Python 檔案處理與專案實戰

Python 的檔案處理能力是程式開發的根本，特別在資料處理和持久化儲存方面扮演關鍵角色。本文從檔案處理基礎出發，介紹 Python 的檔案開啟模式、讀寫方法以及錯誤處理機制，並以電話簿目錄專案為例，示範如何運用這些技巧進行資料管理。專案涵蓋新增、排序、儲存、顯示和搜尋聯絡人等功能，並提供詳細的程式碼解析。此外，文章也涵蓋了 Python 模組匯入、關鍵字、ASCII 表格等重要知識點，最後以 Python 程式設計索引大全總結全文，方便讀者快速查閱和學習。

Python 檔案處理與問題解決

檔案處理是程式設計中一個非常重要的部分，尤其是在處理大量資料或需要持久儲存資料的情況下。Python 提供了一系列強大的檔案處理功能，使得開發者能夠輕鬆地讀取、寫入和操作檔案。

檔案處理基礎

在 Python 中，檔案處理主要涉及開啟、讀取、寫入和關閉檔案等操作。以下是一些基本的檔案處理方法：

開啟檔案：使用 open() 函式開啟檔案，指設定檔案名稱和開啟模式（如讀取模式 'r'、寫入模式 'w' 或附加模式 'a'）。
讀取檔案：使用 read()、readline() 或 readlines() 方法讀取檔案內容。
寫入檔案：使用 write() 或 writelines() 方法將資料寫入檔案。
關閉檔案：使用 close() 方法關閉已開啟的檔案。

檔案開啟模式

Python 中的檔案開啟模式包括：

'r'：讀取模式（預設模式）
'w'：寫入模式（會覆寫原有內容）
'a'：附加模式（在原有內容後面追加新內容）
'x'：建立模式（如果檔案已存在，則會引發錯誤）
'b'：二進位模式（用於讀取或寫入二進位檔案）
't'：文字模式（預設模式，用於讀取或寫入文字檔案）
'+'：更新模式（可同時讀取和寫入）

內容解密：

'r' 和 'w' 是最常用的檔案開啟模式，分別用於讀取和寫入檔案。
'a' 模式用於在檔案末尾追加新內容，而不會覆寫原有的內容。
'b' 和 't' 模式分別用於處理二進位和文字檔案。
'+' 模式允許同時進行讀取和寫入操作。

檔案操作方法

以下是一些常用的檔案操作方法：

read()：讀取整個檔案內容。
readline()：讀取檔案中的一行內容。
readlines()：讀取檔案中的所有行，並傳回一個列表。
write()：將字串寫入檔案。
writelines()：將字串列表寫入檔案。
seek()：移動檔案指標到指定位置。
tell()：傳回當前檔案指標的位置。

內容解密：

read() 方法用於讀取整個檔案的內容，適合小型檔案。
readline() 和 readlines() 方法分別用於讀取一行和多行內容。
write() 和 writelines() 方法用於將資料寫入檔案。
seek() 方法允許移動檔案指標到指定的位置，以便進行隨機存取。
tell() 方法傳回當前檔案指標的位置。

專案實戰：建立電話簿目錄

以下是一個建立電話簿目錄的專案範例，展示瞭如何使用 Python 進行檔案處理和資料管理。

功能需求

新增聯絡人資訊（姓名和電話號碼）。
將聯絡人資訊儲存到檔案中。
從檔案中讀取並顯示所有聯絡人資訊。
搜尋特定聯絡人的電話號碼。

程式碼範例

def add_details():
    entry = []
    name = input('請輸入姓名：')
    ph_no = input('請輸入電話號碼：')
    entry.append(name)
    entry.append(ph_no)
    return entry

def bub_sort(dir_list):
    length = len(dir_list) - 1
    unsorted = True
    while unsorted:
        unsorted = False
        for element in range(0, length):
            if dir_list[element] > dir_list[element + 1]:
                temp = dir_list[element + 1]
                dir_list[element + 1] = dir_list[element]
                dir_list[element] = temp
                unsorted = True

def save_data_to_file(dir_list):
    with open('Phone_Directory.txt', 'w') as f:
        for n in dir_list:
            f.write(n[0] + ',' + n[1] + '\n')

def display():
    try:
        with open('Phone_Directory.txt', 'r') as f:
            text = f.read()
            print(text)
    except FileNotFoundError:
        print('抱歉，您尚未建立電話簿。')

def search():
    name = input('請輸入要搜尋的姓名：')
    try:
        with open('Phone_Directory.txt', 'r') as f:
            for line in f.readlines():
                if line.startswith(name + ','):
                    print(line.strip())
                    return
            print('找不到該聯絡人。')
    except FileNotFoundError:
        print('抱歉，您尚未建立電話簿。')

