Python 進階範例集

作業系統

資料夾與檔案

os 雖然提供檔案系統的功能，但並不完善，所以要搭配 shutil 或其它模組。

直接調用作業系統指令工具

從其它程式語言跨過來 Python 的人，經常看不起這個模組功能，覺得調用作業系統指令沒尊嚴，非得用程式設計的方式完成任務才行。但 Python 的精神就是：「這個模組超好用，很多工作用這個功能就能完成，而且很有效率。」所以別想太多，放手去用吧！

Python 是表述語言，用 os.system() 呼叫系統指令，在第一時間解決問題，同時又確保功能正常，是很自然而然的編程手法。爾後再找時間查看看有沒有模組可用，屆時再改寫。例如想設計修圖軟體，如果電腦已經有 ImageMagick 工具程式可調用，那就不見得要安裝 Pillow 模組。

表述語言（scripting language）就是隨手抄寫一段程式碼來跑的語言，不必用傳統程式語言嚴肅的態度，隨時都拿開發軟體的精神寫程式。放鬆心情，好好享受程式寫作的樂趣。無論為誰工作寫程式，你總能為自己寫 Python，而不是只為公司寫 C++ 或 Java，這就是它與眾不同的地方。

取得指令參數

沒有輸入參數的話，會顯示 IndexError: list index out of range 錯誤，所以使用前應檢查資料長度。檢查時，因為 sys.argv[0] 已經放原始碼的檔名，所以 sys.argv 長度至少是 1。於是程式碼寫起來就像…

import sys if len(sys.argv) > 1: print(sys.argv[1])
假設將上面程式儲存為 sample.py，然後在命令提示字元輸入 python sample.py hello：

hello

由於要處理的細節很多，所以真要仰賴指令參數來操作程式的話，應找第三方模組掛載來用。

使用的作業系統

import sys # 輸出作業系統名稱 print(sys.platform) # 判斷使用的作業系統 if sys.platform.startswith('win'): print(0.0)

win32
0.0

即使是 64 位元的 Windows 10，Python 還是取名為 win32。所以想判斷哪種作業系統時，建議使用檢查開頭是否符合字串的 startswith()，這樣只要檢查是否為 win 開頭就好，不然 if sys.platform=='win32' 感覺過時了。

使用的 Python 版本

import sys # 顯示 Python 版號 print(sys.version_info) # 判斷是否使用 Python 3 if sys.version_info.major == 3: print(0.0)

sys.version_info(major=3, minor=6, micro=5, releaselevel='final', serial=0
0.0

滑鼠

import ctypes # 取得滑鼠游標位置 class Point(ctypes.Structure): _fields_ = [('x', ctypes.c_long), ('y', ctypes.c_long)] point = Point() ctypes.windll.user32.GetCursorPos(ctypes.byref(point)) print(point.x, point.y) # 移動滑鼠 ctypes.windll.user32.SetCursorPos(100, 20) # 移動滑鼠 # 按下滑鼠 ctypes.windll.user32.mouse_event(2, 0, 0, 0, 0) # 按下滑鼠左鍵 ctypes.windll.user32.mouse_event(4, 0, 0, 0, 0) # 放開滑鼠左鍵 # 8 按下滑鼠右鍵 # 16 放開滑鼠右鍵 # 32 按下滑鼠中鍵 # 64 放開滑鼠中鍵

鍵盤

import ctypes ctypes.windll.user32.keybd_event(18, 0, 0, 0) # 按下 Alt 鍵 ctypes.windll.user32.keybd_event(18, 0, 2, 0) # 放開 Alt 鍵
你可能會需要查看「鍵盤代碼」。

調用 Windows 系統能力播放 MP3 格式音樂

import ctypes import sys import time ctypes.windll.winmm.mciSendStringA('open "audio.mp3" alias playaudio'.encode(sys.getfilesystemencoding())) buffer = ctypes.c_buffer(255) ctypes.windll.winmm.mciSendStringA('status playaudio length'.encode(sys.getfilesystemencoding()), buffer, 254, 0) ctypes.windll.winmm.mciSendStringA(('play playaudio from 0 to ' + buffer.value.decode()).encode(sys.getfilesystemencoding())) time.sleep(float(buffer.value) / 1000.0)
這只是範例，如果需要播放 MP3 等各式音樂，應使用專人設計的模組。

