好的，我们来学习第八章。在之前的章节里，我们的程序产生的所有数据，比如变量、列表，都存放在内存里。程序一旦结束，这些数据就消失了。这一章，我们将学习如何将数据永久地保存在文件中，并学习一套“安全带”机制——异常处理，来保证我们的程序在遇到意外情况时不会轻易“崩溃”。

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第八章：文件操作与异常处理

8.1 读取与写入文本文件

核心比喻：记事本

• 文件：就像你电脑里的一个.txt记事本文件。

• 打开文件 open()：就像你双击打开这个记事本。打开时你需要决定是想**读（'r'）里面的内容，还是想写（'w'）**新的内容。

• 读/写操作：执行实际的读写动作。

• 关闭文件 close()：就像你点击记事本的关闭按钮，保存你的修改。这是一个非常重要的步骤，忘记关闭可能会导致数据丢失。

第一步：写入一个全新的文件 (Write Mode - 'w')

写入模式 'w' 会创建一个新文件。如果文件已存在，它会清空所有旧内容，然后写入新内容。

1. 打开你的Linux终端，我们先用ls命令看看当前目录下有什么。

2. 进入python3交互模式。

3. 打开文件。我们准备创建一个名为shopping_list.txt的文件。encoding='utf-8'是处理中文等非英文字符的标准做法，强烈建议总是加上。

   Python

   >>> f = open('shopping_list.txt', 'w', encoding='utf-8')
   

4. 写入内容。使用.write()方法。\n是一个特殊字符，代表“换行”。

   Python

   >>> f.write('鸡蛋\n')
   >>> f.write('牛奶\n')
   >>> f.write('面包')
   

5. 关闭文件。这是保存写入内容的关键一步！

   Python

   >>> f.close()
   

6. 验证结果。按Ctrl+D退出Python。在终端里用cat命令查看文件内容。

   Bash

   cat shopping_list.txt
   

   你会看到我们写入的三行内容。

第二步：读取一个已存在的文件 (Read Mode - 'r')

1. 再次进入python3交互模式。

2. 以只读模式打开我们刚才创建的文件。

   Python

   >>> f = open('shopping_list.txt', 'r', encoding='utf-8')
   

3. 读取全部内容。使用.read()方法。

   Python

   >>> content = f.read()
   

4. 关闭文件。

   Python

   >>> f.close()
   

5. 现在，文件的所有内容都保存在content这个字符串变量里了。

   Python

   >>> print(content)
   鸡蛋
   牛奶
   面包
   

第三步：在文件末尾追加内容 (Append Mode - 'a')

如果你不想清空文件，只想在后面添加新内容，就用'a'模式。

Python

>>> f = open('shopping_list.txt', 'a', encoding='utf-8')
>>> f.write('\n果汁') # 先换行再追加
>>> f.close()

现在你再用cat shopping_list.txt查看，会发现“果汁”被加在了最后。

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8.2 处理CSV与JSON文件

纯文本文件虽然简单，但如果数据有结构（比如表格），用专门的格式会更方便。CSV和JSON就是两种最常见的数据交换格式。

CSV：像电子表格一样的文本

CSV (Comma-Separated Values) 文件就是用逗号分隔值的文本文件，每一行代表一条记录。Python有内置的csv模块来轻松处理它。

1. 首先，我们用nano创建一个students.csv文件。

   Bash

   nano students.csv
   

   输入以下内容（这就是CSV格式）：

   代码段

   name,age,grade
   Alice,20,A
   Bob,22,B
   Charlie,21,A
   

   保存并退出。

2. 在python3交互模式中，读取这个文件。

   Python

   >>> import csv
   >>> with open('students.csv', 'r', encoding='utf-8') as file:
   ...     reader = csv.reader(file)
   ...     for row in reader:
   ...         print(row)
   ...
   

   讲解：我们使用了with语句（稍后会详细讲），它能自动帮我们关闭文件。csv.reader会把每一行转换成一个字符串列表。你会看到输出：

   ['name', 'age', 'grade']
   ['Alice', '20', 'A']
   ['Bob', '22', 'B']
   ['Charlie', '21', 'A']
   

JSON：像Python字典和列表一样的文本

JSON (JavaScript Object Notation) 是一种轻量级的数据格式，它的语法和Python的字典、列表几乎一样。它是现代网络API通信的标准。Python用json模块来处理。

1. 在python3交互模式中，我们来操作JSON。

2. 将Python字典转换为JSON字符串（序列化）：

   Python

   >>> import json
   >>> user_profile = {
   ...     "name": "David",
   ...     "age": 35,
   ...     "is_active": True,
   ...     "courses": ["Python", "Machine Learning"]
   ... }
   >>> # json.dumps() 将字典转为JSON字符串, indent=4让格式更美观
   >>> user_json = json.dumps(user_profile, indent=4, ensure_ascii=False)
   >>> print(user_json)
   

