Python-100-days(Day11-15 学习笔记)

11.文件和异常

读写文本文件

def main():
    f = None
    try:
        f = open('致橡树.txt', 'r', encoding='utf-8')
        print(f.read())
    except FileNotFoundError:
        print('无法打开指定的文件!')
    except LookupError:
        print('指定了未知的编码!')
    except UnicodeDecodeError:
        print('读取文件时解码错误!')
    finally:
        if f:
            f.close()

除了使用文件对象的read方法读取文件之外，还可以使用for-in循环逐行读取或者用readlines方法将文件按行读取到一个列表容器中，代码如下所示。

import time

def main():
    # 一次性读取整个文件内容
    with open('致橡树.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
        print(f.read())

    # 通过for-in循环逐行读取
    with open('致橡树.txt', mode='r') as f:
        for line in f:
            print(line, end='')
            time.sleep(0.5)
    print()

    # 读取文件按行读取到列表中
    with open('致橡树.txt') as f:
        lines = f.readlines()
    print(lines)
    

要将文本信息写入文件文件也非常简单，在使用open函数时指定好文件名并将文件模式设置为'w'即可。注意如果需要对文件内容进行追加式写入，应该将模式设置为'a'。如果要写入的文件不存在会自动创建文件而不是引发异常。

读写二进制文件

def main():
    try:
        with open('guido.jpg', 'rb') as fs1:
            data = fs1.read()
            print(type(data))  # <class 'bytes'>
        with open('吉多.jpg', 'wb') as fs2:
            fs2.write(data)
    except FileNotFoundError as e:
        print('指定的文件无法打开.')
    except IOError as e:
        print('读写文件时出现错误.')
    print('程序执行结束.')

读写jaso文件

如果希望把一个列表或者一个字典中的数据保存到文件中又该怎么做呢？答案是将数据以JSON格式进行保存。JSON是“JavaScript Object Notation”的缩写，它本来是JavaScript语言中创建对象的一种字面量语法，现在已经被广泛的应用于跨平台跨语言的数据交换，原因很简单，因为JSON也是纯文本，任何系统任何编程语言处理纯文本都是没有问题的。目前JSON基本上已经取代了XML作为异构系统间交换数据的事实标准。
我们使用Python中的json模块就可以将字典或列表以JSON格式保存到文件中，代码如下所示。

import json


def main():
    mydict = {
        'name': '骆昊',
        'age': 38,
        'qq': 957658,
        'friends': ['王大锤', '白元芳'],
        'cars': [
            {'brand': 'BYD', 'max_speed': 180},
            {'brand': 'Audi', 'max_speed': 280},
            {'brand': 'Benz', 'max_speed': 320}
        ]
    }
    try:
        with open('data.json', 'w', encoding='utf-8') as fs:
            json.dump(mydict, fs)
    except IOError as e:
        print(e)
    print('保存数据完成!')

json模块主要有四个比较重要的函数:

• dump - 将Python对象按照JSON格式序列化到文件中
• dumps - 将Python对象处理成JSON格式的字符串
• load - 将文件中的JSON数据反序列化成对象
• loads - 将字符串的内容反序列化成Python对象

12.字符串和正则表达式

在编写处理字符串的程序或网页时，经常会有查找符合某些复杂规则的字符串的需要，正则表达式就是用于描述这些规则的工具，换句话说正则表达式是一种工具，它定义了字符串的匹配模式（如何检查一个字符串是否有跟某种模式匹配的部分或者从一个字符串中将与模式匹配的部分提取出来或者替换掉）。
正则表达式

