utf-8") as f: ... read_data = f.read() >>> # Можно проверить, что файл автоматически закрыт. >>> f.closed True ``` Если вы не используете ключевое слово [`with`](https://python-all.ru/3.12/reference/compound_stmts.html#with), то следует вызвать `f.close()`, чтобы закрыть файл и немедленно освободить все системные ресурсы, используемые им. > **Предупреждение** > > Вызов `f.write()` без использования ключевого слова `with` или вызов `f.close()` **может** привести к тому, что аргументы `f.write()` не будут полностью записаны на диск, даже если программа завершится успешно. После закрытия файлового объекта – с помощью инструкции [`with`](https://python-all.ru/3.12/reference/compound_stmts.html#with) или вызова `f.close()` – попытки использовать файловый объект автоматически завершатся неудачей. ```python >>> f.close() >>> f.read() Traceback (most recent call last): File "", line 1, in ValueError: I/O operation on closed file. ``` ### 7.2.1. Методы файловых объектов 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 (`''`). ```python >>> 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. ```python >>> 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: ```python >>> 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. ```python >>> 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: ```python >>> 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. ```python >>> 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()`](https://python-all.ru/3.12/library/io.html#io.IOBase.isatty) и [`truncate()`](https://python-all.ru/3.12/library/io.html#io.IOBase.truncate), которые используются реже; обратитесь к Справочнику библиотеки для получения полного руководства по файловым объектам. ### 7.2.2. Сохранение структурированных данных с помощью [`json`](https://python-all.ru/3.12/library/json.html#module-json) Строки можно легко записать в файл и прочитать из файла. С числами немного сложнее, поскольку метод [`read()`](https://python-all.ru/3.12/library/io.html#io.TextIOBase.read) возвращает только строки, которые затем нужно передать такой функции, как [`int()`](https://python-all.ru/3.12/library/functions.html#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)](https://python-all.ru/3.12/tutorial/inputoutput.html). Стандартный модуль [`json`](https://python-all.ru/3.12/library/json.html#module-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. > **Примечание** > > Формат JSON широко используется в современных приложениях для обмена данными. Многие программисты уже знакомы с ним, что делает его хорошим выбором для обеспечения совместимости. Если у вас есть объект `x`, вы можете увидеть его строковое представление в JSON одной строкой кода: ```python >>> import json >>> x = [1, 'simple', 'list'] >>> json.dumps(x) '[1, "simple", "list"]' ``` Другой вариант функции [`dumps()`](https://python-all.ru/3.12/library/json.html#json.dumps), называемый [`dump()`](https://python-all.ru/3.12/library/json.html#json.dump), просто сериализует объект в [текстовый файл](https://python-all.ru/3.12/glossary.html#term-text-file). Так что если `f` – это [текстовый файл](https://python-all.ru/3.12/glossary.html#term-text-file), открытый для записи, можно сделать следующее: ```python json.dump(x, f) ``` Чтобы снова декодировать объект, если `f` – это [двоичный файл](https://python-all.ru/3.12/glossary.html#term-binary-file) или объект [текстового файла](https://python-all.ru/3.12/glossary.html#term-text-file), открытый для чтения: ```python x = json.load(f) ``` > **Примечание** > > Файлы JSON должны быть закодированы в UTF-8. Используйте `encoding="utf-8"` при открытии JSON-файла как [текстового файла](https://python-all.ru/3.12/glossary.html#term-text-file) как для чтения, так и для записи. 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`](https://python-all.ru/3.12/library/json.html#module-json) есть объяснение этого. > **См. также** > > [`pickle`](https://python-all.ru/3.12/library/pickle.html#module-pickle) – модуль pickle > > В отличие от [JSON](https://python-all.ru/3.12/tutorial/inputoutput.html#tut-json), *pickle* – это протокол, позволяющий сериализовывать произвольно сложные объекты Python. Поэтому он специфичен для Python и не может использоваться для взаимодействия с приложениями, написанными на других языках. Кроме того, по умолчанию он небезопасен: десериализация данных pickle из ненадёжного источника может выполнить произвольный код, если данные были подготовлены опытным злоумышленником.