第 7 周：文件读写与异常处理

程序中的数据不能只靠手工输入。本周学习从文本文件和 CSV 文件读取数据，把结果写到新文件，并让程序在文件不存在、格式错误等情况下给出清楚提示。

建议用时：8-10 小时。

本周目标#

学完本周，你应该能够：

区分绝对路径、相对路径和当前工作目录。
使用 with open() 安全打开文件。
理解 r、w、a 三种模式的差异。
使用 read()、readline()、readlines() 和逐行遍历。
使用 write()、writelines() 和 print(..., file=f) 写文件。
解析以固定分隔符组织的文本行。
使用 csv.DictReader 读取 CSV。
捕获常见异常，并输出可理解的错误信息。
独立完成成绩文件到报告文件的转换。

7.1 路径与当前工作目录#

文件路径告诉程序到哪里找文件。

绝对路径#

从磁盘根目录开始，完整描述文件位置：

/Users/kukuaki/Desktop/study/py/模拟赛/data/stage2_scores.txt

换一台电脑或换一个用户目录后，这个路径可能不存在，所以程序不应随意写死个人电脑的绝对路径。

相对路径#

相对于当前工作目录的路径：

模拟赛/data/stage2_scores.txt

如果程序从 /Users/kukuaki/Desktop/study/py 运行，上面的路径能指向目标文件。如果从其他目录运行，同一行代码可能找不到文件。

“代码文件在哪”和“程序从哪运行”不总是同一件事。遇到 FileNotFoundError 时，先确认当前工作目录。

检查当前目录#

可以使用：

import os

print(os.getcwd())

本周先会读结果。第 8 周会系统学习 os.path.join()、os.makedirs() 等路径和目录操作。

7.2 `with open()` 的基本结构#

with open("data.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
    content = file.read()

print(content)

参数含义：

"data.txt"：文件路径。
"r"：只读模式。
encoding="utf-8"：按 UTF-8 读取文字。
file：文件对象名称，可以换成 f、source 等。

with 代码块结束时会自动关闭文件，即使中途发生异常也会执行关闭操作。比手工写 file.close() 更安全。

7.3 打开模式#

模式	含义	文件不存在时	文件已存在时
`"r"`	只读	报 `FileNotFoundError`	从头读取
`"w"`	只写	创建新文件	清空原内容
`"a"`	追加	创建新文件	在末尾继续写
`"r+"`	读写	报错	从开头读写
`"x"`	独占创建	创建文件	报 `FileExistsError`

初学阶段最常使用 "r"、"w"、"a"。

"w" 很危险：只要成功打开，原内容立即被清空。修改输入数据时，应写入新文件，例如：

input_path = "scores.txt"
output_path = "scores_report.txt"

不要为了省事把结果写回输入文件，除非题目明确要求并且已经备份。

7.4 一次读取全部内容：`read()`#

假设 hello.txt 内容是：

第一行
第二行
第三行

程序：

with open("hello.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
    content = file.read()

print(content)

content 是一个包含换行符的字符串。读取后文件指针到达末尾，再次 read() 会得到空字符串：

with open("hello.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
    first = file.read()
    second = file.read()

print(repr(first))
print(repr(second))

第二次读取结果为空，是因为读取位置已经在文件末尾。不是文件突然没了内容。

7.5 逐行读取#

`readline()`#

每次读取一行：

with open("hello.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
    line1 = file.readline()
    line2 = file.readline()

print(repr(line1))
print(repr(line2))

每行通常保留末尾换行符。清理两端空白：

clean_line = line1.strip()

`readlines()`#

一次读取所有行，返回字符串列表：

with open("hello.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
    lines = file.readlines()

print(lines)
# ['第一行\n', '第二行\n', '第三行']

直接遍历文件#

这是处理大文件最常用的形式：

with open("hello.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
    for line in file:
        clean_line = line.strip()
        if clean_line:
            print(clean_line)