由於 Python 不支援播放 MP3 格式音樂的能力，所以示範如何藉由 ctypes 調用 Windows 系統播放音樂的能力，不是真的要你這樣播放音樂。

推薦使用 PyPI 上的 playsound 模組，這模組除了可用 pip 安裝外，也可直接下載解開，跟你的原始碼放在一起使用，而且還跨平台！

載入其它 DLL 檔調用程式功能

底下調用 libui.dll 裡面的 uiInit()、uiNewWindow()、uiControlShow()、uiMain() 等程式功能，寫個視窗來跑。由於同時示範了結構、指標和轉型，所以看不懂的話，只看高亮度標示起來的程式即可，知道怎麼調用 DLL 裡面的程式就好：

import ctypes # 調用 libui 功能時需要用到的介面，這不重要，請跳過直接往下看… class uiInitOptions(ctypes.Structure): pass class uiWindow(ctypes.Structure): pass class uiControl(ctypes.Structure): pass # 載入跟 Python 原始碼放在一起的 libui.dll dll = ctypes.cdll.LoadLibrary('.\libui.dll') # 調用取得的 DLL 各項程式功能 options = ctypes.byref(uiInitOptions()) dll.uiInit(options) string = ctypes.c_char_p(bytes('TITLE', 'utf-8')) dll.uiNewWindow.restype = ctypes.POINTER(uiWindow) window = dll.uiNewWindow(string, 320, 240, 0) control = ctypes.cast(window, ctypes.POINTER(uiControl)) dll.uiControlShow(control) dll.uiMain()


如果調用的 DLL 是 Windows 專用，改用 ctypes.windll.LoadLibrary() 載入。

ctypes.cdll.LoadLibrary() 和 ctypes.windll.LoadLibrary() 各有別名 ctypes.CDLL() 和 ctypes.WINDLL() 可代替。

取得現在日期與時間

import time time = time.localtime() print('年', time.tm_year) print('月', time.tm_mon) print('日', time.tm_mday) print('時', time.tm_hour) print('分', time.tm_min) print('秒', time.tm_sec) print('週', time.tm_wday + 1) # 要加 1 才符合台灣慣用的星期數
執行結果隨電腦時間不一樣，我的情況是：

年 2016
月 9
日 23
時 2
分 24
秒 47
週 5

產生時間與時間轉換

POSIX 時間是 UNIX 作業系統計算時間的方式，以 UTC 時間 1970 年 1 月 1 日 0 時 0 分 0 為基準，累加或累減的總秒數，在 Python 稱為 timestamp。以秒數為單位的話，時間就能以整數表示1，較方便對時間進行十進制的四則計算：「946753440 秒加 93784 秒，比 2000 年 1 月 2 日 3 點 4 分 5 秒加 1 天 2 小時 3 分 4 秒好算多了。」因此成為現在電腦表示時間的標準做法。

但用總秒數表示時間只是方便電腦計算而已，不方便人類表示時間，例如 665251200 秒是幾月幾日幾點幾分？所以從電腦取得的時間，還是得轉換成人類習慣的時間表示法才行。Python 使用 time.struct_time 保存 UTC 時間（世界協調時間），把時間分為天、時、分、秒，採用格里曆計算年份。

import time # UTC 轉 POSIX Time（time.struct_time 轉 timestamp） print(time.mktime((1991, 1, 31, 0, 0, 0, 0, 0, 0))) # 年 月 日 時 分 秒 週 天 日光節約 # POSIX Time 轉 UTC（timestamp 轉 time.struct_time） print(time.localtime(665251200))

665251200.0
time.struct_time(tm_year=1991, tm_mon=1, tm_mday=31, tm_hour=0, tm_min=0, tm_sec=0, tm_wday=3, tm_yday=31, tm_isdst=0)

格式化輸出時間

透過格式化字串的參數，可以簡化取得日期與時間的寫法：

import time # 格式化輸出時間 print(time.strftime('%m / %d'))
執行結果隨電腦時間不一樣，我的情況是：

09 / 23

要打中文的話，必須載入 locale 模組，用 locale.setlocale(locale.LC_ALL, '') 清除直譯器的地區與語言設置，否則格式化字串時無法解碼中文。往後遇到中文亂碼問題，也用這招解決。

