7. Entrada e Saída

Existem várias maneiras de apresentar a saída de um programa; os dados podem ser exibidos em forma legível para seres humanos, ou escritos em arquivos para uso posterior. Este capítulo apresentará algumas das possibilidades.

7.1. Refinando a formatação de saída

Até agora vimos duas maneiras de exibir valores: expressões e a função print(). (Uma outra maneira é utilizar o método write() de objetos do tipo arquivo; o arquivo saída padrão pode ser referenciado como sys.stdout. Veja a Referência da Biblioteca Python para mais informações sobre isso.)

Muitas vezes se deseja mais controle sobre a formatação da saída do que simplesmente exibir valores separados por espaço. Existem várias maneiras de formatar a saída.

  • Para usar strings literais formatadas, comece uma string com f ou F, antes de abrir as aspas ou aspas triplas. Dentro dessa string, pode-se escrever uma expressão Python entre caracteres { e }, que podem se referir a variáveis, ou valores literais.

    >>> year = 2016
    >>> event = 'Referendum'
    >>> f'Results of the {year} {event}'
    'Results of the 2016 Referendum'
    
  • O método de strings str.format() requer mais esforço manual. Ainda será necessário usar { e } para marcar onde a variável será substituída e pode-se incluir diretivas de formatação detalhadas, mas também precisará incluir a informação a ser formatada.

    >>> yes_votes = 42_572_654
    >>> no_votes = 43_132_495
    >>> percentage = yes_votes / (yes_votes + no_votes)
    >>> '{:-9} YES votes  {:2.2%}'.format(yes_votes, percentage)
    ' 42572654 YES votes  49.67%'
    
  • Finalmente, pode-se fazer todo o tratamento da saída usando as operações de fatiamento e concatenação de strings para criar qualquer layout que se possa imaginar. O tipo string possui alguns métodos que realizam operações úteis para preenchimento de strings para uma determinada largura de coluna.

Quando não é necessário sofisticar a saída, mas apenas exibir algumas variáveis com propósito de depuração, pode-se converter qualquer valor para uma string com as funções repr() ou str().

A função str() serve para retornar representações de valores que sejam legíveis para as pessoas, enquanto repr() é para gerar representações que o interpretador Python consegue ler (ou levantará uma exceção SyntaxError, se não houver sintaxe equivalente). Para objetos que não têm uma representação adequada para consumo humano, str() devolve o mesmo valor que repr(). Muitos valores, tal como números ou estruturas, como listas e dicionários, têm a mesma representação usando quaisquer das funções. Strings, em particular, têm duas representações distintas.

Alguns exemplos:

>>> s = 'Hello, world.'
>>> str(s)
'Hello, world.'
>>> repr(s)
"'Hello, world.'"
>>> str(1/7)
'0.14285714285714285'
>>> x = 10 * 3.25
>>> y = 200 * 200
>>> s = 'The value of x is ' + repr(x) + ', and y is ' + repr(y) + '...'
>>> print(s)
The value of x is 32.5, and y is 40000...
>>> # The repr() of a string adds string quotes and backslashes:
... hello = 'hello, world\n'
>>> hellos = repr(hello)
>>> print(hellos)
'hello, world\n'
>>> # The argument to repr() may be any Python object:
... repr((x, y, ('spam', 'eggs')))
"(32.5, 40000, ('spam', 'eggs'))"

O módulo string contém uma classe Template que oferece ainda outra maneira de substituir valores em strings, usando espaços reservados como $x e substituindo-os por valores de um dicionário, mas oferece muito menos controle da formatação.

7.1.1. Strings literais formatadas

Strings literais formatadas (também chamadas f-strings, para abreviar) permite que se inclua o valor de expressões Python dentro de uma string, prefixando-a com f ou F e escrevendo expressões na forma {expression}.

Um especificador opcional de formato pode ser incluído após a expressão. Isso permite maior controle sobre como o valor é formatado. O exemplo a seguir arredonda pi para três casas decimais:

>>> import math
>>> print(f'The value of pi is approximately {math.pi:.3f}.')
The value of pi is approximately 3.142.

Passando um inteiro após o ':' fará com que o campo tenha um número mínimo de caracteres de largura. Isso é útil para alinhar colunas.

