IO／格式／編碼

在〈簡介模組〉看過，使用者輸入的命令列引數，會收集為字串清單指定給 sys.argv 參考，在程式執行的過程中，也可以使用 input 函式取得使用者輸入，input 可以指定提示文字，使用者輸入的文字會以字串傳回：

name = input('請輸入你的名稱：')
print('歡迎, ', name)

原始碼檔案編碼

預設 .py 檔案必須是 UTF-8 編碼，可如下載入指令稿直譯並執行：

> python welcome.py
請輸入你的名稱：良葛格
歡迎,  良葛格

就現代的程式開發而言，鼓勵使用 UTF-8 撰寫原始碼檔案，如果 .py 檔案是 UTF-8 以外的編碼，必須在第一行放置編碼聲明（encoding declaration）。例如若為 MS950 編碼的 .py 檔案：

# coding: MS950
name = input('請輸入你的名稱：')
print('歡迎, ', name)

# 開頭代表這是一行註解，# 之後不會被當成是程式碼的一部份，這是告知 python 原始碼編碼最簡單的方式，你可能會看過其他的編碼設定方式，例如：

# -*- coding: Big5 -*-

或者是：

# vim: set fileencoding=Big5 :

也許你還會看到更多其他的方式，這是因為實際上，python 直譯器只要在註解中看到 coding=<encoding name> 或者 coding: <encoding name> 出現就可以了，因此，就算在第一行撰寫 #orz coding=MS950、#XDcoding: MS950，也都可正確找出文字編碼設定。

這是為了因應各種編輯器的特性，有興趣的話，可以參考〈PEP 0263〉，當中有說明，python 直譯器會使用底下 ^[ \t\v]*#.*?coding[:=][ \t]*([-_.a-zA-Z0-9]+) 規則表示式（Regular expression）來擷取文字編碼設定。

print 函式

到目前為止，輸出都是使用 print 函式，使用 help(print) 查詢，可以看到函式簽署：

print(value, ..., sep=' ', end='\n', file=sys.stdout, flush=False)

可以看到，除了指定值輸出，還可以使用 sep 指定輸出值間的分隔字元，預設值為一個空白，可以使用 end 指定輸出後最後一個字元，預設值是 '\n'。例如：

>>> print(1, 2, 3)
1 2 3
>>> print(1, 2, 3, sep='')
123
>>> print(1, 2, 3, sep='', end='\n\n')
123

>>>

預設的輸出是系統標準輸出，可以使用 file 指定至其他輸出目的地。例如以下會將指定的值輸出至 data.txt：

>>> print(1, 2, 3, file = open('data.txt', 'w'))
>>>

open 函式會開啟檔案，並傳回一個（_io.TextIOWrapper）實例，上例將之指定給 print 作為輸出目標。

字串格式化

你可以格式化字串，至 Python 3.10 為止，支援三種字串格式化，分別是舊式字串格式化、新式字串格式化與字串格式化實字。

舊式字串格式化是從 Python 2.x 就存在的字串格式化方式，在 Python 3.x 支援，僅僅是為了相容性，不建議使用，底下僅示範一些簡單的舊式格式化：

>>> text = '%d %.2f %s' % (1, 99.3, 'Justin')
>>> print(text)
1 99.30 Justin
>>> print('%d %.2f %s' % (1, 99.3, 'Justin'))
1 99.30 Justin
>>>

格式化字串時使用的 %d、%f、%s 等佔位符號與 C 語言類似，之後使用 % 接上一個 tuple，也就是範例中以 () 包括的實字表示部份。

在 Python 3.x 中，建議使用新的格式化方式。直接來看幾個範例：

>>> '{} 除以 {} 是 {}'.format(10, 3, 10 / 3)
'10 除以 3 是 3.3333333333333335'
>>> '{2} 除以 {1} 是 {0}'.format(10 / 3, 3, 10)
'10 除以 3 是 3.3333333333333335'
>>> '{n1} 除以 {n2} 是 {result}'.format(result = 10 / 3, n1 = 10, n2 = 3)
'10 除以 3 是 3.3333333333333335'
>>>

