Python基础（5）_字符编码、文件处理

一、文件读取过程：

1. 文本编辑器存取文件的原理（nodepad++，pycharm，word）

　　打开编辑器就打开了启动了一个进程，是在内存中的，所以在编辑器编写的内容也都是存放与内存中的，断电后数据丢失，因而需要保存到硬盘上，点击保存按钮，就从内存中把数据刷到了硬盘上。

　　 在这一点上，我们编写一个py文件（没有执行），跟编写其他文件没有任何区别，都只是在编写一堆字符而已。

2. python解释器执行py文件的原理 ，例如python test.py

　　第一阶段：python解释器启动，此时就相当于启动了一个文本编辑器

　　第二阶段：python解释器相当于文本编辑器，去打开test.py文件，从硬盘上将test.py的文件内容读入到内存中

　　第三阶段：python解释器解释执行刚刚加载到内存中test.py的代码　

总结：

1. python解释器是解释执行文件内容的，因而python解释器具备读py文件的功能，这一点与文本编辑器一样
2. 与文本编辑器不一样的地方在于，python解释器不仅可以读文件内容，还可以执行文件内容

二、字符编码

1、字符编码的作用：程序员用字符编程，而计算机只能识别二进制0、1，因此字符编码的作用是将人操作的字符，翻译成计算机能识别的二进制数字

即、

　　字符--------（翻译过程）------->数字

　　这个过程实际就是一个字符如何对应一个特定数字的标准，这个标准称之为字符编码

2、字符编码的发展史

阶段一：现代计算机起源于美国，最早诞生也是基于英文考虑的ASCII

　　ASCII:一个Bytes代表一个字符（英文字符/键盘上的所有其他字符），1Bytes=8bit，8bit可以表示0-2**8-1种变化，即可以表示256个字符

阶段二:为了满足中文，中国人定制了GBK

　　GBK: 2Bytes代表一个字符

　　为了满足其他国家，各个国家纷纷定制了自己的编码

　　日本把日文编到Shift_JIS里，韩国把韩文编到Euc-kr里

阶段三：各国有各国的标准，就会不可避免地出现冲突，结果就是，在多语言混合的文本中，显示出来会有乱码。于是产生了unicode

　　Unicode：统一用2Bytes代表一个字符，2**16-1=65535，可代表6万多个字符，因而兼容万国语言，其缺点是：对于通篇都是英文的文本来说，占内存较大

　　UTF-8：解决占内存较大的问题，对英文字符只用1Bytes表示，对中文字符用3Bytes

总结：

　　Unicode：简单粗暴，所有字符都是2Bytes，优点是字符->数字的转换速度快，缺点是占用空间大

　　utf-8：精准，对不同的字符用不同的长度表示，优点是节省空间，缺点是：字符->数字的转换速度慢，因为每次都需要计算出字符需要多长的Bytes才能够准确表示

Unicode和utf-8应用：

　　1、内存中使用的编码是unicode，用空间换时间（程序都需要加载到内存才能运行，因而内存应该是尽可能的保证快）

　　2、硬盘中或者网络传输用utf-8，网络I/O延迟或磁盘I/O延迟要远大与utf-8的转换延迟，而且I/O应该是尽可能地节省带宽，保证数据传输的稳定性。

3、字符编码的使用

从内存往硬盘存文件：encode

内存从硬盘读取文件：decode

文件乱码情况分析：

　　乱码一：存文件时就已经乱码。例如中文汉字以日文编码shiftjis去存，此乱码无法恢复

　　乱码二：存文件时不乱码而读文件时乱码。存文件时用utf-8编码，保证兼容万国，不会乱码，而读文件时选择了错误的解码方式，比如gbk，则在读阶段发生乱码，此乱码可恢复，选对正确的解码方式就ok了

总结：

　　无论是何种编辑器，要防止文件出现乱码（请一定注意，存放一段代码的文件也仅仅只是一个普通文件而已，此处指的是文件没有执行前，我们打开文件时出现的乱码）核心法则就是，文件以什么编码保存的，就以什么编码方式打开

 4、程序的执行

阶段一：启动python解释器

阶段二：python解释器此时就是一个文本编辑器，负责打开文件test.py,即从硬盘中读取test.py的内容到内存中　　

　　　　此时，python解释器会读取test.py的第一行内容，#coding:utf-8，来决定以什么编码格式来读入内存，这一行就是来设定python解释器这个软件的编码使用的编码格式这个编码，可以用sys.getdefaultencoding()查看，如果不在python文件指定头信息＃-*-coding:utf-8-*-,那就使用默认的

　　　　python2中默认使用ascii，python3中默认使用utf-8

阶段三：读取已经加载到内存的代码（unicode编码的二进制），然后执行，执行过程中可能会开辟新的内存空间，比如x="egon"