>>> table = {'Sjoerd': 4127, 'Jack': 4098, 'Dcab': 7678}
>>> for name, phone in table.items():
...     print(f'{name:10} ==> {phone:10d}')
...
Sjoerd     ==>       4127
Jack       ==>       4098
Dcab       ==>       7678

Outros modificadores podem ser usados para converter o valor antes de ser formatado. '!a' aplica a função ascii(), '!s' aplica a função str() e '!r' aplica a função repr()

>>> animals = 'eels'
>>> print(f'My hovercraft is full of {animals}.')
My hovercraft is full of eels.
>>> print(f'My hovercraft is full of {animals!r}.')
My hovercraft is full of 'eels'.

Para uma referência dessas especificações de formatos, veja o guia de referência para Minilinguagem de especificação de formato.

7.1.2. O método format()

Um uso básico do método str.format() tem esta forma:

>>> print('We are the {} who say "{}!"'.format('knights', 'Ni'))
We are the knights who say "Ni!"

As chaves e seus conteúdos (chamados campos de formatação) são substituídos pelos objetos passados para o método str.format(). Um número nas chaves pode ser usado para referenciar a posição do objeto passado no método str.format().

>>> print('{0} and {1}'.format('spam', 'eggs'))
spam and eggs
>>> print('{1} and {0}'.format('spam', 'eggs'))
eggs and spam

Se argumentos nomeados são passados para o método str.format(), seus valores serão referenciados usando o nome do argumento:

>>> print('This {food} is {adjective}.'.format(
...       food='spam', adjective='absolutely horrible'))
This spam is absolutely horrible.

Argumentos posicionais e nomeados podem ser combinados à vontade:

>>> print('The story of {0}, {1}, and {other}.'.format('Bill', 'Manfred',
                                                       other='Georg'))
The story of Bill, Manfred, and Georg.

Se uma string de formatação é muito longa, e não se deseja quebrá-la, pode ser bom fazer referência aos valores a serem formatados por nome, em vez de posição. Isto pode ser feito passando um dicionário usando colchetes '[]' para acessar as chaves.

>>> table = {'Sjoerd': 4127, 'Jack': 4098, 'Dcab': 8637678}
>>> print('Jack: {0[Jack]:d}; Sjoerd: {0[Sjoerd]:d}; '
...       'Dcab: {0[Dcab]:d}'.format(table))
Jack: 4098; Sjoerd: 4127; Dcab: 8637678

Isto também pode ser feito passando o dicionário como argumento do método, usando a notação **:

>>> table = {'Sjoerd': 4127, 'Jack': 4098, 'Dcab': 8637678}
>>> print('Jack: {Jack:d}; Sjoerd: {Sjoerd:d}; Dcab: {Dcab:d}'.format(**table))
Jack: 4098; Sjoerd: 4127; Dcab: 8637678

Isto é particularmente útil em conjunto com a função embutida vars(), que devolve um dicionário contendo todas as variáveis locais.

Como exemplo, as linhas seguintes produzem um conjunto de colunas alinhadas, com alguns inteiros e seus quadrados e cubos:

>>> for x in range(1, 11):
...     print('{0:2d} {1:3d} {2:4d}'.format(x, x*x, x*x*x))
...
 1   1    1
 2   4    8
 3   9   27
 4  16   64
 5  25  125
 6  36  216
 7  49  343
 8  64  512
 9  81  729
10 100 1000

Para uma visão completa da formatação de strings com str.format(), veja a seção Sintaxe das strings de formato.

7.1.3. Formatação manual de string

Aqui está a mesma tabela de quadrados e cubos, formatados manualmente:

>>> for x in range(1, 11):
...     print(repr(x).rjust(2), repr(x*x).rjust(3), end=' ')
...     # Note use of 'end' on previous line
...     print(repr(x*x*x).rjust(4))
...
 1   1    1
 2   4    8
 3   9   27
 4  16   64
 5  25  125
 6  36  216
 7  49  343
 8  64  512
 9  81  729
10 100 1000

(Note que o espaço entre cada coluna foi adicionado pela forma que a função print() funciona: sempre adiciona espaços entre seus argumentos.)