它每次只加载一行，不必一次把所有内容放进内存。

7.6 写文本文件#

写入新文件#

with open("output.txt", "w", encoding="utf-8") as file:
    file.write("第一行\n")
    file.write("第二行\n")

write() 不会自动添加换行，必须自己写 \n。

自动换行：`print(..., file=...)`#

with open("output.txt", "w", encoding="utf-8") as file:
    print("第一行", file=file)
    print("第二行", file=file)

print() 默认在末尾添加换行，并把内容写到指定文件对象。

写入多行：`writelines()`#

lines = ["第一行\n", "第二行\n", "第三行\n"]

with open("output.txt", "w", encoding="utf-8") as file:
    file.writelines(lines)

writelines() 不会自动为每个字符串加换行，列表元素必须自己带 \n，或者提前处理。

追加内容#

with open("output.txt", "a", encoding="utf-8") as file:
    file.write("追加的内容\n")

使用 "a" 不会清空原文件。

7.7 解析固定格式文本#

第二阶段成绩文件的每行格式：

学号|姓名|班级|信息科技|数学|英语

示例：

S001|张晨|高一(1)班|86|91|78
S002|李雨|高一(1)班|92|88|90

读取一行并拆分：

line = "S001|张晨|高一(1)班|86|91|78"
parts = line.strip().split("|")

student_id = parts[0]
name = parts[1]
class_name = parts[2]
scores = [int(parts[3]), int(parts[4]), int(parts[5])]

print(student_id, name, class_name, scores)

为什么先 `strip()`#

strip() 去掉行末换行符和两端空白，避免最后一列变成 "78\n"。虽然 int("78\n") 通常也能工作，但先清理能让字段比较和输出更稳定。

为什么先检查字段数#

parts = line.strip().split("|")

if len(parts) != 6:
    print("字段数量不正确：", len(parts))
else:
    # 继续处理
    pass

如果某一行缺字段，直接访问 parts[5] 会报 IndexError。好的数据处理程序要能指出哪一行格式有问题。

7.8 读取 CSV#

CSV 是用逗号分隔字段的文本文件。第三阶段的输入 CSV 表头是：

reader_id,name,class_name,category,borrow_count,overdue_count

数据示例：

R001,林晓,高一(1)班,文学,8,1
R002,韩梅,高一(1)班,科技,4,0

使用 csv.DictReader：

import csv

with open("readers.csv", "r", encoding="utf-8", newline="") as file:
    reader = csv.DictReader(file)

    for row in reader:
        print(row["reader_id"], row["name"])
        print(row["borrow_count"], type(row["borrow_count"]).__name__)

要点：

DictReader 使用第一行表头作为键。
每一行得到字典。
CSV 读出来的所有值都是字符串，数字仍要 int()。
读取 CSV 时建议加 newline=""，让 csv 模块正确处理换行。

转换数字：

borrow_count = int(row["borrow_count"])
overdue_count = int(row["overdue_count"])

按位置读取：`csv.reader`#

import csv

with open("readers.csv", "r", encoding="utf-8", newline="") as file:
    reader = csv.reader(file)
    header = next(reader)

    for row in reader:
        print(row)

next(reader) 取到表头，后续循环从第一行数据开始。字段多或题目标明列名时，DictReader 更不容易把列顺序记错。

7.9 异常处理#

文件程序最容易遇到：

异常	典型原因
`FileNotFoundError`	文件路径不存在
`PermissionError`	没有读写权限
`UnicodeDecodeError`	文件编码与声明不一致
`ValueError`	`int()` 收到非数字
`IndexError`	字段不足却按固定索引访问
`KeyError`	CSV 表头缺少需要的列

基础结构：

try:
    with open("data.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
        content = file.read()
except FileNotFoundError:
    print("错误：没有找到 data.txt")
except PermissionError:
    print("错误：没有权限读取 data.txt")

程序仍然继续执行后面的代码，而不是直接终止。

捕获异常不代表隐藏错误#

不推荐：

try:
    score = int(text)
except Exception:
    pass

这会吞掉所有错误，连变量名写错也可能被掩盖。应该只捕获预期异常，并给出可理解提示：

try:
    score = int(text)
except ValueError:
    print(f"错误：{text!r} 不是整数")
    score = None