# 主程式
while True:
    print('1. 新增聯絡人')
    print('2. 顯示所有聯絡人')
    print('3. 搜尋聯絡人')
    print('4. 離開')
    choice = input('請選擇操作：')
    if choice == '1':
        entry = add_details()
        # 這裡應該有程式碼將entry加入到dir_list中，並排序後儲存
        # 為了簡化範例，這部分程式碼被省略
        pass
    elif choice == '2':
        display()
    elif choice == '3':
        search()
    elif choice == '4':
        break
    else:
        print('無效的選擇，請重新選擇。')

內容解密：

該專案範例展示瞭如何使用 Python 建立一個簡單的電話簿應用程式，包括新增聯絡人、顯示所有聯絡人和搜尋聯絡人等功能。
程式碼中使用了 open() 函式來開啟檔案，並進行讀取和寫入操作。
使用了 with 陳述式來自動關閉檔案，避免了手動呼叫 close() 方法。
程式設計時考慮了錯誤處理，例如當檔案不存在時的情況。

電話簿目錄專案完整實作

電話簿目錄專案是一個綜合性的Python應用程式，旨在實作電話號碼的管理功能，包括新增、排序、儲存、顯示和搜尋聯絡人資訊。本專案將詳細介紹各功能模組的實作方法及其背後的邏輯。

專案架構與主要功能

本專案採用模組化設計，主要包含以下功能模組：

新增聯絡人資訊 (Add_Details 函式)
排序聯絡人資訊 (bub_sort 函式)
儲存資料到檔案 (Save_Data_To_File 函式)
顯示電話簿內容 (Display 函式)
搜尋聯絡人資訊 (Search 函式)
選單介面 (get_choice 函式)

核心功能實作與程式碼解析

1. 新增聯絡人資訊

def Add_Details():
    entry = []
    name = input('請輸入姓名：')
    ph_no = input('請輸入電話號碼：')
    entry.append(name)
    entry.append(ph_no)
    return entry

內容解密：

該函式用於新增聯絡人資訊，首先建立一個空列表 entry 來儲存輸入的資料。
使用 input 函式分別讀取使用者輸入的姓名和電話號碼。
將輸入的資料加入 entry 列表中並傳回。

2. 排序聯絡人資訊

def bub_sort(dirList):
    length = len(dirList) - 1
    unsorted = True
    while unsorted:
        unsorted = False
        for element in range(0, length):
            if dirList[element] > dirList[element + 1]:
                temp = dirList[element + 1]
                dirList[element + 1] = dirList[element]
                dirList[element] = temp
                unsorted = True

內容解密：

本函式實作氣泡排序演算法，用於對聯絡人資訊進行排序。
dirList 是包含聯絡人資訊的列表，每個元素是一個包含姓名和電話號碼的子列表。
排序依據是子列表的第一個元素（即姓名）進行升序排列。
當列表仍存在未排序的元素時，持續進行比較和交換操作。

3. 儲存資料到檔案

def Save_Data_To_File(dirlist):
    f = open('Phone_Directory.txt', 'w')
    for n in dirlist:
        f.write(n[0])  # 寫入姓名
        f.write(',')   # 寫入逗號分隔符
        f.write(n[1])  # 寫入電話號碼
        f.write('\n')  # 寫入換行符
    f.close()

內容解密：

該函式將 dirlist 中的聯絡人資訊儲存到名為 Phone_Directory.txt 的檔案中。
使用寫入模式 ('w') 開啟檔案，如果檔案已存在則會被覆寫。
遍歷 dirlist 中的每個元素，將姓名和電話號碼以逗號分隔的形式寫入檔案。
每筆資料後面加上換行符以便於檔案的閱讀和後續處理。