O método str.rjust() justifica uma string à direita, num campo de tamanho definido, acrescentando espaços à esquerda. De forma similar, os métodos str.ljust(), justifica à esquerda, e str.center(), para centralizar. Esses métodos não escrevem nada, apenas retornam uma nova string. Se a string de entrada é muito longa, os métodos não truncarão a saída, e retornarão a mesma string, sem mudança; isso vai atrapalhar o layout da coluna, mas geralmente é melhor do que a alternativa, que estaria distorcendo o valor. (Se realmente quiser truncar, sempre se pode adicionar uma operação de fatiamento, como em x.ljust(n)[:n].)

Existe ainda o método str.zfill() que preenche uma string numérica com zeros à esquerda, e sabe lidar com sinais positivos e negativos:

>>> '12'.zfill(5)
'00012'
>>> '-3.14'.zfill(7)
'-003.14'
>>> '3.14159265359'.zfill(5)
'3.14159265359'

7.1.4. Formatação de strings à moda antiga

O operador % (módulo) também pode ser usado para formatação de string. Dado 'string' % valores, as instâncias de % em string são substituídas por zero ou mais elementos de valores. Essa operação é conhecida como interpolação de string. Por exemplo:

>>> import math
>>> print('The value of pi is approximately %5.3f.' % math.pi)
The value of pi is approximately 3.142.

Mais informação pode ser encontrada na seção Formatação de String no Formato printf-style.

7.2. Leitura e escrita de arquivos

A função open() devolve um objeto arquivo, e é frequentemente usada com dois argumentos: open(nome_do_arquivo, modo).

>>> f = open('workfile', 'w')

O primeiro argumento é uma string contendo o nome do arquivo. O segundo argumento é outra string, contendo alguns caracteres que descrevem o modo como o arquivo será usado. modo pode ser 'r' quando o arquivo será apenas lido, 'w' para escrever (se o arquivo já existir seu conteúdo prévio será apagado), e 'a' para abrir o arquivo para adição; qualquer escrita será adicionada ao final do arquivo. A opção 'r+' abre o arquivo tanto para leitura como para escrita. O argumento modo é opcional, em caso de omissão será assumido 'r'.

Normalmente, arquivos são abertos em modo texto, ou seja, você lê e grava strings, de e para o arquivo, numa codificação específica. Se a codificação não for especificada, o padrão é dependente da plataforma/sistema operacional (consulte open()). Incluir 'b' ao modo abre o arquivo em modo binário: os dados são lidos e escritos na forma de bytes. Esse modo deve ser usado para todos os arquivos que não contenham texto.

Em modo texto, o padrão durante a leitura é converter terminadores de linha específicos da plataforma (\n no Unix, \r\n no Windows) para apenas \n. Ao escrever no modo de texto, o padrão é converter as ocorrências de \n de volta para os finais de linha específicos da plataforma. Essa modificação de bastidores nos dados do arquivo é adequada para arquivos de texto, mas corromperá dados binários, como arquivos JPEG ou EXE. Tenha muito cuidado para só usar o modo binário, ao ler e gravar esses arquivos.

É uma boa prática usar a palavra-chave with ao lidar com arquivos. A vantagem é que o arquivo é fechado corretamente após o término de sua utilização, mesmo que uma exceção seja levantada em algum momento. Usar with também é muito mais curto que escrever seu bloco equivalente try-finally:

>>> with open('workfile') as f:
...     read_data = f.read()

>>> # We can check that the file has been automatically closed.
>>> f.closed
True

Se você não está usando a palavra reservada with, então você deveria chamar f.close() para fechar o arquivo e imediatamente liberar qualquer recurso do sistema usado por ele.

Aviso

Chamar f.write() sem usar a palavra reservada with ou chamar``f.close()`` pode resultar nos argumentos de f.write() não serem completamente escritos no disco, mesmo se o programa for encerrado com êxito.

Depois que um arquivo é fechado, seja por uma instrução with ou chamando f.close(), as tentativas de usar o arquivo falharão automaticamente.

>>> f.close()
>>> f.read()
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ValueError: I/O operation on closed file.

7.2.1. Métodos de objetos arquivo

Para simplificar, o resto dos exemplos nesta seção assumem que um objeto arquivo chamado f já foi criado.