更多格式化參數如下：

格式化剖析時間

沿用格式化字串的參數，可以更簡單產生日期與時間：

import time print(time.strptime('1991/1/31', '%Y/%m/%d')) print(time.strptime('20160923', '%Y%m%d')) print(time.strptime('2018 3 27', '%Y %m %d')) # 先給日期與時間，再根據字串格式，正確引入參數，進行剖析。

time.struct_time(tm_year=1991, tm_mon=1, tm_mday=31, tm_hour=0, tm_min=0, tm_sec=0, tm_wday=3, tm_yday=31, tm_isdst=-1)
time.struct_time(tm_year=2016, tm_mon=9, tm_mday=23, tm_hour=0, tm_min=0, tm_sec=0, tm_wday=4, tm_yday=267, tm_isdst=-1)
time.struct_time(tm_year=2018, tm_mon=3, tm_mday=27, tm_hour=0, tm_min=0, tm_sec=0, tm_wday=1, tm_yday=86, tm_isdst=-1)

由於預設的參數是 %a %b %d %H:%M:%S %Y，所以懶得下參數，只照字串格式寫也可以：

import time print(time.strptime('Thu Jan 31 0:0:0 1991'))

time.struct_time(tm_year=1991, tm_mon=1, tm_mday=31, tm_hour=0, tm_min=0, tm_sec=0, tm_wday=3, tm_yday=31, tm_isdst=-1)

要說 strptime 與 strftime 的差別，一個是產生時間用的，所以傳回的是 time.struct_time 物件，一個是輸出時間用的，所以傳回的是字串。

暫停

import time for n in range(1, 4): print(n) time.sleep(2)
每兩秒顯示一行：

1
2
3

表示日期與時間

import datetime # date 物件，適合處理日期。 print(datetime.date.today()) print(datetime.date(1991, 1, 31)) # time 物件，datetime 內部用來處理時間，基本上用不到，不建議使用。 print(datetime.time(8, 30, 59)) # datetime 物件，由 date 和 time 構成，適合處理時間。 print(datetime.datetime.now()) print(datetime.datetime(1991, 1, 31, 0, 0, 0))

2016-09-23
1991-01-31
08:30:59
2016-09-23 02:24:47.000020
1991-01-31 00:00:00

計算日期與時間

import datetime # 1991 年 1 月 31 日加 3 天 date = datetime.date(1991, 1, 31) + datetime.timedelta(days=3) print(date) # 現在時間減 8 小時又 5 分鐘 time = datetime.datetime.now() - datetime.timedelta(hours=8, minutes=5) print(time) # 所有 timedelta() 可用關鍵字參數如下： # weeks, days, hours, minutes, seconds, milliseconds, microseconds

1991-02-03
2016-09-22 18:19:47

datatime 轉 timestamp 和 time.struct_time

import datetime # datatime 轉 timestamp print(datetime.datetime.now().timestamp()) # datatime 轉 time.struct_time print(datetime.datetime.now().timetuple()) # timestamp 轉 datatime print(datetime.datetime.fromtimestamp(665251200)) # 沒有 time.struct_time 轉 datatime，只好先轉成 timestamp： import time timetuple = time.struct_time((1991, 1, 31, 0, 0, 0, 0, 0, 0)) timestamp = time.mktime(timetuple) print(datetime.datetime.fromtimestamp(timestamp))

1474568687.0
time.struct_time(tm_year=2016, tm_mon=9, tm_mday=23, tm_hour=2, tm_min=24, tm_sec=47, tm_wday=4, tm_yday=267, tm_isdst=-1)
1991-01-31 00:00:00
1991-01-31 00:00:00

用 re.search() 比對資料

import re print(re.search('abc', 'abc123')) # 比對看看有沒有 abc 這資料 print(re.search('xyz', 'abc123')) # 比對看看有沒有 xyz 這資料

<_sre.SRE_Match object; span=(0, 3), match='abc'>
None

比對到資料，會傳回落落長不曉得是什麼訊息的東西，其實這是 MatchObject 物件。

比對不到資料，則傳回 None。

有傳回物件的話，if 會判定為 True。None 的話，if 判定為 False。只想檢查有沒有資料時，就夠功能設計出來了：

import re if re.search('abc123', input('請輸入通關密語：')): print('帳戶登入中，請稍候…') else: print('密碼錯誤。')

請設定通關密語：abc123
帳戶登入中，請稍候…

對 MatchObject 的操作

接著來看怎樣處理 MatchObject 物件。我們看到上面範例輸出結果，有個 span=(0, 3)，這是所找到資料的位置，還有 match='abc'，這是所找到的資料，可分別用 span() 和 group() 取出：

import re print(re.search('abc', 'abc123').span())

(0, 3)

既然比對不到資料會傳回 None，就表示有可能不是 MatchObject 物件。既然不見得是 MatchObject，直接對 re.search() 操作 span() 不就程式錯誤了！所以…

import re a = re.search('abc', 'abc123') if a: print(a.span()) a = re.search('\d{3}', 'abc123') if a: print(a.group())

