====== Soubory a streamy ======

===== Streamy =====


Na cvičení často používáme termíny "standardní vstup" a "standardní výstup". Jsou to tzv. streamy (proudy), které vytváří operační systém pro všechny spouštěné procesy. V dokumentaci typicky najdeme označení ''stdin'' a ''stdout'', tedy "standard input" a "standard output". Kromě těchto dvou streamů existuje ještě třetí, chybový, který se označuje jako ''stderr'' a slouží pro chybové výpisy.

V počítačových vědách je stream obecný koncept a existují dva základní druhy, vstupní a výstupní. Pokud je stream vstupní, lze z něj číst. Pokud je stream výstupní, lze do něj zapisovat. Pro představu nám může posloužit například potrubní pošta: z jednoho (vstupního) potrubí přichází nové zprávy, které můžeme číst, a do jiného (výstupního) potrubí můžeme své zprávy vhazovat a odesílat je.

V případě třech standardních streamů platí, že ''stdin'' je vstupní stream a ''stdout'' i ''stderr'' jsou výstupní. To by mělo být konzistentní s vaší intuicí: vždy jsme ze standardního vstupu četli a výsledky jsme zapisovali na standardní výstup. Se streamem ''stderr'' jste se jistě už také setkali. Pro ilustraci např.:

<code>
>>> 1 / 0
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ZeroDivisionError: division by zero
</code>

Chybová hláška "Traceback ... division by zero" byla vypsána na chybový výstup (vizuálně se ale pravděpodobně neliší od standardního výstupu).

Pokud chceme číst řádky ze vstupního streamu, lze použít ''for'' cyklus:

<code python>
import sys
for line in sys.stdin:
    print("A line from stdin:", line)
</code>

Po spuštění bude program číst vstup z klávesnice, tak dlouho, dokud nedojde na konec streamu ''stdin''. Konec streamu ''stdin'' nastane, když se rozhodneme, že už nechceme zadávat žádný další vstup a stiskneme ''CTRL + D'' (Linux, Mac?) nebo ''CTRL + Z'' (Windows?).

Pro zápis na standardní výstup jsme používali funkci ''print'':

<code python>
print("Hello world")
</code>

Pokud bychom chtěli vypsat (z jakéhokoliv důvodu) výstup do jiného streamu, než je ''stdout'', lze použít:

<code python>
import sys
print("Hello world", file=sys.stderr)
</code>

Všimněte si, že argument, který jsme použili, se jmenuje ''file'' (soubor). Níže zjistíte proč.

Pro další a detailnější informace viz [[http://www.linfo.org/stdio.html | LINFO]].

<note>
Služby jako Netflix, Spotify, HBO Go aj. se často označují jako "streamovací" služby. V případě těchto služeb nemáte video (nebo zvuk) uložené u sebe v počítači, ale postupně si stahujete části, které rovnou přehráváte; jinak (a zjednodušeně) řečeno: čtete ze vstupního streamu.
</note>

===== Soubory =====

Existují i jiné streamy než ty standardní. Jako streamy lze vnímat i soubory: v případě čtení jde o vstupní streamy, v případě zápisu o výstupní.

Pro získání streamu soubor otevřeme pomocí funkce ''open'' (viz [[https://docs.python.org/3/library/functions.html#open | dokumentace]]).

<code python>
f_in = open("cesta/k/souboru.txt", "r") # "r" znamená otevření pro čtení
f_out = open("cesta/k/souboru2.txt", "w") # "w" znamená otevření pro zápis
</code>

Při otevírání souboru specifikujeme režim, ve kterém chceme soubor otevřít (dokumentace uvádí i další režimy kromě "r" a "w").

Nyní lze využívat vše, co jsme si ukázali pro streamy.

<code python>
# Čtení řádek ze souboru
f_in = open("cesta/k/souboru.txt", "r")
for line in f_in:
    print(line)
    
# Zápis řádek do souboru
f_out = open("cesta/k/souboru2.txt", "w")
print("Hello world!", file=f_out)
</code>

==== Uzavírání ====

Předchozí výpis není zcela správně, protože je důležité, abychom soubory po použití nezapomněli zavřít. K tomu slouží funkce ''close''.

<code python>
# Čtení řádek ze souboru
f_in = open("cesta/k/souboru.txt", "r")
for line in f_in:
    print(line)
f_in.close()
    
# Zápis řádek do souboru
f_out = open("cesta/k/souboru2.txt", "w")
print("Hello world!", file=f_out)
f_out.close()
</code>

Otevřením souboru nám operační systém poskytuje své prostředky a uzavřením je navracíme zpět. Pokud bychom soubory neuzavřeli, můžou se naše programy chovat neočekávaně (např. ve výstupním souboru chybí některá data, která jsme určitě zapsali) nebo můžou i selhat (kvůli nedostatku paměti nebo file descriptorů).

Je potřeba myslet také na následující situace:

<code python>
def func():
    f_out = open("cesta/k/souboru2.txt", "w")
    slozity_vypocet_ktery_skonci_chybou()
    f_out.close()
</code>

Funkce ''slozity_vypocet_ktery_skonci_chybou'' vyhodí chybu a soubor se neuzavře (''f_out.close()'' se nikdy neprovede). Abychom tomuto předešli, použijeme tzv. ''with'' statement a předchozí kód upravíme na:

<code python>
def func():
    with open("cesta/k/souboru2.txt", "w") as f_out:
        slozity_vypocet_ktery_skonci_chybou()
</code>

Python se postará o uzavření souboru za nás.


===== Streamy a BRUTE =====

Vaše domácí úkoly jsou testovány automaticky. BRUTE spustí váš program a vloží zadání na standardní vstup vašeho programu. Poté čte výsledky ze standardního výstupu vašeho programu a porovnává je se správnými výsledky. Proto následující řešení nebude hodnoceno jako korektní:

<code python>
# volání input("Enter number:") zapíše řetězec "Enter number:" na standardní výstup
number = int(input("Enter number:"))
result = compute_result(number)
print(result)
</code>

===== Pole v souboru =====

==== Čísla oddělená mezerou ====


Mějme soubor ''pole.txt'' obsahující čísla oddělená mezerou:

<file>
1 3 5 -4 2 5 3
</file>

Pro načtení lze použít

<code python>
with open("pole.txt", "r") as f:
    line = f.readline()          # line = "1 3 5 -4 2 5 3\n"

# Zde už je soubor uzavřený
words = line.split()             # words = ["1", "3", "5", "-4", "2", "5", "3"]
pole = list(map(int, words))     # pole = [1, 3, 5, -4, 2, 5, 3]


# To samé, ale úspornější zápis
with open("pole.txt", "r") as f:
    pole = list(map(int, f.readline().split()))
</code>

==== Čísla oddělená novým řádkem ====

Mějme soubor ''pole.txt'' obsahující čísla oddělená novým řádkem:

<file>
1
3
5
-4
2
5
3
</file>

Pro načtení lze použít

<code python>
pole = []
with open('pole.txt', 'r') as f:
    for line in f:
        pole.append(int(line))

# To samé, ale úspornější zápis
with open('pole.txt', 'r') as f:
    pole = [int(line) for line in f]
</code>

==== Dvourozměrné pole ====

Mějme soubor ''pole.txt'' obsahující řádky matice oddělené novým řádkem:

<file>
1 3 5
-4 2 5
</file>

Pro načtení lze použít

<code python>
with open("pole.txt", "r") as f:
    pole = [list(map(int, line.split())) for line in f]
</code>