[Python] 輸入與輸出

1. 讀取命令行選項

Python啟動時，命令行選項放置在列表sys.argv中。例如：

import sys
if len(sys.argv) != 3:
    sys.stderr.write("Usage: python %s inputfile outputfile\n" % sys.argv[0])
    raise SystemExit(1)
inputfile = sys.argv[1]
outputfile = sys.argv[2]

在該程序中，sys.argv[0]包含所執行腳本的名稱。對于更復雜的命令行處理，可以使用optparse模塊。例如：

imprt optparse
p = optparse.OptionParser()
# 選項接受一個參數
p.add_option("-o", action="store", dest="outfile")
p.add_option("--output", action="store", dest="outfile")
# 選項設置一個布爾值標志
p.add_option("-d", action="store_true", dest="debug")
p.add_option("--debug", action="store_true", dest="debug")
# 設置選定選項的默認值
p.set_defaults(debug=False)
# 解析命令行
opts, args = p.parse_args()
# 檢索選項設置
outfile = opts.outfile
debugmode = opts.debug

以上例子中添加了兩類選項。第一個選項-o或--output具有一個必需參數。這是通過指定action='store'實現的。dest參數選擇將在解析后存儲參數值的屬性名稱。p.set_defaults()方法設置一個或多個選項的默認值。
使用p.parse_args()方法執行解析。該方法返回一個二元組(opts, args)，其中opts是包含已解析選項值的對象，args是命令行上未解析為選項的項目列表。選項值使用opts.dest檢索。
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2. 環境變量

可以通過字典os.environ訪問環境變量，例如：

import os
path = os.environ["PATH"]
user = os.environ["USER"]
editor = os.environ["EDITOR"]

要修改環境變量，需要設置os.environ變量，例如：

os.environ["FOO"] = "BAR"

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3. 文件和文件對象

內置函數open(name [, mode [, bufsize]])用于打開和創建文件對象，例如：

f = open("foo")
f = open("foo", "r")
f = open("foo", "w")

文件模式"r"表示讀取，"w"表示寫入，"a"表示附加。這些文件模式假定采用文本模式，可以隱式對換行字符"\n"執行轉換。如果正在處理二進制數據，可以將"b"附加到文件模式后面，如"rb"或"wb"。這將禁用換行符轉換。如果使用模式"U"或"rU"打開文件，將會提供通用的換行符支持，以方便閱讀。
通過提供"+"字符，比如"r+"或"w+"，可以打開文件進行直接更新。打開文件進行更新時，可以同時執行輸入和輸出，只要所有輸出操作在任何后續輸入操作之前清除其數據即可。如果使用"w+"模式打開文件，其長度首先會被截斷為0。
可選的bufsize參數控制文件的緩沖行為，其中0表示沒有緩存，1表示進行了行緩沖，任何其他正值都表示將使用的近似緩沖區大小。
下表列表file對象支持的方法：

read()方法以字符串形式返回整個文件，除非指定了最大字符數。readline()方法返回下一行輸入，包括最后的換行符。readlines()方法以字符串列表的形式返回所有輸入行。readlines()方法接受一個Size參數，指定在停止讀取之前要讀取的近似字符數。
write()方法將一個字符串寫入到文件。writelines()方法將一個字符串列表寫入到文件中。write()和writelines()不會將換行字符添加到輸出中，所有生成的所有輸出都應該已經包含所有必要的格式。
在內部，每個文件對象都有一個文件指針，用于存儲下次讀取或寫入操作所需的字節偏移位置。tell()方法以長整型返回文件指針的當前值。seek()方法根據給定的offset和whence中的位置規則隨機訪問文件的各個部分。
fileno()方法返回文件的整數文件描述符，有時用在某些庫模塊中的低級I/O操作中。
文件對象還擁有一些只讀數據屬性，例如：

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4. 標準輸入、輸出和錯誤

解釋器提供了3種標準文件對象，分別為標準輸入、標準輸出和標準錯誤，它們在sys模塊中分別以sys.stdin、sys.stdout和sys.stderr的形式提供。stdin是與提供給解釋器的輸入字符流相對應的文件對象。stdout是一個文件對象，接收由print生成的輸出。stderr是接收錯誤消息的文件。
例如，以下代碼寫入標準輸出并從標準輸入中讀取一行輸入：

import sys
sys.stdout.write("Enter your name:")
name = sys.stdin.readline()

