第七章：模組類庫和檔案操作
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第一節：關於模組和類庫
使用系統標準庫
什麼是模組？
可以說，一個 xxx.py 就是一個模組。
什麼是類庫？
裝有很多個模組的資料夾包，可以稱為一個類庫，更多的時候，這些python檔案都是有機關聯的。
有了模組和類庫，我們可以輕鬆地站在巨人的肩膀上進行程式設計，例如我們使用的系統標準庫、第三方類庫甚至是自己寫的類庫
- 匯入外部模組
從外部匯入模組，有匯入模組和匯入成員兩種方式，具體包括：
方式一：import path.module #匯入模組
方式二： from path.module import member1,member2,…
或者 ：from path.module import * #匯入指定模組下的全部成員
path指代模組所在的路徑
module是模組，模組即xxx.py
member可以是變數、函式、類、以及包；
機智的匯入：
一個機智式的匯入方式為：直寫出需要的模組名或成員名，此時系統報語法錯誤，游標放在報錯處，使用【alt】+【enter】快捷鍵，系統會自動識別和匯入；
- 什麼是包
含有
_ init _.py的資料夾稱之為【包】；
在_ init .py中，我們可以為包中的其它模組做一些全域性初始化的工作；
_ init .py可以視為一個【與包名同名的模組】，引入 _init _.py中的成員方式為：
①from 包名 import member
包資料夾中的xxx.py可以視為包模組的成員member，它的匯入方式可以是：
①import 包名.xxx，此時包被視為一個普通資料夾路徑
②from 包名 import xxx，此時包被視為一個模組，xxx.py被視為一個成員
- 路徑path
path是相對路徑： 相對於【系統庫標準庫根目錄】或【第三方庫根目錄】或【當前工程根目錄】；
系統標準庫根目錄所在的位置為：直譯器安裝目錄/Lib/
例如：C:\Python36\Lib；
第三方庫根目錄所在位置為：直譯器安裝目錄/Lib/site-packages/
例如：C:\Python36\Lib\site-packages；
如果是匯入工程內的模組，則相對路徑的根目錄為當前工程目錄；
- 迴歸測式
迴歸測試的作用是避免自動觸發外部模組的業務邏輯
當我們匯入一個自定義模組的時候，如果這個模組在成員定義以外，還包含一定的業務邏輯程式碼，則這些程式碼必須被寫在【迴歸測試】中；
如果模組的業務邏輯不寫在迴歸測試中，則外界在將其匯入時（無論是匯入模組還是匯入成員），這些業務邏輯都會被自動觸發；
我們通常會在迴歸測試中，測試一下自己寫的函式和類是否正確
迴歸測試的寫法：
if __name__ == '__main__':
# 一些業務邏輯
pass
安裝第三方庫
系統標準庫是安裝Python直譯器時，自帶安裝的一些最基本最常用的的Python類庫，它們的位置是：直譯器安裝目錄/Lib/；
光有系統標準庫是遠遠不能滿足多樣化的開發需求的，我們還常常要使用到一些【第三方類庫】，它們的位置是：直譯器安裝目錄/Lib/site-packages/；
- 安裝第三方類庫：
Python直譯器自帶一個包管理工具
pip.exe，它的位置是：直譯器安裝目錄/Scripts/，通常我們在安裝直譯器時都選擇將這個目錄放到系統的環境變數中；
安裝方式一：自動化安裝第三方類庫最簡單的方式是在【控制檯】中輸入：
pip install 包名
包管理器
pip會自動尋找和安裝xxx及其所依賴的其它類庫
安裝方式二：在pip.exe同目錄下還存在easy_install.exe，我們同樣可以在【控制檯】中輸入：
easy_install 包名
pip和easy_install二者的區別是：pip 改善了不少 easy_install 的缺點，因此通常pip是一個更好的選擇，除非某些類庫指定使用easy_install進行安裝
pip的常用命令
安裝類庫：pip install 包名
更新類庫：pip install -U 包名
解除安裝類庫：pip uninstall 包名
檢索類庫：pip search 包名
檢視幫助：pip help
以上命令也都有對應的easy_install版本，其功能是相同的
方式三：使用PyCharm安裝和管理類庫
開啟IDE的
設定，在工程直譯器欄目中，我們可以通過點選如圖所示的“+”和“-”來執行類庫的安裝與解除安裝；
點選“+”後，在彈出的搜尋框中輸入類庫名稱，在檢索成功後點擊install按鈕，即可自動化完成安裝；