符号	解释	示例	说明
.	匹配任意字符	b.t	可以匹配bat / but / b#t / b1t等
w	匹配字母/数字/下划线	bwt	可以匹配bat / b1t / b_t等 但不能匹配b#t
s	匹配空白字符（包括 、 、 等）	lovesyou	可以匹配love you
d	匹配数字	dd	可以匹配01 / 23 / 99等
	匹配单词的边界	The
^	匹配字符串的开始	^The	可以匹配The开头的字符串
$	匹配字符串的结束	.exe$	可以匹配.exe结尾的字符串
W	匹配非字母/数字/下划线	bWt	可以匹配b#t / b@t等 但不能匹配but / b1t / b_t等
S	匹配非空白字符	loveSyou	可以匹配love#you等 但不能匹配love you
D	匹配非数字	dD	可以匹配9a / 3# / 0F等
B	匹配非单词边界	BioB
[]	匹配来自字符集的任意单一字符	[aeiou]	可以匹配任一元音字母字符
[^]	匹配不在字符集中的任意单一字符	[^aeiou]	可以匹配任一非元音字母字符
*	匹配0次或多次	w*
+	匹配1次或多次	w+
?	匹配0次或1次	w?
{N}	匹配N次	w{3}
{M,}	匹配至少M次	w{3,}
{M,N}	匹配至少M次至多N次	w{3,6}
|	分支	foo|bar	可以匹配foo或者bar
(?#)	注释
(exp)	匹配exp并捕获到自动命名的组中
(?<name>exp)	匹配exp并捕获到名为name的组中
(?:exp)	匹配exp但是不捕获匹配的文本
(?=exp)	匹配exp前面的位置	w+(?=ing)	可以匹配I'm dancing中的danc
(?<=exp)	匹配exp后面的位置	(?<=danc)w+	可以匹配I love dancing and reading中的第一个ing
(?!exp)	匹配后面不是exp的位置
(?<!exp)	匹配前面不是exp的位置
*?	重复任意次，但尽可能少重复	a.*b a.*?b	将正则表达式应用于aabab，前者会匹配整个字符串aabab，后者会匹配aab和ab两个字符串
+?	重复1次或多次，但尽可能少重复
??	重复0次或1次，但尽可能少重复
{M,N}?	重复M到N次，但尽可能少重复
{M,}?	重复M次以上，但尽可能少重复

说明： 如果需要匹配的字符是正则表达式中的特殊字符，那么可以使用进行转义处理，例如想匹配小数点可以写成.就可以了，因为直接写.会匹配任意字符；同理，想匹配圆括号必须写成(和)，否则圆括号被视为正则表达式中的分组。

13.进程和线程

进程就是操作系统中执行的一个程序，操作系统以进程为单位分配存储空间，每个进程都有自己的地址空间、数据栈以及其他用于跟踪进程执行的辅助数据，操作系统管理所有进程的执行，为它们合理的分配资源。进程可以通过fork或spawn的方式来创建新的进程来执行其他的任务，不过新的进程也有自己独立的内存空间，因此必须通过进程间通信机制（IPC，Inter-Process Communication）来实现数据共享，具体的方式包括管道、信号、套接字、共享内存区等。

一个进程还可以拥有多个并发的执行线索，简单的说就是拥有多个可以获得CPU调度的执行单元，这就是所谓的线程。由于线程在同一个进程下，它们可以共享相同的上下文，因此相对于进程而言，线程间的信息共享和通信更加容易。当然在单核CPU系统中，真正的并发是不可能的，因为在某个时刻能够获得CPU的只有唯一的一个线程，多个线程共享了CPU的执行时间。

单线程+异步I/O

现代操作系统对I/O操作的改进中最为重要的就是支持异步I/O。如果充分利用操作系统提供的异步I/O支持，就可以用单进程单线程模型来执行多任务，这种全新的模型称为事件驱动模型。Nginx就是支持异步I/O的Web服务器，它在单核CPU上采用单进程模型就可以高效地支持多任务。在多核CPU上，可以运行多个进程（数量与CPU核心数相同），充分利用多核CPU。用Node.js开发的服务器端程序也使用了这种工作模式，这也是当下并发编程的一种流行方案。

在Python语言中，单线程+异步I/O的编程模型称为协程，有了协程的支持，就可以基于事件驱动编写高效的多任务程序。协程最大的优势就是极高的执行效率，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。协程的第二个优势就是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用加锁，只需要判断状态就好了，所以执行效率比多线程高很多。

14.网络编程入门和网络应用开发

requests是一个基于HTTP协议来使用网络的第三库，其官方网站有这样的一句介绍它的话：“Requests是唯一的一个非转基因的Python HTTP库，人类可以安全享用。”简单的说，使用requests库可以非常方便的使用HTTP，避免安全缺陷、冗余代码以及“重复发明轮子”（行业黑话，通常用在软件工程领域表示重新创造一个已有的或是早已被优化過的基本方法）。

15.图像和办公文档处理

用Pillow操作图像

Pillow是由从著名的Python图像处理库PIL发展出来的一个分支，通过Pillow可以实现图像压缩和图像处理等各种操作。可以使用下面的命令来安装Pillow。

处理Excel电子表格

Python的openpyxl模块让我们可以在Python程序中读取和修改Excel电子表格，由于微软从Office 2007开始使用了新的文件格式，这使得Office Excel和LibreOffice Calc、OpenOffice Calc是完全兼容的，这就意味着openpyxl模块也能处理来自这些软件生成的电子表格。

处理Word文档

利用python-docx模块，Python可以创建和修改Word文档，当然这里的Word文档不仅仅是指通过微软的Office软件创建的扩展名为docx的文档，LibreOffice Writer和OpenOffice Writer都是免费的字处理软件。