Soubory a 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.:

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

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:

import sys
for line in sys.stdin:
    print("A line from stdin:", line)

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:

print("Hello world")

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

import sys
print("Hello world", file=sys.stderr)

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

Pro další a detailnější informace viz LINFO.

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 dokumentace).

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

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.

# 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)

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

# 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()

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:

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

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:

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

Python se postará o uzavření souboru za nás.

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:

# volání input("Enter number:") zapíše řetězec "Enter number:" na standardní výstup
number = int(input("Enter number:"))
result = compute_result(number)
print(result)

Mějme soubor pole.txt obsahující čísla oddělená mezerou:

1 3 5 -4 2 5 3

Pro načtení lze použít

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()))

Mějme soubor pole.txt obsahující čísla oddělená novým řádkem:

1
3
5
-4
2
5
3

Pro načtení lze použít

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]

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

1 3 5
-4 2 5

Pro načtení lze použít

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