文章4：探索Python的标准库

目标：

了解并利用Python标准库提高效率，包括掌握文件I/O操作、使用os和sys模块管理文件系统与命令行参数、学习正则表达式的基础知识以及时间处理方法。

一、文件I/O操作（open(), read(), write()）

1. 基础用法

Python通过内置的open()函数打开文件，返回一个文件对象，支持读写操作。基本语法如下：

file = open("filename.txt", mode)

模式参数（mode）：

• "r"：只读（默认）。
• "w"：覆盖写入（文件不存在则创建）。
• "a"：追加写入（文件不存在则创建）。
• "rb"/"wb"：二进制模式（读/写）。

示例：写入文件

with open("example.txt", "w") as file:
    file.write("Hello, Python Standard Library!")

示例：读取文件

with open("example.txt", "r") as file:
    content = file.read()
    print(content)

with语句：确保文件在操作完成后自动关闭，避免资源泄漏。

2. 高级操作

• 逐行读取：

with open("example.txt", "r") as file:
    for line in file:
        print(line.strip())  # 去除换行符

• 追加写入：

with open("example.txt", "a") as file:
    file.write("\nAppending new content.")

二、os和sys模块

1. os模块：文件系统操作

os模块提供与操作系统交互的功能，常用于文件和目录管理。

常用函数：

• os.getcwd()：获取当前工作目录。
• os.listdir(path)：列出指定目录下的文件和子目录。
• os.makedirs(path)：递归创建目录。
• os.path.exists(path)：检查路径是否存在。
• os.path.join()：跨平台路径拼接。

示例：创建目录并检查文件

import os

# 创建目录
os.makedirs("data", exist_ok=True)

# 检查文件是否存在
if os.path.exists("example.txt"):
    print("File exists!")

2. sys模块：系统级功能

sys模块提供对Python解释器的访问，常用于命令行参数、标准输入输出控制等。

常用功能：

• sys.argv：获取命令行参数（列表形式）。
• sys.stdin/sys.stdout/sys.stderr：标准输入输出流。
• sys.exit()：退出程序。

示例：命令行参数处理

import sys

if len(sys.argv) < 2:
    print("Usage: python script.py <filename>")
    sys.exit(1)  # 非零表示异常退出

filename = sys.argv[1]
print(f"Processing file: {filename}")

三、正则表达式（re模块）

正则表达式用于文本模式匹配，re模块提供了一系列函数实现其功能。

1. 基础语法

• 元字符：

• .：匹配任意单个字符。
• *：匹配前一个字符零次或多次。
• +：匹配前一个字符一次或多次。
• ?：匹配前一个字符零次或一次。
• ^：开头匹配。
• $：结尾匹配。
• []：字符集合（如[a-z]匹配小写字母）。

2. 常用函数

• re.search(pattern, string)：搜索整个字符串，返回第一个匹配对象。
• re.match(pattern, string)：仅从开头匹配。
• re.findall(pattern, string)：返回所有匹配的列表。
• re.sub(pattern, replacement, string)：替换匹配内容。

示例：提取邮箱

import re

text = "Contact us at support@example.com or sales@example.com"
pattern = r"\b[A-Za-z0-9._%+-]+@[A-Za-z0-9.-]+\.[A-Z|a-z]{2,}\b"

emails = re.findall(pattern, text)
print(emails)  # 输出：['support@example.com', 'sales@example.com']

四、时间处理（datetime模块）

datetime模块提供日期和时间操作的功能，核心类包括datetime, date, time, timedelta。

1. 获取当前时间

from datetime import datetime

now = datetime.now()
print(f"Current time: {now}")  # 输出：2023-09-20 14:30:45.123456

2. 日期时间格式化

date_str = now.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")
print(f"Formatted time: {date_str}")  # 输出：2023-09-20 14:30:45

3. 时间差计算（timedelta）

from datetime import timedelta

delta = timedelta(days=2, hours=5)
future_time = now + delta
print(f"Time after 2 days and 5 hours: {future_time}")

4. 字符串转时间对象

date_str = "2023-09-20 14:30:00"
parsed_date = datetime.strptime(date_str, "%Y-%m-%d %H:%M:%S")
print(parsed_date)  # 输出：2023-09-20 14:30:00

五、综合示例：日志记录程序

import os
import sys
import re
from datetime import datetime

def log_message(message):
    with open("app.log", "a") as log_file:
        timestamp = datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")
        log_file.write(f"[{timestamp}] {message}\n")

def validate_filename(filename):
    pattern = r"^[a-zA-Z0-9_]+\.[a-z]+$"
    return bool(re.match(pattern, filename))

def main():
    if len(sys.argv) != 2:
        log_message("Error: Incorrect number of arguments.")
        print("Usage: python app.py <filename>")
        sys.exit(1)
    
    filename = sys.argv[1]
    if not validate_filename(filename):
        log_message(f"Error: Invalid filename '{filename}'.")
        print("Invalid filename format.")
        sys.exit(2)
    
    log_message(f"Processing file: {filename}")
    print(f"Processing started for {filename}")

if __name__ == "__main__":
    main()

练习题

1. 编写一个程序，读取data.txt文件并统计其中的单词数量。
2. 使用os模块创建一个名为backup的目录，并在其中生成一个包含当前时间的文件。
3. 编写一个正则表达式，匹配形如"AAA-1234"的字符串（前三位大写字母，后四位数字）。
4. 计算从当前时间到2024年元旦的天数。

通过掌握标准库，你可以高效地完成文件操作、系统交互、文本处理和时间管理等任务，为后续的高级开发奠定基础。