4. 顯示電話簿內容

def Display():
    if os.path.isfile('Phone_Directory.txt') == 0:
        print('抱歉，您尚未建立任何聯絡人資訊。')
        print('請建立後再試！')
    elif os.stat('Phone_Directory.txt').st_size == 0:
        print('通訊錄為空')
    else:
        f = open('Phone_Directory.txt', 'r')
        text = f.read()
        print(text)
        f.close()

內容解密：

首先檢查 Phone_Directory.txt 檔案是否存在。如果不存在，提示使用者建立新的通訊錄。
如果檔案存在但為空，則顯示「通訊錄為空」的訊息。
若檔案存在且包含資料，則開啟檔案並讀取全部內容，然後列印到控制檯。

5. 搜尋聯絡人資訊

def Search():
    name = input('請輸入要搜尋的姓名：')
    f = open('Phone_Directory.txt', 'r')
    for line in f:
        if name in line:
            found = True
            break
        else:
            found = False
    if found:
        print('已找到該聯絡人：')
        print(line.replace(',', ':'))
    else:
        print('查無此人')
    f.close()

內容解密：

使用者輸入要搜尋的姓名。
開啟 Phone_Directory.txt 檔案並逐行讀取。
在每一行中搜尋輸入的姓名。如果找到匹配，則顯示該聯絡人的資訊（姓名和電話號碼），並將逗號替換為冒號以提高可讀性。
如果遍歷完所有行仍未找到匹配，則顯示「查無此人」。

6. 選單介面

def get_choice():
    print('1)\t新增聯絡人到電話簿')
    print('2)\t按姓名排序聯絡人')
    print('3)\t儲存聯絡人資訊到檔案')
    print('4)\t顯示所有聯絡人資訊')
    print('5)\t搜尋聯絡人')
    print('6)\t離開程式')
    ch = input('請選擇操作：')
    return ch

內容解密：

提供使用者一個互動式的選單介面，讓使用者可以選擇不同的操作。
使用 input 函式取得使用者的選擇，並將其作為字串傳回給主程式。

主程式邏輯

# 主程式
if os.path.isfile('Phone_Directory.txt') == 0:
    print('抱歉，您尚未建立任何聯絡人資訊。')
    directory = []
else:
    directory = []
    f = open('Phone_Directory.txt', 'r')
    for line in f:
        if line.endswith('\n'):
            line = line[:-1]
        directory.append(line.strip().split(','))
    f.close()

c = True
while c:
    ch = get_choice()
    if ch == '1':
        e = Add_Details()
        directory.append(e)
    elif ch == '2':
        bub_sort(directory)
        print('聯絡人資訊已成功排序！')
    elif ch == '3':
        Save_Data_To_File(directory)
        print('資料已成功儲存到電話簿！')
    elif ch == '4':
        Display()
    elif ch == '5':
        Search()
    elif ch == '6':
        print('感謝使用本程式！')
        c = False

邏輯解析：

初始化檢查：檢查 Phone_Directory.txt 是否存在。如果不存在，提示使用者建立；如果存在，則讀取檔案中的聯絡人資訊到 directory 列表中。
主迴圈：進入一個無限迴圈，直到使用者選擇離開（選項6）。
選單驅動：根據使用者的選擇呼叫相應的函式執行操作，包括新增、排序、儲存、顯示和搜尋聯絡人資訊。

Python 模組匯入與關鍵字解析

匯入模組

Python 程式以指令碼模式寫入 IDLE，並以 .py 副檔名儲存。任何 Python 檔案都可以被視為模組，其他程式可以匯入並使用其中的函式、類別和變數。

編寫與匯入模組

建立一個名為 Demo.py 的檔案，並定義一個函式 Display()：

def Display():
    print('Hello, Welcome all!')

要使用這個函式，需要在另一個檔案 main.py 中匯入 Demo 模組：

# main.py
import Demo  # 匯入 Demo 模組
Demo.Display()  # 呼叫 Display() 函式

輸出結果：

Hello, Welcome all!

