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7. 输入与输出

对应官方文档：7. Input and Output 一句话导读：这一章解决「程序怎么把话说清楚、怎么把数据存下来」——从格式化输出一路讲到文件与 JSON，学完能让程序既会漂亮地打印，也能把结果落盘复用。

前面几章我们一直在 print()，其实程序对外说话的方式不止一种：表达式语句、print()、文件对象的 write() 都算。这一章村长按 7.1、7.2 两大块走，7.1 下面四个小节讲「怎么排版」，7.2 下面两个小节讲「怎么存文件」。凡是涉及真实文件的示例，统一用 tempfile 建临时目录，复制粘贴就能跑，不会在你硬盘上留下垃圾。

7.1 更漂亮的输出格式​

先分清两个老朋友：str() 给人看，返回「可读」的版本；repr() 给解释器看，返回「带引号、带转义」的版本。格式化时想选哪个，可以用 !s、!r、!a 显式指定（下面 f 字符串里会用到）。官方一共给了四套排版办法，我们按推荐程度从新到旧挨个讲。

7.1.1 f 字符串（格式化字符串字面量）​

在字符串前面加一个 f，里面用花括号 {} 嵌表达式，Python 会当场求值并转成字符串。这是 3.6 之后最推荐的做法：短、直观、还能直接写运算。花括号里 : 后面跟格式规范，! 后面跟转换方式，= 是 3.8 起自带的「调试打印」写法。

name = '村长'
age = 18
print(f'{name} 今年 {age} 岁')                  # -> 村长 今年 18 岁
print(f'调试用：{age=}, {age * 2=}')             # -> 调试用：age=18, age * 2=36
print(f'repr 转换：{name!r}')                     # -> repr 转换：'村长'
pi = 3.1415926
print(f'保留两位：{pi:.2f}，靠右 10 位：{pi:>10.2f}')
print(f'千分位：{1234567:,}，带前缀十六进制：{255:#x}')
print(f'居中：{"hi":^10}|')                       # -> 居中：    hi    |

格式规范是套小语言，常用的记这几条就够了：

写法含义例子结果
:10 / :>10占 10 位，数字右对齐f'{42:>5}' 42
:<10 / :^10左对齐 / 居中f'{"a":^5}' a
:.2f保留两位小数f'{3.14159:.2f}'3.14
:,千分位分隔f'{1000000:,}'1,000,000
:b / :x / :e二进制 / 十六进制 / 科学计数f'{10:b}'1010
!r / !s / !a用 repr / str / ascii 转换f'{"a"!r}''a'

宽度和精度还能用另一对花括号动态传进去，比如 f'{value:{width}.{precision}f}'，写报表时特别顺手。

村长划重点：优先用 f 字符串，别再 + 拼一堆 str() 了。记一个口诀：! 管「转成什么字符串」，: 管「排成什么样子」，= 管「连名字一起打出来」。

7.1.2 str.format() 方法​

f 字符串之前的正统做法：字符串里写 {} 占位，调用 .format() 把值填进去。它俩共用同一套格式规范，所以 : 后面那些 :>10、:.2f 完全一样。占位符可以写位置编号、写名字，还能用索引和中括号取容器里的元素。

print('{}, {} and {}'.format('a', 'b', 'c'))            # -> a, b and c
print('{0} {1} {0}'.format('a', 'b'))                    # -> a b a（0 号可复用）
print('{name} 约等于 {value:.2f}'.format(name='pi', value=3.14159))
print('{:>10} | {:<10}'.format('right', 'left'))
print('{0!r:^12}'.format('hi'))                          # 先 repr 再居中
table = {'Sjoerd': 4127, 'Jack': 4098}
print('Jack: {0[Jack]:d}; Sjoerd: {0[Sjoerd]:d}'.format(table))

位置参数和关键字参数可以混着用，但位置参数必须排在前面。这招在「格式串要复用、或者动态拼出来」的场景里仍比 f 字符串方便，因为 {} 可以留空之后再填。

7.1.3 手工字符串格式化​

不想学格式规范也行，字符串自带三个对齐方法：rjust(width) 右对齐、ljust(width) 左对齐、center(width) 居中，缺的位用空格补（可以传第二个参数换填充字符）。它们不会截断：内容比 width 还长就原样返回。数字补零另有 zfill(width)，它会认得开头的正负号，把零插到符号后面。

for x in range(1, 4):
    print(str(x).rjust(3), str(x * x).rjust(4), str(x ** 3).rjust(5))
print('12'.zfill(5), '-3.14'.zfill(8), '3.14'.zfill(8))
print('abc'.ljust(6) + '|', 'abc'.center(8) + '|')
print('7'.rjust(4, '*'))
  1    1    1
  2    4    8
  3    9   27
00012 -003.14 0003.14
abc   |   abc  
***7

现在基本只在拼接简单表格时用到它们，日常排版交给 f 字符串就好。

7.1.4 老式 % 格式化​

最老的写法是从 C 的 printf 借来的：字符串里放 %s、%d、%f 之类占位，右边用 % 接一个值或元组。官方把它放在最后，意思很明确——这是遗留写法，新代码别用，但读老项目、老日志配置时还得认得。

import math
print('The value of pi is approximately %5.3f.' % math.pi)
print('%s has %d items, %5.2f%% done' % ('cart', 3, 62.5))
print('%(name)s = %(value).2f' % {'name': 'pi', 'value': 3.14159})