還更多圖形化功能，如藍色升級箭頭實現升級、安裝時勾選安裝到使用者的第三方路徑等
無論使用哪一種方式進行第三式庫的安裝，安裝效果是一樣的，安裝成功後pycharm就可以簡單使用了
使用自己寫的類庫
- 將模組和包持久化為類庫
一個複用率很高的本地的原始碼目錄，我們可以考慮將其持久化為類庫，這樣就可以在所有工程中進行匯入和使用；
持久化的方式很簡單，就是將這個資料夾拷貝到【系統庫標準庫根目錄】或【第三方庫根目錄】中，通常如無特殊必要，我們選擇放在【第三方庫根目錄】中，即直譯器安裝目錄/Lib/site-packages/；
以後就可以像匯入系統標準庫或安裝的第三方類庫一樣，使用我們自己定義的類庫了；
當然，如果願意共享，以後還可以選擇將這部分程式碼，附帶一些說明文件，共享到開原始碼管理平臺如github上去，供全世界的程式設計師使用；
第二節：關於時間模組
time模組
- Epoch與Unix時間戳
【Epoch】 是計算機元年，指的是一個特定的時間：
1970-01-01 00:00:00**
【Unix時間戳】 是指從元年到某個時間點所經歷的秒數
- 時間佔位符
| 佔位符 | 格式化意義 | 佔位符 | 格式化意義 |
|---|---|---|---|
| %Y: | 表示年份 | %U: | 周，在當年的週數當年的第幾周 |
| %m: | 表示月份（[01,12]） | %c: | 日期時間的字串表示。 |
| %d: | 在這個月中的天數 | %x: | 日期字串（如：04/07/10） |
| %a | 星期的簡寫 | %X: | 時間字串（如：10:43:39） |
| %A | 星期的全寫 | %w: | 今天在這周的天數,範圍為[0, 6],6表示週日 |
| %b | 月份的簡寫。 | %W: | 周，（當年的第幾周） |
| %B | 月份的全寫。 | %j: | 在年中的天數 [001,366] |
| %M: | 分鐘（[00,59]） | %S: | 秒（範圍為[00,61]，不是0-59） |
| %p: | AM或者PM | %f: | 微秒範，圍[0,999999 |
| %H: | 小時（24小時制，[0, 23]） | %z: | 與utc時間的間隔(本地時間，返回空字串) |
| %I: | 小時（12小時制，[0, 11]） | %Z: | 時區名稱（本地時間，返回空字串） |
- 時間操作的幾個常用API
time.time()—— 元年距今時間戳
time.sleep(s)—— 睡眠
time.localtime(s)—— 當地時間
time.asctime(tuple)—— 將時間元組轉為美式的時間字串
time.ctime(s)—— 將時間戳轉為時間字串
time.strftime(foramt, tuple)—— 格式化時間
time.strptime(string,format)—— 將時間字串轉換為時間元組
time.mktime(tuple)—— 將時間元組轉換為時間戳
例：
import time
# 元年距今時間戳
print('time.time():',time.time())
# 當地時間localtime，不傳參預設當前時間戳，返回結構化時間（時間元組）
print(time.localtime())
# 昨日此刻時間
print(time.localtime(time.time()-24*3600))
# 美式化時間asctime，將時間元組轉為時間字串
print(time.asctime(time.localtime()))
# 美式化時間ctime，將時間戳轉為時間字串
print(time.ctime())
# 格式化成2016-03-20 11:45:39形式
print(time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", time.localtime())) # 2018-03-22 21:10:48
# 格式化成Sat Mar 28 22:24:24 2016形式
print(time.strftime("%a %b %d %H:%M:%S %Y", time.localtime()))
print(time.strftime("%z", time.localtime()))
print(time.strftime("%a %A", time.localtime()))
print(time.strftime("%b %B", time.localtime()))
print(time.strftime("%c", time.localtime()))