使用 from 關鍵字可以簡化匯入過程：

from Demo import Display
Display()

這兩種方法都可以實作相同的功能。

注意事項

被匯入的模組和匯入陳述式所在的檔案必須位於同一目錄下。
可以使用 import 陳述式匯入其他檔案中的變數和類別。

Python 關鍵字

Python 有一些保留的關鍵字，不能用作識別符號。以下是 Python 的關鍵字列表：

and
del
from
not
while
as
elif
global
or
with
assert
else
if
pass
yield
break
except
import
print
True
class
exec
in
raise
False
continue
finally
is
return
None
def
for
lambda
try

ASCII 表格

ASCII（美國標準資訊交換碼）是一種字元編碼系統。Python 使用 ord() 函式取得字元的 ASCII 值。

ASCII 值表格

Dec	Char	Dec	Char	Dec	Char	Dec	Char
0	NUL	32	SPACE	64	@	96	`
1	SOH	33	!	65	A	97	a
…	…	…	…	…	…	…	…

程式碼範例解析

範例1：匯入模組

# main.py
import Demo
Demo.Display()

內容解密：

使用 import 陳述式匯入 Demo 模組。
呼叫 Demo 模組中的 Display() 函式。

範例2：使用 from 關鍵字匯入函式

from Demo import Display
Display()

內容解密：

使用 from 關鍵字匯入 Demo 模組中的 Display() 函式。
直接呼叫 Display() 函式。

Python 程式設計索引大全

本篇內容旨在對Python程式設計中的關鍵字、函式、方法以及重要概念進行全面索引與解析，幫助開發者快速查詢與學習。

資料型別與基本運算

Python中的基本資料型別包括整數（int）、浮點數（float）及字串（str）。在運算方面，Python支援多種運算元，如算術運算元（+、-、*、/）、比較運算元（==、!=、>、<）及邏輯運算元（and、or、not）。

控制結構

控制結構用於控制程式的執行流程，主要包括條件判斷陳述式（if-else）、迴圈陳述式（for、while）等。

條件判斷陳述式

條件判斷陳述式根據特定條件執行不同程式碼區塊。基本語法如下：

if 條件:
    # 執行陳述式
else:
    # 執行陳述式

迴圈陳述式

迴圈陳述式允許重複執行某段程式碼。Python支援for迴圈和while迴圈。

# for迴圈範例
for i in range(10):
    print(i)

# while迴圈範例
i = 0
while i < 10:
    print(i)
    i += 1

函式

函式是一段可重複呼叫的程式碼，用於實作特定功能。定義函式使用def關鍵字。

def greet(name):
    print(f"Hello, {name}!")

# 呼叫函式
greet("Alice")

內容解密：

def關鍵字用於定義函式。
greet是函式名稱，name是函式引數。
函式內部使用print輸出問候陳述式。
呼叫函式時需傳入相應引數。

資料結構

Python提供豐富的資料結構，包括列表（list）、元組（tuple）、字典（dict）及集合（set）。

列表與元組

列表和元組都是有序集合，但列表是可變的，而元組是不可變的。

# 列表範例
my_list = [1, 2, 3]
my_list.append(4)
print(my_list)  # 輸出: [1, 2, 3, 4]

# 元組範例
my_tuple = (1, 2, 3)
print(my_tuple[0])  # 輸出: 1

內容解密：

my_list是列表，使用append方法新增元素。
my_tuple是元組，透過索引存取元素。

導向物件程式設計

Python支援導向物件程式設計（OOP），包括類別（class）、物件（object）、繼承（inheritance）等概念。

class Animal:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def speak(self):
        pass

class Dog(Animal):
    def speak(self):
        return f"{self.name} says Woof!"

my_dog = Dog("Buddy")
print(my_dog.speak())  # 輸出: Buddy says Woof!

內容解密：

Animal是基礎類別，定義了name屬性和speak方法。
Dog是子類別，繼承自Animal並重寫speak方法。
建立Dog類別的例項並呼叫speak方法。

檔案操作

Python提供了豐富的檔案操作功能，包括讀取和寫入檔案。

# 寫入檔案
with open("example.txt", "w") as file:
    file.write("Hello, World!")

# 讀取檔案
with open("example.txt", "r") as file:
    content = file.read()
    print(content)  # 輸出: Hello, World!

內容解密：

使用open函式開啟檔案，指定模式為寫入（“w”）或讀取（“r”）。
使用with陳述式確保檔案正確關閉。
write方法用於寫入內容，read方法用於讀取內容。

玄貓 BlackCat

技術愛好者，專注於分享程式開發、雲端技術與 AI 應用的心得體會。