Ввод и вывод

7.1.1. Форматируемые строковые литералы

Форматируемые строковые литералы (также называемые f-строками) позволяют включать значения выражений Python в строку путём добавления префикса f или F к строке и записи выражений в виде {expression}.

После выражения может следовать необязательный спецификатор форматирования. Это позволяет иметь больший контроль над форматированием значения. В следующем примере значение пи 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 ':' заставит это поле иметь минимальную ширину в виде количества символов. 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 могут использоваться 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 = может использоваться для расширения выражения до текста выражения, знака равенства и представления вычисленного выражения:

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

См. самодокументированные выражения для получения дополнительной информации о спецификаторе =. Справочник по этим спецификациям форматирования см. в справочном руководстве по Форматный язык мини-языка.

7.1.2. Метод format() строки

Базовое использование метода str.format() выглядит следующим образом:

>>> print('We are the {} who say "{}!"'.format('knights', 'Ni'))
We are the knights who say "Ni!"

Скобки и символы внутри них (называемые полями форматирования) заменяются объектами, переданными в метод str.format(). Номер в скобках может использоваться для ссылки на позицию объекта, переданного в метод 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 ключевые аргументы, их значения ссылаются с использованием имени аргумента.

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

Позиционные и ключевые аргументы могут быть произвольно объединены:

>>> print('The story of {0}, {1}, and {other}.'.format('Bill', 'Manfred',
...                                                    other='Georg'))
The story of Bill, Manfred, and Georg.

Если у вас очень длинная строка форматирования, которую вы не хотите разделять, было бы удобно ссылаться на переменные для форматирования по имени вместо 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 также можно сделать, передав table словарь в качестве ключевых аргументов с обозначением **.

>>> 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:

>>> 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__: ...

В качестве примера следующие строки создают аккуратно выровненный набор столбцов, показывающий целые числа и 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

Полное описание форматирования строк с помощью str.format() см. в разделе Синтаксис строки форматирования.

7.1.3. Ручное форматирование строк

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=' ')
...     # Note use of 'end' on previous line
...     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 каждым столбцом был добавлен способом работы print(): он всегда добавляет пробелы между своими аргументами.)

Метод str.rjust() объектов строк выравнивает строку по правому краю в поле заданной ширины, добавляя пробелы слева. Существуют аналогичные методы str.ljust() и str.center(). Эти методы не записывают ничего, а просто возвращают новую строку. Если входная строка слишком длинная, они не усекают её, а возвращают её без изменений; это может испортить ваш макет столбцов, но обычно это лучше, чем альтернатива, которая давала бы ложное значение. (Если вам действительно нужно усечение, вы всегда можете добавить операцию среза, как в x.ljust(n)[:n].)

Ещё есть метод str.zfill(), который дополняет числовую строку слева нулями. Он понимает 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

Оператор % (modulo) также может использоваться для форматирования строк. В данном случае format % values (где format — строка), спецификации преобразования % в format заменяются одним или несколькими элементами из values. Эта операция обычно известна как интерполяция строк. Например:

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

Более подробную информацию можно найти в разделе Форматирование строк в стиле printf.

7.2.1. Методы объектов файлов

В оставшихся примерах в этом разделе предполагается, что объект файла с именем f уже создан.

Для чтения содержимого файла вызовите f.read(size), который считывает некоторое количество данных и возвращает его как строку (в текстовом режиме) или объект байтов (в бинарном режиме). size — необязательный числовой аргумент. Когда size опущен или отрицателен, будет считано и возвращено всё содержимое файла; это ваша проблема, если файл вдвое больше памяти вашей машины. В противном случае, будет считано и возвращено не более size символов (в текстовом режиме) или size байтов (в бинарном режиме). Если достигнут конец файла, f.read() вернёт пустую строку ('').

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

f.readline() считывает одну строку из файла; символ новой строки (\n) остаётся в конце строки, и опускается только в последней строке файла, если файл не заканчивается символом новой строки. Это делает значение возврата однозначным; если f.readline() возвращает пустую строку, достигнут конец файла, в то время как пустая строка представляется значением '\n', строкой, содержащей 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 вы можете выполнить цикл по объекту файла. Это экономично 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 вы хотите прочитать все строки файла в списке, вы также можете использовать list(f) или f.readlines().

f.write(string) записывает содержимое string в файл, возвращая количество записанных символов.

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

Другие типы объектов необходимо преобразовать — либо в строку (в текстовом режиме), либо в объект байтов (в бинарном режиме) — перед записью:

>>> value = ('the answer', 42)
>>> s = str(value)  # convert the tuple to string
>>> f.write(s)
18

f.tell() возвращает целое число, представляющее текущую позицию объекта файла в файле, представленное количеством байтов с начала файла в бинарном режиме и неопределённым значением в текстовом режиме.

Для изменения позиции объекта файла используйте f.seek(offset, whence). Позиция вычисляется путём добавления offset к точке отсчёта; точка отсчёта выбирается аргументом whence. Значение whence 0 измеряет с начала файла, 1 использует текущую позицию в файле, а 2 использует конец файла как точку отсчёта. whence можно опустить, и он по умолчанию равен 0, используя начало файла как точку отсчёта.

>>> 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'

В текстовых файлах (открытых без b в строке режима) разрешены только перемещения относительно начала файла (исключением является перемещение в конец файла с seek(0, 2)) и допустимыми значениями offset являются только те, которые возвращаются из f.tell(), или ноль. Любое другое значение offset приводит к неопределённому поведению.

Объекты файлов имеют дополнительные методы, такие как isatty() и truncate(), которые используются реже; см. Справочник по библиотеке для получения полного руководства по объектам файлов.

7.2.2. Сохранение структурированных данных с помощью json

Строки легко записываются в файл и считываются из него. Числа требуют немного больше усилий, так как метод read() возвращает только строки, которые необходимо передать в функцию, такую как int(), которая принимает строку, например '123', и возвращает её числовое значение 123. При работе с более сложными типами данных, такими как вложенные списки и словари, ручная обработка парсинга и сериализации становится сложной.

Вместо того, чтобы пользователи постоянно писали и отлаживали код для сохранения сложных типов данных в файлы, Python позволяет использовать популярный формат обмена данными, называемый JSON (JavaScript Object Notation). Стандартный модуль, называемый json, может принимать 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 файле или данных, или отправлена по сетевому подключению на удаленный компьютер.

Если у вас есть объект x, вы можете просмотреть его строковое представление JSON с помощью одной простой строки кода:

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

Другая разновидность функции dumps(), называемая dump(), просто сериализует объект в текстовый файл. Итак, если f — это объект текстового файла, открытый для записи, мы можем сделать это:

json.dump(x, f)

Чтобы снова декодировать объект, если f — это объект бинарного файла или текстового файла, открытый для чтения:

x = json.load(f)

Эта простая техника сериализации может обрабатывать списки и словари, но сериализация произвольных экземпляров классов в JSON требует дополнительных усилий. Справочник по модулю json содержит объяснение этого.