print(time.strftime("%I", time.localtime()))
print(time.strftime("%p", time.localtime()))
a = "Sat Mar 28 22:24:24 2016"
# 將時間字串轉換為時間元組
print(time.strptime(a, "%a %b %d %H:%M:%S %Y"))
# 將時間元組轉換為時間戳
print(time.mktime(time.strptime(a, "%a %b %d %H:%M:%S %Y")))
執行結果：
datetime模組
time模組提供的功能是更加接近於作業系統層面的。通讀文件可知，time 模組是圍繞著 Unix Timestamp 進行的。time模組表述的日期範圍被限定在 1970 - 2038 之間,如果你寫的程式碼需要處理在前面所述範圍之外的日期，那可能需要考慮使用datetime模組更好。
在系統的標準庫裡面，有個模組名為datetime,而datetime模組裡還有一個類,也名為datetime,平時匯入的時候應注意，匯入的應是模組，而不是類，
- datetime的幾個常用API
在標準庫的datetime模組裡有很多方法，這裡主要介紹datetime.datetime的方法
datetime.datetime.now()—— 當前的日期和時間
datetime.datetime.now().year—— 當前的年份
datetime.datetime.now().month—— 當前的月份
datetime.datetime.now().day—— 當前的日期
datetime.datetime.now().hour—— 當前小時
datetime.datetime.now().minute—— 當前分鐘
datetime.datetime.now().second—— 當前秒
相對於time模組來說，datetime 比 time 高階了不少，也更簡潔，返回值也更友好一些。可以理解為 datetime 基於 time 進行了封裝，提供了更多實用的函式。
例：
import datetime
now = datetime.datetime.now()
print("當前的日期和時間是%s" % now)
print("當前的年份是%s" % now.year)
print("當前的月份是%s" % now.month)
print("當前的日期是 %s" % now.day)
print("當前小時是%s" % now.hour)
print("當前分鐘是%s" % now.minute)
print("當前秒是%s" % now.second)
執行結果：
calendar日曆模組
- 日曆模組的幾個API
calendar.isleap(year)—— 判斷某年是否閏年
calendar.leapdays(fromYear, toYear)—— 判斷某段時間的閏年數
calendar.weekday(year, month, day)—— 指定日期的星期
calendar.monthrange(year, month)—— 當月第一天的星期和當月天數
calendar.Calendar()—— 日曆物件
calendar.Calendar().itermonthdates(year, month)—— 具體日期的日曆生成器
calendar.setfirstweekday(weekNb)—— # 設定一週的起始星期
calendar.month(year, month)—— 指定年月的日曆表
例：
import calendar
# 閏年判斷
print(calendar.isleap(2000))
print(calendar.isleap(2018))
print(calendar.leapdays(2000, 2019)) # 判斷2000-2018年之間閏年數
# 返回指定日期的星期（0-6分別代表週一到週日）
print(calendar.weekday(2018, 11, 16))
# 返回當月第一天的星期和當月天數
print(calendar.monthrange(2018, 11))
# 日曆生成器
c = calendar.Calendar() # 建立日曆物件
monthGenerator = c.itermonthdates(2018, 11) # 獲得2018年11月的日曆生成器
while True:
try:
print(next(monthGenerator)) #該生成器會從該月第一天所在星期開始生成日期