新的格式化方式中，佔位符號的部份使用 {}，若當中沒有數字或名稱，字串的 format 方法就要依序指定對應的數值，若 {} 中有數字，例如 {1}，就表示使用 format 方法中第二個引數，這是因為索引值從 0 開始。若 {} 中指定了名稱，例如 {n1}，就表示使用 format 中的具名參數 n1 對應的值，在這種情況下，不用在意 n1、n2、result 在 format 中的指定順序。

無論是 {0} 或是 {n} 這樣的方式，都可以指定型態，也可以指定欄位寬度與小數點個數，例如：

>>> '{0:d} 除以 {1:d} 是 {2:f}'.format(10, 3, 10 / 3)
'10 除以 3 是 3.333333'
>>> '{0:5d} 除以 {1:5d} 是 {2:10.2f}'.format(10, 3, 10 / 3)
'   10 除以     3 是       3.33'
>>> '{n1:5d} 除以 {n2:5d} 是 {r:.2f}'.format(n1 = 10, n2 = 3, r = 10 / 3)
'   10 除以     3 是 3.33'
>>> '{n1:<5d} 除以 {n2:<5d} 是 {r:.2f}'.format(n1 = 10, n2 = 3, r = 10 / 3)
'10    除以 3     是 3.33'
>>> '{n1:>5d} 除以 {n2:>5d} 是 {r:.2f}'.format(n1 = 10, n2 = 3, r = 10 / 3)
'   10 除以     3 是 3.33'
>>> '{n1:*^5d} 除以 {n2:!^5d} 是 {r:.2f}'.format(n1 = 10, n2 = 3, r = 10 / 3)
'*10** 除以 !!3!! 是 3.33'
>>>

在上面的範例中，< 用來指定向左靠齊，> 用來指定向右靠齊，若沒有指定，預設是向右靠齊；如果想在數字位數不足欄位寬度時，補上指定的字元，可以在 ^ 前面指定。

format 方法甚至可以進行簡單的運算，像是使用索引取得清單元素值，使用鍵（Key）名稱取得字典（之後文件會談到）對應的值，或者存取模組中的名稱，例如：

>>> names = ['Justin', 'Monica', 'Irene']
>>> 'All Names: {n[0]}, {n[1]}, {n[2]}'.format(n = names)
'All Names: Justin, Monica, Irene'
>>> passwords = {'Justin': 123456, 'Monica': 654321}
>>> 'The password of Justin is {passwds[Justin]}'.format(passwds = passwords)
'The password of Justin is 123456'
>>> import sys
>>> 'My platform is {pc.platform}'.format(pc = sys)
'My platform is win32'
>>>

從 Python 3.6 開始，若撰寫字串實字時以 f 或 F 作為前置，就可以進行字串的格式化，又稱 f-strings，在三種字串格式化方案中，f-strings 的表達能力是最好的，在允許的情況下，建議使用 f-strings 來進行字串格式化。

f-strings 的 { 與 } 間可以撰寫運算式，運算結果與其他字串結合後傳回。例如：

>>> name = 'Justin'
>>> f'Hello, {name}'
'Hello, Justin'
>>> f'1 + 2 = {1 + 2}'
'1 + 2 = 3'
>>> f'you want to show {{ and }}?'
'you want to show { and }?'
>>>

由於 { 與 } 用來標示字串中要先進行運算的部份，若要在 f-strings 中表示 { 或 }，必須分別使用 {{ 與 }}。

f-strings 的 { 與 } 間可以撰寫運算式，因而像 if/else 運算式、函式呼叫等也都可以。例如：

>>> name = None
>>> f'Hello, {"Guest" if name == None else name}'
'Hello, Guest'
>>> name = 'Justin'
>>> f'Hello, {"Guest" if name == None else name}'
'Hello, Justin'
>>> f'"林"的 16 進位值 {ascii("林")}'
'"林"的 16 進位值 \'\\u6797\''
>>>