(0, 3)
123

這樣就不會在比對不到資料時，把 None 當作 MatchObject 操作了。

用 re.sub() 取代資料

import re # 將小寫字母改為 - 符號 print(re.sub('[a-z]', '-', 'abc123'))

---123

用 re.match() 比對開頭資料

雖然 regular expression 就有用 ^ 表示開頭的語法，但 ^ 放在集合中卻是 not 的意思，所以有些人會改用 re.match() 比對開頭資料，讓 ^ 只用來表示 not：

import re # 用 ^ 檢查開頭是否為空白字元 if re.search('^\s', ' abc'): print(True) # 用 re.match() 檢查開頭是否為空白字元 if re.match('\s', ' abc'): print(True) # 在 re.match() 測試開頭不是空白字元的反應 if re.match('\s', 'a b c'): print(True) else: print(False)

True
True
False

table.csv

選手, 打率, 本塁打, 打点, 盗塁, 年度 野村謙二郎, 315, 32, 75, 30, 1995 正田耕三, 274, 3, 38, 7, 1995 前田智徳, 313, 19, 65, 0, 1996 江藤智, 286, 39, 106, 14, 1995 金本知憲, 274, 24, 67, 14, 1995 緒方孝市, 316, 10, 43, 47, 1995 西山秀二, 314, 3, 41, 4, 1996 浅井樹, 339, 6, 28, 7, 1996 町田公二郎, 308, 9, 23, 2, 1996

sample.py

import csv # 讀取 CSV 檔案 with open('table.csv', encoding='utf-8') as file: # 取出資料 values = csv.reader(file) # 沒用到第一行做為欄位名稱的資料所以跳過去 next(values) # 列出每行第一欄資料 for n in values: print(n[0])

野村謙二郎
正田耕三
前田智徳
江藤智
金本知憲
緒方孝市
西山秀二
浅井樹
町田公二郎

robben.xml

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <player name="Arjen Robben"> <pace>9</pace> <dribbling>9</dribbling> <shooting>8</shooting> <defence>3</defence> <pass>8</pass> <health>6</health> </player>

sample1.py

from xml.etree import ElementTree # 載入 XML xml = ElementTree.parse('robben.xml') # 取得根元素 root = xml.getroot() # 取得標籤名稱 print(root.tag) # 取得屬性值 print(root.attrib['name']) # 取得子元素內容 for n in root: print(n.text, end=' ') # 修改特定元素 root.find('pace').text = '10' # 修改第幾個元素 root[5].text = '7' # 儲存 XML xml.write('new.xml', encoding='UTF-8', xml_declaration=True)

player
Arjen Robben
9 9 8 3 8 6

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<player name="Arjen Robben">
    <pace>10</pace>
    <dribbling>9</dribbling>
    <shooting>8</shooting>
    <defence>3</defence>
    <pass>8</pass>
    <health>7</health>
</player>

sample2.py

from xml.etree import ElementTree # 建立空白 XML 的根元素 root = ElementTree.Element('root') # 建立子元素 child = ElementTree.Element('child') root.append(child) # 加入子元素的內容 child.text = 'text' # 加入子元素的屬性 child.set('attribute', 'value') # 或 child.attrib['attribute'] = 'value' # 更快建立子元素 ElementTree.SubElement(root, "child2", attribute2="value2").text = "text2" # 儲存 XML xml = ElementTree.ElementTree(root) xml.write('new.xml', encoding='UTF-8', xml_declaration=True)

<?xml version='1.0' encoding='UTF-8'?>
<root><child attribute="value">text</child><child2 attribute2="value2">text2</child2></root>

輸出後並未排版，ElementTree 也沒辦法做到，要搭配 minidom 才行。

sample3.py

from xml.etree import ElementTree # 用字串快速寫一個標記語言來用 string = """ <html> <body> <article> <h1>HEADER</h1> <p class='red'>PARAGRAPH 1</p> <p class='green'>PARAGRAPH 2</p> <p class='blue'>PARAGRAPH 3</p> </article> </body> </html> """ xml = ElementTree.fromstring(string) # 使用 XPath 取得所有 P 標籤 for n in xml.findall('.//body//article//p'): print(n.text) # 使用 XPath 取得 class 屬性為 red 的 P 標籤 for n in xml.findall('.//body//article//p[@class="red"]'): print(n.text)