{text!r} 会用引号显示原值，方便定位空格或隐藏字符。

`else` 与 `finally`#

try:
    number = int("12")
except ValueError:
    print("转换失败")
else:
    print("转换成功：", number)
finally:
    print("无论成功还是失败都会执行")

基础文件题通常使用 with 加 try/except 就足够，不必为了“高级”强行加入 finally。

7.10 读入、处理、写出#

处理文件的推荐顺序：

明确输入路径和输出路径。
读取并解析数据。
在内存中完成计算。
检查结果数量和字段格式。
打开输出文件写入。
重新读取输出文件或用编辑器检查。

不要一边逐行读取，一边随意覆盖输入文件。保持“输入只读、输出另存”更容易验证。

7.11 本周作品：成绩报告生成器#

需求#

读取：

模拟赛/data/stage2_scores.txt

每行包含学号、姓名、班级和三科成绩。要求：

每个人输出一行：学号姓名总分。
按班级第一次出现的顺序输出平均分，保留两位小数。
输出最高总分学生；并列时取文件中先出现者。

完整参考程序#

input_path = "模拟赛/data/stage2_scores.txt"
output_path = "模拟赛/output/第二阶段_成绩报告.txt"

students = []
class_totals = {}

try:
    with open(input_path, "r", encoding="utf-8") as source:
        for line_number, line in enumerate(source, start=1):
            clean_line = line.strip()
            if not clean_line:
                continue

            parts = clean_line.split("|")
            if len(parts) != 6:
                raise ValueError(
                    f"第 {line_number} 行应有 6 个字段，实际有 {len(parts)} 个"
                )

            student_id, name, class_name = parts[:3]
            scores = [int(parts[3]), int(parts[4]), int(parts[5])]
            total = sum(scores)

            student = {
                "student_id": student_id,
                "name": name,
                "class_name": class_name,
                "total": total,
            }
            students.append(student)

            if class_name not in class_totals:
                class_totals[class_name] = {"total": 0, "count": 0}
            class_totals[class_name]["total"] += total
            class_totals[class_name]["count"] += 1

    if not students:
        raise ValueError("输入文件中没有学生数据")

    highest_student = students[0]
    for student in students[1:]:
        if student["total"] > highest_student["total"]:
            highest_student = student

    with open(output_path, "w", encoding="utf-8") as target:
        for student in students:
            print(
                student["student_id"],
                student["name"],
                student["total"],
                file=target,
            )

        print("班级平均分", file=target)
        for class_name, data in class_totals.items():
            average = data["total"] / data["count"]
            print(f"{class_name} {average:.2f}", file=target)

        print(
            "最高总分："
            f"{highest_student['student_id']} "
            f"{highest_student['name']} "
            f"{highest_student['total']}",
            file=target,
        )

    print("报告已生成：", output_path)

except FileNotFoundError:
    print("错误：找不到输入文件", input_path)
except ValueError as error:
    print("数据处理错误：", error)
except PermissionError:
    print("错误：没有权限读取或写入文件")

运行前检查#

当前工作目录是否是 study/py。
模拟赛/output/ 目录是否存在。
输入文件编码是否为 UTF-8。
输入每行是否有 6 个字段。

路径和目录创建会在第 8 周进一步强化。若输出目录不存在，open(..., "w") 会报 FileNotFoundError，它不会自动创建多层目录。

验证输出#

报告核心内容应与参考答案一致。另做以下测试：

测试	修改内容	期望
正常数据	原文件	生成完整报告
空文件	所有行删除	提示没有学生数据
缺字段	某行少一列	指出具体行号
非数字	某科成绩写成 `ABC`	提示数据处理错误
最高分并列	两名学生总分相同	输出先出现者

