فایل‌ها و استثناها on کتاب Python Crash Course

خواندن یک فایل

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

حال که بر مهارت‌های مقدّماتیِ مورد نیاز برای نوشتنِ برنامه‌های سازمان‌یافته و با کاربریِ آسان تسلّط یافته‌اید، زمانِ فکر کردن به این موضوع رسیده است که چگونه برنامه‌هایتان را از این هم مناسب‌تر و قابل استفاده‌تر کنید. در این فصل کار کردن با فایل‌ها را خواهید آموخت تا برنامه‌هایتان بتوانند حجم زیادی از داده‌ها را به سرعت تحلیل کنند. مدیریّتِ خطاها را نیز می‌آموزید تا برنامه‌ها هنگام برخورد با شرایط پیش‌بینی‌نشده از کار نیفتند. درباره‌ی استثناها خواهید آموخت: شیءهای ویژه‌ای که پایتون هنگام اجرای برنامه می‌سازد تا خطاهای رخ‌داده را مدیریّت کند. همچنین درباره‌ی ماژول json خواهید آموخت که به کمک آن می‌توانید اطّلاعات کاربر را ذخیره کنید تا با توقّف برنامه از بین نروند.

مسیر فایل‌ها

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

زمانی که نام فایل ساده‌ای مانند pi_digits.txt را به تابع open() می‌دهید پایتون در پوشه‌ای به دنبال آن می‌گردد که فایلِ در حالِ اجرای فعلی در آن قرار دارد. (که همان فایلِ .py برنامه‌ی شماست.)

بسته به نحوه‌ی سازماندهی کار شما، گاهی فایلی که به⁹⁰ دنبال باز کردنِ آن هستید در پوشه‌ی فایل برنامه‌ی شما وجود ندارد. برای مثال ممکن است شما فایل برنامه‌ی خود را در پوشه‌ای به نام python_work ذخیره کنید و در این پوشه، پوشه‌ی دیگری به نام text_files بسازید تا بین فایل‌های برنامه و فایل‌های متنی تمایز قایل شوید. اگرچه text_files داخل python_work قرار دارد امّا اگر تنها نام فایلی را که در text_files قرار دارد، در open() وارد کنیم، کارگر نخواهد بود چون پایتون تنها در python_work جست‌و‌جو می‌کند و در همان‌جا متوقّف می‌شود؛ و داخلِ text_files را نمی‌گردد. برای این که پایتون در پوشه‌ای به جز پوشه‌ی محلّ ذخیره‌سازی فایل برنامه به دنبال فایلی بگردد باید یک مسیر ⁹¹ فایل ارائه کنید که به پایتون بگوید یک محلّ خاص را در سیستم شما نگاه کند.

خواندن خط به خط

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

اغلب هنگامِ خواندنِ یک فایل نیاز دارید هر خطّ آن را بررسی کنید. شاید به دنبال اطّلاعات خاصّی در فایل باشید یا بخواهید متن داخل آن را به شکلی تغییر دهید. برای مثال ممکن است بخواهید فایلی از داده‌های هواشناسی را بخوانید و با خط‌هایی که در توضیح آب و هوای آن روز عبارت sunny (آفتابی) داشته باشد کاری انجام دهید. در گزارش اخبار ممکن است به دنبال خط‌هایی با برچسب <headline> باشید و به آن خط شکل خاصّی بدهید.