另外，內置函數input(prompt)也可以從stdin讀取一行文本，并可以打印一個提示符。鍵盤中斷（通常由Ctrl+C生成）會生成KeyboardInterrupt異常，可使用異常處理程序捕獲該異常。
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5. print()函數

要打印一系列以空格分隔的值，只需將這些值提供給print()，例如：

print("The values are", x, y, z)

要禁止或更改行終止，可以使用end=ending關鍵字參數，例如：

print("The values are", x, y, z, end='') # 禁止換行符

要將輸出重定向到一個文件，可以使用file=outfile關鍵字參數，例如：

print("The values are", x, y, z, file=f)

要更改項目之間的分隔字符，可以使用sep=sepchr關鍵字參數，例如：

print("The values are", x, y, z, spe=',')

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6. 文本輸出中的變量插入

通過格式化I/O與三對帶引號的字符串來將變量插入字符串中，例如：

# 斜杠可以防止第一行顯示為空行
form = """\
Dear %(name)s,
Please send back my %(item)s or pay me $%(amount)0.2f.
"""
print form % {'name': 'Mr.Bush', 'item': 'blender', 'amount': 50.00}

format()方法可以使以上代碼更簡潔，例如：

form = """\
Dear {name}s,
Please send back my {item}s or pay me $%{amount:0.2f}.
"""
print form.format {name='Mr.Bush', item='blender', amount=50.00}

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7. Unicode處理

如果有一個原始字節字符串s，其中包含已編碼的Unicode字符串表示，那么可以使用s.decode([encoding [, errors]])方法將其轉換為合適的Unicode字符串。要將Unicode字符串u轉換為已編碼的字節字符串，可以使用字符串方法u.encoding([encoding [, errors]])。這兩種轉換字符串都需要使用一個特殊編碼名稱，指定如何在Unicode字符值與字節字符串中的一個8位字符序列上建立起映射關系。以下編碼是最常用的：

默認編碼在site模塊中設置，可以使用sys.getdefaultencoding()查詢。在很多情況下，默認編碼是ascii，utf-8也是一種非常常見的設置。轉換字符串時，如果遇到無法轉換的字符，可能會引發UnicodeError異常。encode()和decode()方法的errors參數決定了如何處理編碼錯誤。可用參數如下：

處理Unicode字符串時，無法將原始Unicode數據直接寫入文件。因為Unicode字符在內部表示為多字節整數。Unicode字符串的外部表示總是根據具體的編碼規則進行，該編碼規則應該明確定義如何將Unicode字符表示為字節序列。內置的codecs模塊包含一組函數，用于根據各種不同的數據編碼方案，在字節數據與Unicode字符串之間來回切換。
處理Unicode文件最直接方式是用codecs.open(filename [, mode [, encoding [, errors]]])函數，例如：

f = codecs.open('foo.txt', 'r', 'utf-8', 'strict')
g = codecs.open('bar.txt', 'w', 'utf-8')

這兩個函數創建了一個文件對象，用于讀取或寫入Unicode字符串。如果已經擁有一個文件對象，可以使用codecs.EncodedFile(file, inputenc [, outputenc [, errors]])函數為該對象添加一個編碼包裝器，例如：

f = open("foo.txt", "rb")
...
fenc = codecs.EncodeFile(f, 'utf-8')

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8. 對象持久性

有時會需要將對象內容保存到一個文件或從中進行還原。執行該任務的一種方法是編寫兩個函數，以一種特殊格式在文件中讀取和寫入數據。另一種方法是用pickle和shelve模塊。
pickle模塊將對象序列化為一個字節流，這個字節流可以寫入到文件并在以后進行還原。例如：

import pickle
obj = SomeObject()
f = open(filename, 'wb')
pickle.dump(obj, f) # 將對象保存到f上
f.close()

要還原對象，可以使用以下代碼：

import pickle
f = open(filename, 'rb')
obj = pickle.load(f) # 還原對象
f.close()

可以依次發生一系列dump()操作來保存對象序列。要還原這些對象，只需使用一個類似的load()操作序列。shelve模塊類似于pickle，但它將對象保存在一個類似字典的數據庫中。例如：

import shelve
obj = SomeObject()
db = shelve.open("filename")
db['key'] = obj
...
obj = db['key']
db.close()

盡管由shelve創建的對象類似于一個字典，但它具有一些限制。首先，鍵必須是字符串。其次，shelve中存儲的值必須與pickle兼容。