7.12 独立练习#

A. 快速判断题#

"r" 和 "w" 的主要区别是什么？
打开已存在文件使用 "w" 会发生什么？
with open() 代码块结束后会自动做什么？
read() 和 readlines() 返回类型分别是什么？
write("abc") 会自动换行吗？
文件每行末尾的 \n 怎样去除？
CSV 经 DictReader 读取后，数字字段的类型默认是什么？
FileNotFoundError 通常说明什么？
为什么不应该直接捕获 Exception 后 pass？
为什么修改工作簿或数据文件时应输出到新文件？

B. 编程题#

创建 names.txt，写入三个姓名，每行一个。
读取 names.txt，输出去掉行末换行后的姓名。
统计一个文本文件有多少非空行。
读取三行整数，计算总和并写入新文件。
读取一份用 | 分隔的成绩文件，输出每个人总分。
用 csv.DictReader 读取借阅数据，输出每个读者姓名和借阅次数。
文件不存在时给出清楚提示，而不是直接终止。
把一组结果列表写入文本文件，每行一项。

7.13 练习答案与解释#

A. 快速判断题答案#

"r" 只读；"w" 写入且会清空已有内容。
原内容立即被清空，文件变为空文件。
自动关闭文件。
read() 返回字符串；readlines() 返回字符串列表。
不会，需要自行在字符串中加 \n，或使用 print(..., file=f)。
使用 strip()，或只想移除换行时使用 rstrip("\n")。
str。
指定路径的文件不存在，或路径写法、当前工作目录不对。
它会隐藏程序错误，导致后续得到错误结果却不知道原因。
避免清空或损坏原始数据，便于对比和重新测试。

B. 编程题参考答案#

写入姓名：

with open("names.txt", "w", encoding="utf-8") as file:
    file.write("张晨\n")
    file.write("李雨\n")
    file.write("王浩\n")

读取姓名：

with open("names.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
    for line in file:
        print(line.strip())

统计非空行：

count = 0
with open("data.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
    for line in file:
        if line.strip():
            count += 1
print(count)

三行整数求和：

total = 0
with open("numbers.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
    for line in file:
        total += int(line.strip())

with open("sum.txt", "w", encoding="utf-8") as file:
    print(total, file=file)

成绩总分：

with open("scores.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
    for line in file:
        parts = line.strip().split("|")
        if len(parts) == 6:
            total = sum(int(value) for value in parts[3:])
            print(parts[0], parts[1], total)

这里使用了生成器表达式。若还不熟，可以写显式循环逐个转换。

读取借阅次数：

import csv

with open(
    "模拟赛/data/stage3_borrowings.csv",
    "r",
    encoding="utf-8",
    newline="",
) as file:
    reader = csv.DictReader(file)
    for row in reader:
        print(row["name"], row["borrow_count"])

文件不存在提示：

try:
    with open("missing.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
        print(file.read())
except FileNotFoundError:
    print("错误：missing.txt 不存在")

每行写一项：

results = ["优秀", "良好", "及格"]

with open("results.txt", "w", encoding="utf-8") as file:
    for item in results:
        print(item, file=file)

7.14 常见错误清单#

相对路径依赖当前工作目录，却从错误目录运行程序。
使用 "w" 打开输入文件，导致原内容丢失。
以为 write() 会自动换行。
以为 writelines() 会自动补换行。
忘记处理行末 \n，导致输出中出现空行。
按固定索引访问字段，却没有先检查字段数。
CSV 读出的数字仍是字符串，直接参与错误类型的计算。
read() 读两次，第二次得到空字符串却以为文件损坏。
捕获所有异常并静默忽略。
结果目录不存在时直接写文件失败。

7.15 过关检查#

能解释相对路径和当前工作目录。
能正确写出 with open(..., encoding="utf-8")。
能说清 r、w、a 的行为。
能分别使用 read()、逐行循环和 readlines()。
能写出带换行的文本文件。
能用 split() 解析固定字段，并检查字段数量。
能用 csv.DictReader 读取带表头的 CSV。
能捕获 FileNotFoundError、ValueError 和权限错误。
能完成成绩报告并验证正常、空文件、缺字段和非法数字。
明确知道输出文件不能覆盖输入原件。