注意字面上想输出一个百分号得写 %%。它不支持 f 字符串那些动态表达式，类型写错还会直接抛 TypeError，所以除了维护旧代码，没有理由再用它。

7.2 读写文件​

open(filename, mode, encoding=...) 返回一个文件对象，模式决定你能干什么：

模式含义
r只读（默认），文件不存在会报错
w只写，先清空原文件，不存在则创建
a追加写，保留原内容
r+可读可写
b二进制模式，如 rb / wb，和上面的组合用

默认以文本模式打开，读写的是 str；加 b 就变成 bytes。文本模式牵扯编码，官方建议显式写 encoding='utf-8'，别依赖平台默认值（Windows 中文环境常是 GBK，换个机器就乱码）。最重要的是：处理文件一律用 with，它会在块结束时自动 close()，哪怕中途抛异常也不漏。

村长划重点：with open(...) 是铁律。手动 f.close() 一旦被异常跳过，缓冲区里的数据可能没写进去，文件句柄也会一直占着。另外 'w' 是先清空，误用一次数据就没了，写之前确认模式。

7.2.1 文件对象的方法​

常用方法就这几个：read(size) 一次读 size 个字符（省略就读到末尾）、readline() 读一行、readlines() 读成列表、write(s) 写入并返回写入的字符数、tell() 报告当前位置、seek(offset, whence) 移动位置、close() 关闭。文件对象本身还能直接 for 逐行遍历，这是最省内存的写法。

import tempfile, os

with tempfile.TemporaryDirectory() as d:
    path = os.path.join(d, 'demo.txt')
    with open(path, 'w', encoding='utf-8') as f:
        print('write 返回写入字符数：', f.write('第一行\n第二行\n'))
    with open(path, 'r', encoding='utf-8') as f:
        print('read()：', repr(f.read()))
    with open(path, 'r', encoding='utf-8') as f:
        print('readline()：', repr(f.readline()))
        print('tell()：', f.tell())
        f.seek(0)
        print('seek(0) 后再读：', repr(f.readline()))
    with open(path, 'r', encoding='utf-8') as f:
        print('readlines()：', [line.strip() for line in f.readlines()])
    with open(path, 'r', encoding='utf-8') as g:
        print('逐行遍历：', [line.strip() for line in g])
    print('with 结束后自动关闭：', g.closed)
    with open(path, 'a', encoding='utf-8') as f:
        print('追加一行', file=f)   # print 也能直接写进文件
    with open(path, 'r', encoding='utf-8') as f:
        print('追加后：', repr(f.read()))

seek(offset, whence) 的 whence 默认是 0（相对文件开头），1 表示相对当前位置、2 表示相对文件末尾；文本模式下只有 seek(0, 2) 这类相对末尾的用法比较稳，随意偏移容易落到多字节字符中间。想处理图片、音频这类非文本，就用 rb / wb 读写 bytes。

7.2.2 用 json 保存结构化数据​

字符串 write() 进去、read() 出来还是字符串，列表和字典得自己拼、自己解析，太麻烦。标准库 json 模块专治这个：把 Python 的 dict / list / str / int / float / bool / None 转成 JSON 字符串，再转回来。

  • json.dumps(obj) → 转成字符串；json.loads(s) → 从字符串还原。
  • json.dump(obj, f) → 直接写进文件对象；json.load(f) → 从文件对象读出来。
import json, tempfile, os

data = {'name': '村长', 'tags': ['Python', '教程'], 'count': 3, 'ok': True}
s = json.dumps(data, ensure_ascii=False)
print('序列化：', s)
print('反序列化：', json.loads(s))
print('排版后：\n' + json.dumps(data, ensure_ascii=False, indent=2))
with tempfile.TemporaryDirectory() as d:
    path = os.path.join(d, 'data.json')
    with open(path, 'w', encoding='utf-8') as f:
        json.dump(data, f, ensure_ascii=False)
    with open(path, 'r', encoding='utf-8') as f:
        print('从文件读回：', json.load(f))

村长划重点：默认 ensure_ascii=True 会把中文转义成 \uXXXX，想让文件里直接看得见汉字就写 ensure_ascii=False。另外 JSON 不是「什么都能存」：元组会被转成列表，自定义类、日期、集合都塞不进去，得先自己转成基础类型；真要存任意 Python 对象，那属于 pickle 的活（但它有安全风险，别拿来读不可信数据）。

本章小结​

  • 输出优先用 f 字符串：f'{expr}' 嵌表达式，!r / !s 选转换，:>10、:.2f、:, 管排版，= 管调试打印。
  • str.format() 用 {} 占位、支持编号与命名并共用同一套格式规范；rjust / ljust / center / zfill 做手工对齐且不会截断；% 是遗留写法，认识即可。
  • 文件用 open(path, mode, encoding='utf-8') 打开，r / w / a / r+ / b 决定读写方式；read / readline / readlines / write / seek / tell 是核心方法。
  • 一律用 with 自动关闭文件，忘了 close() 可能丢数据；文本模式显式指定编码，'w' 会先清空文件要当心。
  • json.dumps / loads 处理字符串，dump / load 处理文件；加 ensure_ascii=False 保留中文，且只支持基础类型，元组会变列表。