Python -- I/O编程

一、文件读写

Python内置了读写文件的函数，用法和C是兼容的。

1. 读文件

• 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.

• 调用read()方法可以一次读取文件的全部内容

>>> f.read()
'Hello, world!'

• 调用close()方法关闭文件

>>> f.close()

• 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())

调用read()会一次性读取文件的全部内容
调用read(size)方法，每次最多读取size个字节的内容
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

2. 二进制文件

要读取二进制文件，比如图片、视频等等，用’rb’模式打开文件

>>> f = open('/Users/michael/test.jpg', 'rb')
>>> f.read()
b'\xff\xd8\xff\xe1\x00\x18Exif\x00\x00...' # 十六进制表示的字节

3. 字符编码

读取非UTF-8编码的文本文件，需要给open()函数传入encoding参数

>>> f = open('/Users/michael/gbk.txt', 'r', encoding='gbk')
>>> f.read()
'测试'

遇到编码错误忽略

>>> f = open('/Users/michael/gbk.txt', 'r', encoding='gbk', errors='ignore')

4. 写文件

写文件和读文件是一样的，唯一区别是调用open()函数时，传入标识符’w’或者’wb’表示写文本文件或写二进制文件

 with open('/Users/michael/test.txt', 'w') as f:f.write('Hello, world!')f.close()

二、StringIO和BytesIO

1. StringIO 在内存中读写str

>>> from io import StringIO
>>> f = StringIO()
>>> f.write('hello')
5
>>> f.write(' ')
1
>>> f.write('world!')
6
>>> print(f.getvalue())
hello world!

2. BytesIO 操作二进制数据

>>> from io import BytesIO
>>> f = BytesIO()
>>> f.write('中文'.encode('utf-8'))
6
>>> print(f.getvalue())
b'\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87'

三、操作文件和目录

1. 操作系统命令

>>> 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。

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

2. 操作文件

# 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')
# 对文件重命名:
>>> os.rename('test.txt', 'test.py')
# 删掉文件:
>>> os.remove('test.py')

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

part-1/part-2

要拆分路径时，也不要直接去拆字符串，而要通过os.path.split()函数

>>> os.path.splitext('/path/to/file.txt')
('/path/to/file', '.txt')

四、序列化

Python提供了pickle模块来实现序列化。

1. 序列化

>>> import pickle
>>> d = dict(name='Bob', age=20, score=88)
>>> pickle.dumps(d)
b'\x80\x03}q\x00(X\x03\x00\x00\x00ageq\x01K\x14X\x05\x00\x00\x00scoreq\x02KXX\x04\x00\x00\x00nameq\x03X\x03\x00\x00\x00Bobq\x04u.'

pickle.dump()直接把对象序列化后写入一个file-like Object：

>>> f = open('dump.txt', 'wb')
>>> pickle.dump(d, f)
>>> f.close()

2. 反序列化
   要把对象从磁盘读到内存时，可以先把内容读到一个bytes，然后用pickle.loads()方法反序列化出对象，也可以直接用pickle.load()方法从一个file-like Object中直接反序列化出对象。

>>> f = open('dump.txt', 'rb')
>>> d = pickle.load(f)
>>> f.close()
>>> d
{'age': 20, 'score': 88, 'name': 'Bob'}

五、 JSON

1. JSON和Python内置的数据类型对应

JSON类型	Python类型
{}	dict
[]	list
“string”	str
1234.56	int或float
true/false	True/False
null	None

2. Python对象到JSON格式的转换

>>> import json
>>> d = dict(name='Bob', age=20, score=88)
>>> json.dumps(d)
'{"age": 20, "score": 88, "name": "Bob"}'

3. JSON反序列化为Python对象

>>> json_str = '{"age": 20, "score": 88, "name": "Bob"}'
>>> json.loads(json_str)
{'age': 20, 'score': 88, 'name': 'Bob'}

4. 类序列化
   需要为Student专门写一个转换函数，再把函数传进去

def student2dict(std):return {'name': std.name,'age': std.age,'score': std.score}import jsonclass Student(object):def __init__(self, name, age, score):self.name = nameself.age = ageself.score = scores = Student('Bob', 20, 88)
print(json.dumps(s, default=student2dict))
{"age": 20, "name": "Bob", "score": 88}

六、异步IO

1. 协程

协程，又称微线程，纤程。英文名Coroutine。协程的特点在于是一个线程执行
多线程比协程有何优势？

1. 协程极高的执行效率。因为子程序切换不是线程切换，而是由程序自身控制，因此，没有线程切换的开销，和多线程比，线程数量越多，协程的性能优势就越明显。
2. 不需要多线程的锁机制，因为只有一个线程，也不存在同时写变量冲突，在协程中控制共享资源不加锁，只需要判断状态就好了，所以执行效率比多线程高很多。