PARAGRAPH 1
PARAGRAPH 2
PARAGRAPH 3
PARAGRAPH 1

SQLite、JSON、XML 的使用時機

1. 在用戶端保存需要大量處理的資料時用 SQLite。
2. 點對點傳遞物件狀態、或跨平台同步資料時用 JSON。
3. 想將資料與程式切割開來時用 XML。

Pickle 是 Python 的資料序列化檔案格式，跨程式傳輸資料不方便。CSV 是 20 世紀 70 年代的產物，可被 JSON 和 XML 取代。因此兩者不在比較之列。

*.tar

import tarfile # 打包 with tarfile.open('archive.tar', 'w') as tar: tar.add('我的資料夾') # 拆包 with tarfile.open('archive.tar', 'r:') as tar: tar.extractall()

*.gz

import gzip # 壓縮 with gzip.open('archive.tar.gz', 'wb') as gz: gz.write(open('archive.tar', 'rb').read()) # 解壓 with open('archive.tar', 'wb') as tar: tar.write(gzip.open('archive.tar.gz', 'rb').read()) # 關閉 write() 的檔案時，會連帶關閉 open() 的檔案，所以我沒全放在 with 裡。

*.bz2

import bz2 # 壓縮 with bz2.open('archive.tar.bz2', 'wb') as bz: bz.write(open('archive.tar', 'rb').read()) # 解壓 with open('archive.tar', 'wb') as tar: tar.write(bz2.open('archive.tar.bz2', 'rb').read())

*.xz

import lzma # 壓縮 with lzma.open('archive.tar.xz', 'wb') as xz: xz.write(open('archive.tar', 'rb').read()) # 解壓 with open('archive.tar', 'wb') as tar: tar.write(lzma.open('archive.tar.xz', 'rb').read())

壓縮檔案

import zipfile with zipfile.ZipFile('archive.zip', mode='w', compression=zipfile.ZIP_DEFLATED) as zip: zip.write('1.png') zip.write('2.png') zip.write('3.png')

壓縮資料夾

import os import zipfile with zipfile.ZipFile('archive.zip', mode='w', compression=zipfile.ZIP_DEFLATED) as zip: for dirpath, dirnames, filenames in os.walk('我的資料夾'): for file in filenames: zip.write(os.path.join(dirpath, file))

解壓縮

import zipfile with zipfile.ZipFile('archive.zip') as zip: zip.extractall()

文字

在文字編碼部分，必須是 ASCII 字元，且要轉為 byte，所以不但英文字串前要加 b，中文字串後要用 encode()，有點麻煩：

import base64 # 編碼 a = base64.b64encode(b'Hi') b = base64.b64encode('嗨'.encode('utf-8')) print(a) print(b) # 解碼 print(base64.b64decode(a).decode('utf-8')) print(base64.b64decode(b).decode('utf-8'))

b'SGk='
b'5Zeo'
Hi
嗨

檔案

import base64 # 將 image1.gif 轉為 base64 字串並儲存到 text.txt with open('image1.gif', 'rb') as image, open('text.txt', 'wb') as text: base64.encode(image, text) # 解碼 base64 字串檔案 text.txt 並還原成圖檔 image2.gif with open('text.txt', 'rb') as text, open('image2.gif', 'wb') as image: base64.decode(text, image) # 只想取得 image1.gif 轉為 base64 的字串 with open('image1.gif', 'rb') as image: string = base64.b64encode(image.read()) # 將 base64 的字串還原成圖檔 image3.gif with open('image3.gif', 'wb') as image: image.write(base64.b64decode(string))

sample.py

import logging logging.basicConfig(level=logging.DEBUG, format='[%(asctime)s] %(levelname)s: %(message)s', filename='sample.log', filemode='a') print('其實我蠻喜歡你的，怎樣？乾脆我們兩個交往吧！[y/n]') logging.debug('告白了。') answer = input() if answer == 'y': print('於是親吻了對方。') logging.info('答應了。') elif answer == 'n': print('那…那麼認真幹嘛，我開玩笑的，開玩笑的啦…！') logging.error('拒絕了。') else: print('是嗎？你不知道怎麼回答是吧？') logging.warning('答非所問。')

其實我蠻喜歡你的，怎樣？乾脆我們兩個交往吧！[y/n]
n
那…那麼認真幹嘛，我開玩笑的，開玩笑的啦…！

[1997-11-10 12:34:56,789] DEBUG: 告白了。
[1997-11-10 12:34:98,765] ERROR: 拒絕了。