if/else 運算式寫在 f-strings 中顯然不易閱讀，這只是個示範，f-strings在使用上，應以易讀易寫為優先考量。

f-strings 的 {} 中若要指定欄位寬度與小數點個數，可以使用 :，例如，將新式字串格式化中的一個範例，改為使用 f-strings 來寫的話會是：

>>> '{0:5d} 除以 {1:5d} 是 {2:10.2f}'.format(10, 3, 10 / 3)
'   10 除以     3 是       3.33'
>>> n = 10
>>> m = 3
>>> f'{n:5d} 除以 {m:5d} 是 {n / m:10.2f}'
'   10 除以     3 是       3.33'
>>>

有時在建立日誌用的訊息時，會想要顯示運算式與值，在 Python 3.7 以前透過 f-strings，必須如下撰寫：

>>> level = 10
>>> f'level = {level}'
'level = 10'
>>> name = 'justin'
>>> f'name.upper() = {name.upper()}'
'name.upper() = JUSTIN'
>>>

顯然地，重複撰寫了運算式是個麻煩，Python 3.8 以後改進了這點，可以如下撰寫：

>>> level = 10
>>> f'{level=}'
'level=10'
>>> f'{level = }'
'level = 10'
>>> name = 'justin'
>>> f'{name.upper()=}'
"name.upper()='JUSTIN'"
>>> f'{name.upper() = :-^20}'
'name.upper() = -------JUSTIN-------'
>>> f'Hello, {"Guest" if name == None else name=}'
'Hello, "Guest" if name == None else name=\'justin\''
>>>

f-strings 使用 f'{expr=}' 格式時，會自動記錄 expr 實際的名稱，= 前後可以有空白，= 之後可以指定格式，expr 也可以是函式呼叫等合法的運算式，不過記得撰寫時，一切以可讀性為主。

如果某物件有固定的格式化方式，可以在定義類別時定義特殊方法 __format__，在格式化的場合，詳情可參考〈object.format〉。

open 函式

如果你要將資料寫入檔案或從檔案讀出，可以使用 open 函式：

open(file, mode='r', buffering=-1, encoding=None, errors=None, newline=None, closefd=True, opener=None)

例如，若要讀取檔案：

name = input('請輸入檔名：')
file = open(name, 'r', encoding = 'UTF-8')
content = file.read()
print(content)
file.close()

read 方法會讀取全部的檔案內容，在不使用檔案時，要使用 close 將檔案關閉。如果要逐行讀取，可以使用 readline 方法。例如：

name = input('請輸入檔名：')
file = open(name, 'r', encoding = 'UTF-8')
while True:
    line = file.readline()
    if not line: break
    print(line, end='')
file.close()

如果資料讀取完畢，readline 會傳回空字串，這在布林判斷式中會是 false。另一個比較簡潔的方式是使用 for 迴圈。例如：

name = input('請輸入檔名：')
file = open(name, 'r', encoding = 'UTF-8')
for line in file.readlines():
    print(line, end='')
file.close()

readlines 方法會用一個字串陣列收集讀取的每一行，for 迴圈每次取出字串陣列中的一個字串元素，並使用 print 函式顯示。

其實更有效率的方式，是呼叫檔案物件的 next 方法，它每次會傳回下一行，並在沒有資料可讀取時丟出 StopIteration，而 for 迴圈會自動呼叫 next 方法，並在捕捉到 StopIteration 時離開迴圈，因此就可以如下撰寫：

name = input('請輸入檔名：')
for line in open(name, 'r', encoding = 'UTF-8'):
    print(line, end='')

這樣的寫法會自動關閉檔案，不過牽涉到更多技術細節，現階段你只要記得有這種用法，技術細節在之後的文件還會介紹。

如果要寫資料至檔案，使用 open 函式時要指定模式為 'w'，可使用 write 方法進行資料寫入。例如：

name = input('請輸入檔名：')
file = open(name, 'w', encoding = 'UTF-8')
file.write('test')
file.close()

若需要了解更多 open 函式的細節，可以使用 help 進行查詢。