   你会看到一段格式优美的、和字典长得一模一样的文本。

3. 将JSON字符串转换回Python字典（反序列化）：

   Python

   >>> # 假设 user_json 是从文件或网络获取的字符串
   >>> restored_dict = json.loads(user_json)
   >>> print(restored_dict)
   {'name': 'David', 'age': 35, 'is_active': True, 'courses': ['Python', 'Machine Learning']}
   >>> print(restored_dict['name'])
   David
   

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8.3 try...except：优雅地处理错误

核心比喻：Plan B

在写程序时，很多操作都可能失败。比如你要读取的文件可能不存在，你要转换成数字的字符串可能是"hello"，你要除以的数可能是0。如果发生这些异常 (Exception)，程序默认会立刻崩溃并报错。

try...except语句就是给程序一个Plan B。

• try 代码块：把你认为可能出错的代码放在这里（Plan A）。

• except 代码块：如果try里的代码真的出错了，程序不会崩溃，而是会立即跳转到except代码块里执行（Plan B）。

第一步：体验一次程序崩溃

Python

>>> age_str = "二十"
>>> age_int = int(age_str) # 这行会出错，因为“二十”无法转成数字

程序会抛出ValueError并终止。

第二步：使用try...except来避免崩溃

Python

>>> age_str = "二十"
>>> try:
...     print("正在尝试转换...")
...     age_int = int(age_str) # Plan A: 尝试执行这句危险代码
...     print(f"转换成功，年龄是 {age_int}")
... except ValueError: # Plan B: 如果上面的代码触发了 ValueError
...     print("转换失败！请输入一个阿拉伯数字。")
...
>>> print("程序继续运行...")

观察输出：你会看到“正在尝试转换...”，然后是“转换失败！...”，最后是“程序继续运行...”。程序没有崩溃，而是执行了我们的Plan B，然后继续向下执行。这就是优雅地处理错误。

你可以捕捉不同类型的异常，比如FileNotFoundError, ZeroDivisionError等。

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8.4 抛出异常：raise

有时候，Python本身不认为代码有错，但根据你的业务逻辑，它就是错的。比如，函数要求输入一个正数，但用户输入了负数。这时，你可以主动地、人为地触发一个异常，来通知程序的其他部分“这里出问题了！”。这个动作就是抛出 (raise) 异常。

一步一步实践：

1. 我们编写一个设置密码的函数，逻辑要求密码长度不能少于8位。

   Python

   >>> def set_password(password):
   ...     if len(password) < 8:
   ...         # 密码长度不够，这是一个业务逻辑错误，我们主动抛出异常
   ...         raise ValueError("密码长度不能少于8位！")
   ...     print("密码设置成功。")
   ...
   

2. 使用一个合法的密码调用函数：

   Python

   >>> set_password("MySuperSecret123")
   密码设置成功。
   

3. 使用一个不合法的密码调用函数：

   Python

   >>> set_password("12345")
   

   程序立刻被中断，并抛出了我们自己定义的ValueError，显示的消息也是我们自己写的。

raise 和 try...except 经常配合使用：你可以在一个地方raise异常，然后在调用这个地方的更高层级代码里用try...except来捕捉并处理这个异常。

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8.5 上下文管理器与with语句

核心比喻：自动关门的冰箱

我们回到8.1节的文件操作。我们每次都必须手动执行f.close()。如果中间代码出了错，f.close()可能永远不会被执行，文件就会一直被占用，这是一种资源泄露。

with语句（也叫上下文管理器）就是为了解决这个问题而生的，它能自动管理资源的获取和释放。对于文件来说，它能保证文件在用完后一定会被自动关闭，无论中间是否发生错误。

一步一步体验with语句的魔力：

1. 传统方式（需要手动close）：

   Python

   f = open('my_file.txt', 'w', encoding='utf-8')
   f.write('hello')
   f.close()
   

2. 使用with语句（现代、安全的方式）：

   Python

   >>> with open('my_file.txt', 'w', encoding='utf-8') as f:
   ...     f.write('hello, with statement!')
   ...     # 在这个缩进块里，文件是打开的，变量 f 可以使用
   ...
   >>> # 退出缩进块后，Python 会自动帮你执行 f.close()
   

   讲解：

   • with open(...) as f:：打开文件并将其赋值给变量f。

   • 缩进的代码块就是with管理的范围。

   • 当代码执行离开这个缩进块时（无论是正常结束还是发生错误），Python都会自动、必定地关闭文件。

给小白的最终建议： 永远、永远、永远使用 with open(...) 的方式来处理文件！ 这是最安全、最简洁、最现代的Pythonic方式，它能让你免于忘记关闭文件的烦恼。