　　　　内存的编码使用unicode，不代表内存中全都是unicode编码的二进制，在程序执行之前，内存中确实都是unicode编码的二进制,比如从文件中读取了一行x="egon",其中的x，等号，引号，地位都一样，都是普通字符而已，都是以unicode编码的二进制形式存放与内存中的

　　　　但是程序在执行过程中，会申请内存（与程序代码所存在的内存是俩个空间），可以存放任意编码格式的数据，比如x="egon",会被python解释器识别为字符串，会申请内存空间来存放"hello"，然后让x指向该内存地址，此时新申请的该内存地址保存也是unicode编码的egon,如果代码换成x="egon".encode('utf-8'),那么新申请的内存空间里存放的就是utf-8编码的字符串egon了

5、在python3中有两种字符串类型str和bytes

str是unicode

 #coding:utf-
 s='林' #当程序执行时，无需加u，'林'也会被以unicode形式保存新的内存空间中,

 #s可以直接encode成任意编码格式
 s.encode('utf-8')
 s.encode('gbk')

 print(type(s)) #<class 'str'>

bytes是bytes

 #coding:utf-
 s='林' #当程序执行时，无需加u，'林'也会被以unicode形式保存新的内存空间中,

 #s可以直接encode成任意编码格式
 s1=s.encode('utf-8')
 s2=s.encode('gbk')

 print(s) #林
 print(s1) #b'\xe6\x9e\x97' 在python3中，是什么就打印什么
 print(s2) #b'\xc1\xd6' 同上

 print(type(s)) #<class 'str'>
 print(type(s1)) #<class 'bytes'>
 print(type(s2)) #<class 'bytes'>

三、文件处理

1、文件操作的基本流程：

 f = open('chenli.txt') #打开文件
 first_line = f.readline()
 print('first line:',first_line) #读一行
 print('我是分隔线'.center(,'-'))
 data = f.read()# 读取剩下的所有内容,文件大时不要用
 print(data) #打印读取内容

 f.close() #关闭文件

2、文件打开模式

文件句柄 = open('文件路径', '模式')

打开文件的模式有：

• r ，只读模式【默认模式，文件必须存在，不存在则抛出异常】
• w，只写模式【不可读；不存在则创建；存在则清空内容，即覆盖】
• x， 只写模式【不可读；不存在则创建，存在则报错】
• a， 追加模式【可读；   不存在则创建；存在则只追加内容】

　　注：python中文件绝对路径写法：

　　　　f=open('D:\\python\\a.txt')

　　或者：

　　　　f=open(r'D:\python\a.txt')

"+" 表示可以同时读写某个文件

• r+， 读写【可读，可写】
• w+，写读【可读，可写】
• x+ ，写读【可读，可写】
• a+， 写读【可读，可写】

"b"表示以字节的方式操作

• rb  或 r+b
• wb 或 w+b
• xb 或 w+b
• ab 或 a+b

注：以b方式打开时，读取到的内容是字节类型，写入时也需要提供字节类型，不能指定编码

3、文件处理：控制指针到指定位置

　　read(3)代表读取3个字符，其余的文件内光标移动都是以字节为单位如seek，tell，read，truncate

　　seek 查找光标，每次默认从开始找

　　f.seek(3,0)

　　f.seek(3,1)当前位置

　　f.seek(3,2)末尾

4、上下文管理

为了避免打开文件后忘记关闭，可以通过管理上下文

即：

with open('log','r'，encoding='utf-8') as f:

如此方式，当with代码块执行完毕时，内部会自动关闭并释放文件资源。

上下文管理应用实例：

修改a.txt文件内容

 #上下文管理with
 # read_f=open('a.txt','r',encoding='utf-8')
 # write_f=open('.a.txt.swp','w',encoding='utf-8')
 import os
 with open('a.txt','r',encoding='utf-8') as read_f,\
         open('.a.txt.swp','w',encoding='utf-8') as write_f:
     for line in read_f:
         if 'alex' in line:
             line=line.replace('alex','ALEXSB')
         write_f.write(line)
 os.remove('a.txt')
 os.rename('.a.txt.swp','a.txt')

 5、循环读取文件的方法 

索引循环文件读取方法：先全部读取，存入内存，此方法占内存

循环文件读取方法：占用内存少

python中变量名全部大写当作常量

OLDBOY_AGE=57