Python对协程的支持是通过generator实现的。
协程，生产者生产消息后，直接通过yield跳转到消费者开始执行，待消费者执行完毕后，切换回生产者继续生产，效率极高：

def consumer():r = ''while True:n = yield rif not n:returnprint('[CONSUMER] Consuming %s...' % n)r = '200 OK'def produce(c):c.send(None)n = 0while n < 5:n = n + 1print('[PRODUCER] Producing %s...' % n)r = c.send(n)print('[PRODUCER] Consumer return: %s' % r)c.close()c = consumer()
produce(c)

结果

[PRODUCER] Producing 1...
[CONSUMER] Consuming 1...
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
[PRODUCER] Producing 2...
[CONSUMER] Consuming 2...
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
[PRODUCER] Producing 3...
[CONSUMER] Consuming 3...
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
[PRODUCER] Producing 4...
[CONSUMER] Consuming 4...
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK
[PRODUCER] Producing 5...
[CONSUMER] Consuming 5...
[PRODUCER] Consumer return: 200 OK

注意到consumer函数是一个generator，把一个consumer传入produce后：

1. 首先调用c.send(None)启动生成器；
2. 然后，一旦生产了东西，通过c.send(n)切换到consumer执行；
3. consumer通过yield拿到消息，处理，又通过yield把结果传回；
4. produce拿到consumer处理的结果，继续生产下一条消息；
5. produce决定不生产了，通过c.close()关闭consumer，整个过程结束。

整个流程无锁，由一个线程执行，produce和consumer协作完成任务，所以称为“协程”，而非线程的抢占式多任务。

2. asyncio

用asyncio的异步网络连接来获取sina、sohu和163的网站首页：

import [e-mail]
def wget(host):print('wget %s...' % host)connect = asyncio.open_connection(host, 80)reader, writer = yield from connectheader = 'GET / HTTP/1.0\r\nHost: %s\r\n\r\n' % hostwriter.write(header.encode('utf-8'))yield from writer.drain()while True:line = yield from reader.readline()if line == b'\r\n':breakprint('%s header > %s' % (host, line.decode('utf-8').rstrip()))# Ignore the body, close the socketwriter.close()loop = asyncio.get_event_loop()
tasks = [wget(host) for host in ['www.sina.com.cn', 'www.sohu.com', 'www.163.com']]
loop.run_until_complete(asyncio.wait(tasks))
loop.close()

结果

wget www.sohu.com...
wget www.sina.com.cn...
wget www.163.com...
(等待一段时间)
(打印出sohu的header)
www.sohu.com header > HTTP/1.1 200 OK
www.sohu.com header > Content-Type: text/html
...
(打印出sina的header)
www.sina.com.cn header > HTTP/1.1 200 OK
www.sina.com.cn header > Date: Wed, 20 May 2015 04:56:33 GMT
...
(打印出163的header)
www.163.com header > HTTP/1.0 302 Moved Temporarily
www.163.com header > Server: Cdn Cache Server V2.0
...

async/await

async和await是针对coroutine的新语法，要使用新的语法，只需要做两步简单的替换：

把@asyncio.coroutine替换为async；
把yield from替换为await。

aiohttp

asyncio实现了TCP、UDP、SSL等协议，aiohttp则是基于asyncio实现的HTTP框架。
安装aiohttp

pip3 install aiohttp

然后编写一个HTTP服务器，分别处理以下URL：

• / - 首页返回b’

  Index

  '；

• /hello/{name} - 根据URL参数返回文本hello, %s!。

代码如下：

import asynciofrom aiohttp import webasync def index(request):await asyncio.sleep(0.5)return web.Response(body=b'<h1>Index</h1>')async def hello(request):await asyncio.sleep(0.5)text = '<h1>hello, %s!</h1>' % request.match_info['name']return web.Response(body=text.encode('utf-8'))async def init(loop):app = web.Application(loop=loop)app.router.add_route('GET', '/', index)app.router.add_route('GET', '/hello/{name}', hello)srv = await loop.create_server(app.make_handler(), '127.0.0.1', 8000)print('Server started at http://127.0.0.1:8000...')return srvloop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(init(loop))
loop.run_forever()

注意aiohttp的初始化函数init()也是一个coroutine，loop.create_server()则利用asyncio创建TCP服务。