کار کردن با محتویّات یک فایل

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

پس از آن‌که فایل را خوانده و در حافظه قرار دادید، می‌توانید هر کاری خواستید با آن داده‌ها انجام دهید، بنابراین بیایید رقم‌های پی را به طور مختصر بررسی کنیم. ابتدا تلاش می‌کنیم که رشته‌ای بسازیم که شامل تمام رقم‌های داخل فایل باشد و هیچ فاصله‌ی خالی‌ای در آن نباشد.

filename = 'pi_digits.txt'

with open(filename) as file_object:
    lines = file_object.readlines()

pi_string = ''
for line in lines:
    pi_string += line.rstrip()

print(pi_string)
print(len(pi_string))

مشابه کاری که در مثال قبل کردیم، فایل را باز می‌کنیم و هر خط از رقم‌ها را در یک لیست ذخیره می‌کنیم. در ۱ متغیّر pi_string را می‌سازیم تا رقم‌های pi را دربربگیرد. سپس حلقه‌ای ایجاد می‌کنیم که هر خطّ از رقم‌ها را به pi_string افزوده و کاراکتر خطّ جدید را از هر خط حذف می‌کند (۲). در ۳ رشته را چاپ می‌کنیم و طول آن را نمایش می‌دهیم:

خودآزمایی

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

۱۰-۱- یادگیریِ پایتون: فایلی خالی در ویرایشگر متنی خود باز کنید و در چند خط آن‌چه تا اینجا در مورد پایتون آموخته‌اید خلاصه کنید. هر خط را به این شکل آغاز کنید: In Python you can… فایل را با نام learning_python.txt در همان پوشه‌ای ذخیره کنید که تمرین‌های این فصل را در آن قرار می‌دهید. برنامه‌ای بنویسید که فایل را بخواند و آن‌چه را نوشته‌اید سه بار چاپ کند. محتوّیات را یک بار با خواندن کامل فایل، یک بار با حلقه زدن بر شیء فایل و یک بار با ذخیره کردن خط‌های آن در یک لیست و سپس کار کردن با آن بیرون از بخش with، چاپ کنید.

نوشتن در یک فایل

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

یکی از ساده‌ترین راه‌ها برای ذخیره‌سازی داده‌ها نوشتن آن‌ها در یک فایل است. زمانی که متنی را در فایلی می‌نویسید، خروجی بعد از بستن ترمینالی که آن را نشان می‌دهد، همچنان در دسترس خواهد بود. می‌توانید خروجی را پس از پایان اجرای یک برنامه بررسی کنید یا آن را در اختیار دیگران قرار دهید. همچنین می‌توانید برنامه‌هایی بنویسید که متن را دوباره به حافظه منتقل کرده و بعداً با آن‌ها کار کند.

خودآزمایی

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

۱۰-۳- مهمان‌ها: برنامه‌ای بنویسید که از کاربران نام آن‌ها را بپرسد. زمانی که پاسخ دادند، نام آن‌ها در فایلی به نام guest.txt بنویسید.

۱۰-۴- کتابچه‌ی مهمان‌ها: یک حلقه‌ی while بنویسید که از کاربران نامشان را بپرسد. زمانی که نام خود را وارد کردند، پیام سلامی خطاب به آن‌ها روی صفحه چاپ کنید و در فایلی به نام guest_book.txt خطی برای ثبت کردنِ بازدیدِ آن‌ها اضافه کنید. مطمئن شوید که در فایل هر عنوان ورودی در یک خط جدید ذخیره می‌شود.

استثناها

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

پایتون از شیءی خاص به نام *استثنا * برای مدیریّت خطاهایی که حین اجرای برنامه رخ می‌دهند استفاده می‌کند. هرگاه پس از رخ دادن خطایی، پایتون مطمئن نباشد که چه باید بکند، یک شیء استثنا می‌سازد. اگر کدی برای رسیدگی کردن به استثنا بنویسید برنامه به کار خود ادامه خواهد داد. اگر استثنا را مدیریّت نکنید برنامه متوقّف شده و یک traceback نمایش داده می‌شود که حاوی گزارشی در مورد استثنایی است که رخ داده است.