except StopIteration:
break
# 設定和列印日曆
calendar.setfirstweekday(0) # 設定周是以星期一開始
mydate = calendar.month(2018, 11) # 列印2018年11月的日曆
print(mydate)
執行結果：
第三節：關於 os 檔案模組
使用os模組的操作
os模組是系統標準庫模組；
os模組常用的檔案操作包括：
1、建立單級或多層級的資料夾、
2、刪除單級或多層級空資料夾、
3、刪除檔案；
os模組中的path子模組常用檔案操作：
1、判斷路徑是否存在
2、判斷路徑是否是檔案/資料夾；
3、刪除有內容的資料夾，這時要使用另一個標準庫模組：shutil.rmtree(path)；
- 相對路徑和絕對路徑
【絕對路徑】是從具體碟符出發的路徑；
【相對路徑】是從當前py檔案位置出發的路徑；
相對路徑中以一個點“./”代表當前位置，兩個點“../”代表上一級資料夾路徑；
順斜線“/”是Linux和Windows下通用的路徑分隔符，反斜線則只適用於Windows；
在使用反斜線作為路徑分隔符時，通常在路徑前面加一個“r”代表所有的反斜線都不是轉義字元；
- 檔案操作
os.mkdir()—— 建立單級資料夾
os.makedirs()—— 建立層級資料夾
os.rmdir()—— 刪除空資料夾
shutil.rmtree()—— 刪除有內容的資料夾
os.remove()—— 刪除檔案
os.removedirs()—— 刪除資料夾
例：
import os
import shutil
# 建立單級資料夾(在當前的上一層資料夾位置建立)
os.mkdir(r"../res")
os.mkdir(r"../res/doc")
# 建立層級資料夾(在當前的上一層資料夾位置建立)
os.makedirs(r"../res/img/large")
# 刪除空資料夾(在當前的上一層資料夾位置刪除)
os.rmdir(r"../res/img")
# 刪除有內容的資料夾
shutil.rmtree(r"../res/img")
# 刪除檔案或資料夾
os.remove(r"../res/doc/1.txt")
os.removedirs(r"../res/doc") # 刪除一整條空路徑
除了建立和刪除檔案，還能對檔案進行判斷
os.path.exists()——判斷路徑是否存在
os.path.isfile()—— 判斷路徑是否是檔案
os.path.isdir()—— 判斷路徑是否是資料夾
例：
import os
# 判斷路徑是否存在
fileExists = os.path.exists(r"./mg.py")
print(fileExists)
# 判斷路徑是否是檔案/資料夾
isFile = os.path.isfile(r"./mg.py")
isDir = os.path.isdir(r"./mg.py")
print(isFile)
print(isDir)
執行結果：
第四節：檔案操作
檔案指標
一、檔案指標類似於游標位置；
二、不同點在於：游標每次移動的是一個字元，而檔案指標每次移動一個位元組；
三、通過file.tell()可以獲取當前檔案指標位置；
四、通過file.seek(n)可以將檔案指標移動到任意位置；
五、檔案的讀寫都是從當前指標位置向後進行的；
六、在file.truncate(size)中，則是丟棄檔案指標以後的內容，進行斷尾式的擷取；
七、在不同字符集中，每個字元所佔的位元組數是不同的；
例：utf-8編碼下的每個字元佔用檔案指標位數（也就是位元組數）：
____1、對於字母和數字，每字元指標移動1位（即佔用1位元組）
____2、對於空格，每字元指標移動1位（即佔用1位元組）
____3、對於\n，每字元指標移動2位 （即佔用2位元組）
____4、對於漢字，每字元指標移動3位 （即佔用3位元組）
檔案的基本讀寫模式 r、w、a、x
通過系統內建函式
open()我們可以開啟一個檔案，得到檔案流物件file（後文所有file均指檔案流物件）；
位置引數name代表檔案路徑，可以是絕對路徑或相對路徑；
encoding引數指定檔案的編碼方式，預設為utf-8，編碼錯誤會導致亂碼；
mode引數代表以什麼模式開啟檔案，如果開啟的是字元流檔案，那麼有四種基本模式；
1、r(只讀模式)
2、w(覆寫模式)
3、a(追加模式)
4、x(創寫模式)；
注意資料夾路徑必須是存在的，否則會報FileNotFoundError錯誤；
