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Python3 输入和输出（手把手讲解）

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在编程的世界中，输入与输出（I/O）如同桥梁，连接着程序与外部世界。无论是开发一个简单的计算器，还是构建复杂的Web应用，掌握Python3的输入和输出方法都是开发者必备的基础技能。本文将从基础语法到高级技巧，通过实际案例和清晰的解释，帮助读者系统性地理解并灵活运用Python3的输入和输出功能。

一、基础输入与输出函数

1.1 输入函数 input()

input() 函数是Python中获取用户输入的最常用工具。它的语法简单，但功能强大，能够接收用户的键盘输入并返回一个字符串类型的数据。

示例代码：

name = input("请输入您的姓名：")  
print(f"欢迎，{name}！")

关键点解析：

  • input() 的参数是提示信息，用于指导用户输入内容。
  • 返回值始终是字符串类型，若需进行数值运算，需手动转换类型（如 int() 或 float()）。

形象比喻：
可以把 input() 看作一个“对话窗口”，程序通过它向用户提问，用户回答后，程序再根据回答内容执行下一步操作。

1.2 输出函数 print()

print() 函数用于将数据输出到控制台，是调试和展示结果的核心工具。其语法灵活，支持多种格式化方式。

基础用法：

print("Hello, World!")  
print(100 + 200)  # 输出计算结果300

关键点解析：

  • 默认情况下，print() 会在输出内容后自动换行，可通过参数 end 改变这一行为。
  • 使用 sep 参数可以自定义输出内容之间的分隔符，默认为空格。

示例：

print("Python", "is", "awesome", sep="-", end="!\n")

二、格式化输出的进阶技巧

2.1 旧式格式化：% 操作符

虽然 print() 可直接输出变量，但在复杂场景下（如对齐、类型转换），旧式 % 格式化提供了更精细的控制。

示例：

name = "Alice"  
age = 25  
print("姓名：%s，年龄：%d" % (name, age))

格式说明符：

  • %s：字符串
  • %d：整数
  • %f：浮点数（默认保留6位小数）

2.2 新式格式化：format() 方法

str.format() 方法比 % 更直观，支持参数位置和名称的灵活指定。

示例：

print("姓名：{}, 年龄：{}".format("Bob", 30))

高级用法：

print("{1} 是 {0} 的朋友".format("Alice", "Bob"))  

print("成绩：{math:.1f}, 科目：{subject}".format(math=98.6, subject="数学"))

2.3 f-string（Python3.6+）

f-string（格式化字符串字面值）是Python3.6引入的语法糖，简洁高效，尤其适合快速输出变量。

示例：

name = "Charlie"  
score = 95.5  
print(f"{name} 的成绩是 {score:.2f} 分")

优势：

  • 直接在字符串前加 f，无需调用 format() 方法。
  • 支持嵌入表达式（如 f"{2+3}" 输出 5）。

三、文件输入与输出

3.1 文件读写基础

程序与文件的交互是输入输出的另一重要场景。Python通过 open() 函数打开文件，并通过模式参数指定操作类型。

打开文件的模式：

  • "r"：只读（默认）
  • "w"：覆盖写入
  • "a"：追加写入
  • "b"：二进制模式（如图片、视频文件）

示例：写入文件

with open("data.txt", "w") as file:  
    file.write("第一行内容\n")  
    file.write("第二行内容")

示例：读取文件

with open("data.txt", "r") as file:  
    content = file.read()  # 读取全部内容  
    print(content)

3.2 文件操作的上下文管理器 with

使用 with 语句管理文件对象，能确保文件在操作完成后自动关闭，避免资源泄漏。

对比：

file = open("data.txt", "r")  
print(file.read())  
file.close()  # 必须显式关闭  

with open("data.txt", "r") as file:  
    print(file.read())  # 自动关闭，无需手动操作

3.3 文件逐行读取与处理

对于大文件，逐行读取能节省内存。

示例：统计文件行数

line_count = 0  
with open("data.txt", "r") as file:  
    for line in file:  
        line_count += 1  
print(f"总行数：{line_count}")

四、高级输入输出技巧

4.1 标准输入输出重定向

在命令行中，可以通过重定向符号 > 和 < 将输入输出与文件关联，实现批量处理。

示例：

python script.py > output.txt  

python script.py < input.txt

4.2 处理二进制文件

对于图片、音频等非文本文件，需以二进制模式操作。

示例：复制图片文件

with open("source.jpg", "rb") as source:  
    with open("copy.jpg", "wb") as target:  
        target.write(source.read())

五、常见问题与解决方案

5.1 输入非预期类型

若用户输入无法转换为数值，可能导致程序崩溃。通过 try-except 捕获异常可增强健壮性。

示例：安全的数值输入

while True:  
    try:  
        number = int(input("请输入一个整数："))  
        print(f"您输入的数字是：{number}")  
        break  
    except ValueError:  
        print("输入无效，请重新输入！")

5.2 文件不存在或权限错误

操作不存在的文件或无写入权限时，会抛出 FileNotFoundError 或 PermissionError。

解决方案：

try:  
    with open("missing.txt", "r") as file:  
        pass  
except FileNotFoundError:  
    print("文件不存在，请检查路径！")

六、结论

Python3的输入和输出功能如同程序的“感官系统”，帮助开发者与用户及外部数据高效交互。从基础的 input() 和 print()，到格式化字符串和文件操作，再到异常处理和高级技巧，掌握这些内容能让开发者构建出更健壮、灵活的应用。无论是处理用户交互界面，还是操作大规模数据文件，Python3的输入输出工具链都能提供强大的支持。

通过本文的学习，读者应能：

  1. 熟练使用输入输出函数完成基础任务。
  2. 理解不同格式化方法的适用场景。
  3. 安全地读写文件并处理常见异常。
  4. 结合实际项目需求，灵活组合输入输出技术。

编程之路永无止境，希望本文能为读者在Python3输入输出领域的探索提供坚实的起点。

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