به‌کارگیری استثناها برای پیش‌گیری از از کار افتادن برنامه

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

مدیریّت خطاها به ویژه زمانی مهم است که برنامه پس از رخ دادن خطا کارِ زیادی برای انجام دادن داشته باشد. این وضع اغلب در برنامه‌هایی رخ می‌دهد که از کاربر ورودی می‌گیرند. اگر برنامه به ورودی‌های نامناسب به درستی پاسخ دهد، به جای از کار افتادن می‌تواند به ورودی‌های درستِ بیشتری رسیدگی کند.

بیایید ماشین حساب ساده‌ای بسازیم که تنها عمل تقسیم را انجام می‌دهد:

print("Give me two numbers, and I'll divide them.")
print("Enter 'q' to quit.")

while True:
    first_number = input("\nFirst number: ")
    if first_number == 'q':
        break
    second_number = input("Second number: ")
    if second_number == 'q':
        break
    answer = int(first_number) / int(second_number)
    print(answer)

این برنامه از کاربر می‌خواهد تا first_number را وارد کند (۱) و اگر برای خروج q را فشار نداد، second_number را هم وارد کند (۲). سپس این دو عدد را بر هم تقسیم می‌کنیم تا answer به دست بیاید (۳). این برنامه هیچ کاری برای مدیریّت خطا انجام نمی‌دهد بنابراین درخواست تقسیم بر صفر موجب از کار افتادن برنامه می‌شود:

رسیدگی به استثنای FileNotFoundError

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

یکی از مشکلات شایع هنگام کار کردن با فایل‌ها مدیریّت فایل‌های ناموجود است. فایلی که به دنبال آن هستید ممکن است در جای متفاوتی باشد، نام آن ممکن است اشتباه نوشته شده باشد یا چه بسا اصلاً وجود نداشته باشد. شما می‌توانید به کمک یک بلوک try-except و با روشی سرراست به تمام این وضعیّت‌ها رسیدگی کنید.

حال بیایید تلاش کنیم فایلی را که وجود ندارد بخوانیم. برنامه‌ی زیر می‌خواهد محتویّات آلیس در سرزمین عجایب را بخواند امّا من فایل alice.txt را در پوشه‌ی alice.py ذخیره نکرده‌ام:

کار کردن با چند فایل

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

می‌خواهیم کتاب‌های بیشتری برای تحلیل اضافه کنیم. امّا پیش از این کار اجازه دهید بدنه‌ی این برنامه را به داخل تابعی به نام count_words() منتقل کنیم. با این کار تحلیل کردن چند کتاب آسان‌تر خواهد بود:

def count_words(filename):
    """Count the approximate number of words in a file."""
    try:
        with open(filename, encoding='utf-8') as f:
            contents = f.read()
    except FileNotFoundError:
        print(f"Sorry, the file {filename} does not exist.")
    else:
        words = contents.split()
        num_words = len(words)
        print(f"The file {filename} has about {num_words} words.")

filename = 'alice.txt'
count_words(filename)

بیشتر کد دست‌نخورده است. صرفاً آن را با تورفتگی داخل بدنه‌ی count_words() قرار داده‌ایم. به‌روز نگه‌داشتنِ توضیحات هنگام تغییر دادن برنامه عادت خوبی است بنابراین توضیح را به یک docstring تبدیل کرده و کمی آن را تغییر داده‌ایم (۱).

خودآزمایی

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

۱۰-۶- جمع کردن: یکی از مشکلات رایج هنگام دریافت مقادیر عددی زمانی رخ می‌دهد که افراد به جای عدد متن وارد می‌کنند. وقتی تلاش می‌کنیم که این ورودی را با int به عدد تبدیل کنیم خطای ValueError دریافت می‌کنید. برنامه‌ای بنویسید که از کاربر دو عدد بگیرد. آن‌ها را جمع و نتیجه را چاپ کند. اگر هر کدام از ورودی‌ها عدد نبودند خطای ValueError را بگیرید و پیامی دوستانه چاپ کنید. برنامه‌ی خود را با وارد کردن دو عدد و سپس متنی به جای یکی از اعداد بیازمایید.