注意：讀寫操作結束，記得關閉已開啟的檔案流，以釋放資源；
- 只讀模式 r
open()通過定義引數只讀模式
r開啟的檔案，表示該檔案只能讀不能寫，強寫會拋異常；
以只讀模式開啟的檔案，檔案指標（暫時可以簡單理解為游標）在檔案開頭位置；
通過file.read(n)可以讀入指定數量的字元，n不寫預設為讀入全部；
在讀入的過程中，檔案指標會相應的向後移動n個字元位置；
例：在當前目錄下建立了一個myfile.txt檔案，並寫下了一首詩，現在以只讀模式開啟
# 以只讀模式開啟檔案
file = open(r"./myfile.txt", "r", encoding="utf-8")
# file的型別
print(type(file))
# 讀入檔案內容
content = file.read(4) # 讀入4個字元
# content = file.read()#不寫引數表示讀入全部
print(content)
# 嘗試寫入資料（只讀模式無法寫入，會報錯）
# file.write("2018年11月13日") #io.UnsupportedOperation: not writable
# 關閉檔案流,注意每次開啟操作後一定要關閉
file.close()
執行結果：
- 覆寫模式 w
1、以覆寫模式
w開啟的檔案，在檔案開啟的一剎那檔案內容將被清空；
2、使用file.write(text)向檔案中寫入一個字串；
3、使用file.writelines(strlist)向檔案中寫入一個字串列表，每個字串元素單獨佔據一行；
注意：以覆寫模式開啟的檔案是不可讀的，強讀會拋異常；
例：同樣以上面的file.txt為例，此時裡面已經有一首詩《望天門山》
# 以覆寫模式開啟檔案，會清空檔案內容（請謹慎）
file = open(r"./myfile.txt", mode="w", encoding="utf-8")
# 寫入內容(一個字串)
file.write("鋤禾日當午\n汗滴禾下土\n一本小破書\n看了一下午\n\n")
# 寫入內容(一個字串列表)
file.writelines(["鋤禾日當午\n", "汗滴禾下土\n", "一本小破書\n", "看了一下午\n"])
# 嘗試讀入檔案（不可讀）
# file.read() #io.UnsupportedOperation: not readable
# 關閉檔案流
file.close()
執行完再次手動開啟myfile.txt，發現原本內容已清空，並寫入了兩首詩
- 追加模式 a
已追加模式a開啟的檔案，檔案指標位於
檔案的末尾；
此時向檔案中寫入內容，將以追加的方式寫入，原來的內容不會被刪除；
例：以之前寫入了《望天門山》的myfile.txt為例，以追加模式，只是向下繼續增加內容
# 追加模式開啟檔案
file = open(r"./myfile.txt", "a", encoding="utf-8")
# 追加一個字串
file.write("\n從前\n從前不洗澡\n處處蚊子咬\n夜裡長泡泡\n一看真不少\n")
# 關閉檔案流
file.close()
執行完再次手動開啟myfile.txt，發現原本內容不變，並往下新添加了一首詩
- 創寫模式 x
以創寫模式
x開啟的檔案必須是一個不存在的檔案；
如果檔案已經存在會報FileExistsError異常；
使用創寫模式結合try…except…我們可以保證開啟的都是不存在的檔案，而不會覆蓋已有的檔案；
這裡還要提一個
file.flush()的方法：
這是一個保證資料完整性的方法，一般的檔案流操作都包含緩衝機制，write方法並不直接將資料寫入檔案，而是先寫入記憶體中特定的緩衝區。
flush方法是用來重新整理緩衝區的，即將緩衝區中的資料立刻寫入檔案，同時清空緩衝區。
正常情況下緩衝區滿時，作業系統會自動將緩衝資料寫入到檔案中。
至於close方法，原理是內部先呼叫flush方法來重新整理緩衝區，再執行關閉操作，這樣即使緩衝區資料未滿也能保證資料的完整性。
如果程序意外退出或正常退出時而未執行檔案的close方法，緩衝區中的內容將會丟失。
例：
# 以創寫模式開啟一個並不存在的檔案
file = open(r"./yourFile.txt", "x", encoding="utf-8")
# 向文件中寫入資料
file.write("鋤禾日當午\n汗滴禾下土\n一本小破書\n一看一下午\n")
# 讓寫入（快取在緩衝區中）立刻生效
file.flush()
# 關閉檔案流
file.close()
執行結果：自動生成檔案yourFile.txt，並寫入了內容