ذخیره‌سازی داده‌ها

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

بسیاری از برنامه‌های شما از کاربران می‌خواهند که انواع خاصّی اطّلاعات را وارد کنند. ممکن است به کاربران امکان دهید که تنظیمات پیش‌فرض خود را در یک بازی ذخیره یا داده‌هایی را برای بصری‌سازی ارائه کنند. تمرکزِ برنامه‌ی شما بر هر چیزی باشد، شما اطّلاعاتی را که کاربر ارائه می‌کند در ساختمان‌های داده‌ای مانند لیست‌ها و دیکشنری‌ها ذخیره می‌کنید. زمانی که کاربران برنامه‌ای را می‌بندند تقریباً همیشه می‌خواهید که اطّلاعات وارد شده را ذخیره کنید. یک راه ساده برای این کار ذخیره کردن داده به کمک ماژول json است.

ذخیره کردن و خواندن داده‌هایی که کاربر تولید کرده

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

هنگام کار با داده‌هایی که کاربر تولید کرده، ذخیره کردن آن‌ها با JSON سودمند است، زیرا اگر اطّلاعات او را جایی به شکلی ذخیره نکنید، با توقّف اجرای برنامه آن‌ها را از دست خواهید داد. به مثالی نگاه می‌کنیم که در آن در اوّلین اجرای برنامه از کاربر نام او را می‌پرسیم و سپس زمانی که برنامه را دوباره اجرا کرد، نامش را به خاطر می‌آوریم.

با ذخیره کردن نام کاربر شروع می‌کنیم:

بازآرایی

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

اغلب شما به جایی می‌رسید که کدتان کار می‌کند امّا¹⁰¹ تشخیص می‌دهید که با شکستن کد به مجموعه‌ای از تابع‌ها با وظیفه‌ی ویژه، می‌توانید آن را بهبود دهید. این فرآیند را بازآرایی می‌نامند. بازآرایی کد شما را تمیز‌تر و خواندن و توسعه‌ی آن را ساده‌تر می‌کند.

ما می‌توانیم remember_me.py را با انتقال منطق آن به یک یا چند تابع بازآرایی کنیم. تمرکز remember_me.py بر تبریک گفتن به کاربر است بنابراین تمام کد موجود را به تابعی به نام greet_user() منتقل می‌کنیم:

خودآزمایی

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

۱۰-۱۱- عدد دلخواه: برنامه‌ای بنویسید که عدد دلخواهِ کاربر را بپرسد. از json.dump() برای ذخیره کردن این عدد در یک فایل استفاده کنید. برنامه‌ای جدا بنویسید که این مقدار را بخواند و پیامی مانند این چاپ کند: "I know your favorite number! It's ____"

۱۰-۱۲- عددِ دلخواهِ به‌خاطرسپرده‌شده: دو برنامه‌ی تمرین ۱۰-۱۱ را در یک فایل ترکیب کنید. اگر عدد قبلاً وجود داشت، آن را به کاربر گزارش کنید. اگر نه، از کاربر عدد دلخواهش را بپرسید و در یک فایل ذخیره کنید. برنامه را دوبار اجرا کنید تا مطمئن شوید کار می‌کند.

خلاصه

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

در این فصل کار کردن با فایل‌ها را آموختید. شما خواندن یک‌باره‌ی یک فایل و خواندنِ خط به خط محتویّات فایل را یاد گرفتید. دیدید که چگونه می‌توان در فایلی نوشت یا متنی به انتهای آن افزود. درباره‌ی استثناها و نحوه‌ی مدیریّت استثناهایی که ممکن است در برنامه رخ دهد، خواندید. سرانجام آموختید که چگونه ساختمان‌های داده‌ی پایتون را ذخیره کنید تا اطّلاعاتی که کاربران ارائه می‌کنند حفظ شود و نیاز نباشد که در هر اجرای برنامه یک بار آن‌ها را از اوّل وارد کنند.