檔案的位元組讀寫模式 rb，wb，ab，xb
- 位元組流檔案的讀寫
通過基本讀寫模式（只讀r，覆寫w，追加a，創寫x）我們可以方便地操作字元流檔案的讀寫；
對於【位元組流檔案】（一切非字元型檔案，包括媒體檔案、可執行檔案、壓縮包、等等），我們則需要使用位元組讀寫模式來進行相應的讀寫操作；
與基本讀寫模式對應，位元組讀寫模式有四種：rb，wb，ab，xb，分別對應位元組只讀、位元組覆寫、位元組追加、位元組創寫；
位元組讀寫模式與普通讀寫模式所不同的，僅僅在於讀入和寫出的內容都是位元組形式，而非以字串形式；
首先開啟檔案，看看檔案的位元組流
例：
# 以位元組只讀模式開啟一張圖片檔案
myFile = open(r"./image/timg.jpg", "rb")
myBytes = myFile.read()
print(myBytes)
執行結果：
例：拷貝圖片
圖片屬於媒體檔案，不論讀寫都應以相應的位元組模式來操作；
我們以位元組只讀方式開啟被拷貝的檔案，以位元組創寫模式建立並開啟一個要拷貝到的目標檔案；
通過file.read(size)我們可以讀出指定位元組數的內容，預設為讀出全部；
通過file.write(content)我們可以寫入指定的內容（字元位元組都可以）；
最終記得關閉本體和目標兩個檔案；
# 以位元組只讀模式開啟圖片檔案
myFile = open(r"./image/timg.jpg", "rb")
myBytes = myFile.read()
# print(myBytes)
# 以位元組創寫模式開啟圖片檔案
yFile = open(r"./image/timg2.jpg", "xb")
#把timg.jpg的位元組流寫入檔案
byteCount = yFile.write(myBytes)
print("寫入的位元組數量是%d" % (byteCount))
# 分別關閉檔案流
myFile.close()
yFile.close()
執行結果：成功地複製了一張圖片
檔案的加強讀寫模式 r+、w+、a+
字元流檔案的四種基本讀寫模式：r/w/a/x，都是隻能讀或只能寫的，強讀強寫會報錯
接下來要介紹的【加強讀寫模式】則是全部是可讀可寫的；
它們分別是：
1、讀優先的r+，
2、覆寫優先的w+，
3、追加優先的a+；
它們之間的區別在於檔案開啟時，檔案指標的位置在哪；
- 讀優先的加強模式 r+
檔案開啟時，檔案指標位於
0的位置，便於從頭開始讀取檔案；
因此我們稱它是讀優先的；
例：
file = open(r"./myfile.txt", "r+", encoding="utf-8")
# 開始讀取時的指標位置'
print("當前檔案指標在%d" % (file.tell()))
# 讀取4個字元。對於ASCII字元，每字元指標移動1位，對於漢字，每字元指標移動3位
print(file.read(4))
print("當前檔案指標在%d" % (file.tell()))
# 繼續讀取4個字元
print(file.read(4))
print("當前檔案指標在%d" % (file.tell()))
# 繼續移動檔案指標到指定位置
file.seek(0)
print("當前檔案指標在%d" % (file.tell()))
print(file.read(8))
# 寫入內容
# 寫入之前應明確地seek到指定位置，否則會追加在末尾，但是指定位置也有缺點，就是會覆蓋後面的文字
#此處移動到倒數第二個文字之後
file.seek(196)
file.write("唐詩三百首")
#關閉檔案流
file.close()
執行結果：
檔案內容執行後結果：我們發現，最後一個字被覆蓋了。
我們發現，最後一個字被覆蓋了。當然也可以不seek到指定位置，此時就會把內容追加在末尾
- 覆寫優先的加強模式 w+
檔案以w+開啟時，內容會被
清空，自然檔案指標也就位於0的位置；
這種模式先清空內容以便覆寫，因此我們稱它是覆寫優先的；
例：
file = open(r"./myfile.txt", "w+", encoding="utf-8")
# 可讀可寫，開啟檔案時內容被清空
print('此時指標在：',file.tell())
print('內容是：',file.read())
# 寫入內容
file.write("別人笑我太瘋癲，我笑他人看不穿")
print('寫入內容後指標在：',file.tell())
# 移動指標
file.seek(0)
print('此時指標在：',file.tell())
print('內容是：',file.read())
print(