Para ler o conteúdo de um arquivo, chame f.read(tamanho), que lê um punhado de dados devolvendo-os como uma string (em modo texto) ou bytes (em modo binário). tamanho é um argumento numérico opcional. Quando tamanho é omitido ou negativo, todo o conteúdo do arquivo é lido e devolvido; se o arquivo é duas vezes maior que memória da máquina, o problema é seu. Caso contrário, no máximo tamanho caracteres (em modo texto) ou tamanho bytes (em modo binário) são lidos e devolvidos. Se o fim do arquivo for atingido, f.read() devolve uma string vazia ('').

>>> f.read()
'This is the entire file.\n'
>>> f.read()
''

O método f.readline() lê uma única linha do arquivo; o caractere de quebra de linha (\n) é mantido ao final da string, e só é omitido na última linha do arquivo, se o arquivo não terminar com uma quebra de linha. Isso elimina a ambiguidade do valor retornado; se f.readline() retorna uma string vazia, o fim do arquivo foi atingido. Linhas em branco são representadas por um '\n' – uma string contendo apenas o caractere terminador de linha.

>>> f.readline()
'This is the first line of the file.\n'
>>> f.readline()
'Second line of the file\n'
>>> f.readline()
''

Uma maneira alternativa de ler linhas do arquivo é iterar diretamente pelo objeto arquivo. É eficiente, rápido e resulta em código mais simples:

>>> for line in f:
...     print(line, end='')
...
This is the first line of the file.
Second line of the file

Se desejar ler todas as linhas de um arquivo em uma lista, pode-se usar list(f) ou f.readlines().

f.write(string) escreve o conteúdo de string para o arquivo, retornando o número de caracteres escritos.

>>> f.write('This is a test\n')
15

Outros tipos de objetos precisam ser convertidos – seja para uma string (em modo texto) ou para bytes (em modo binário) – antes de escrevê-los:

>>> value = ('the answer', 42)
>>> s = str(value)  # convert the tuple to string
>>> f.write(s)
18

f.tell() retorna um inteiro dando a posição atual do objeto arquivo, no arquivo representado, como número de bytes desde o início do arquivo, no modo binário, e um número ininteligível, quando no modo de texto.

Para mudar a posição, use f.seek(offset, de_onde). A nova posição é computada pela soma do deslocamento offset a um ponto de referência especificado pelo argumento de-onde. Se o valor de de_onde é 0,a referência é o início do arquivo, 1 refere-se à posição atual, e 2 refere-se ao fim do arquivo. Este argumento pode ser omitido e o valor padrão é 0, usando o início do arquivo como referência.

>>> f = open('workfile', 'rb+')
>>> f.write(b'0123456789abcdef')
16
>>> f.seek(5)      # Go to the 6th byte in the file
5
>>> f.read(1)
b'5'
>>> f.seek(-3, 2)  # Go to the 3rd byte before the end
13
>>> f.read(1)
b'd'

Em arquivos texto (abertos sem um b, em modo string), somente seeks relativos ao início do arquivo serão permitidos (exceto se for indicado o final do arquivo, com seek(0, 2)) e o único valor válido para offset são aqueles retornados por chamada à f.tell(), ou zero. Qualquer outro valor para offset produz um comportamento indefinido.

Objetos arquivo tem alguns método adicionais, como isatty() e truncate() que não são usados com frequência; consulte a Biblioteca de Referência para um guia completo de objetos arquivo.

7.2.2. Gravando dados estruturados com json

Strings podem ser facilmente gravadas e lidas em um arquivo. Números dão um pouco mais de trabalho, já que o método read() só retorna strings, que terão que ser passadas para uma função como int(), que pega uma string como '123' e retorna seu valor numérico 123. Quando você deseja salvar tipos de dados mais complexos, como listas e dicionários aninhados, a análise e serialização manual tornam-se complicadas.

Ao invés de ter usuários constantemente escrevendo e depurando código para gravar tipos complicados de dados em arquivos, o Python permite que se use o popular formato de troca de dados chamado JSON (JavaScript Object Notation). O módulo padrão chamado json pode pegar hierarquias de dados em Python e convertê-las em representações de strings; esse processo é chamado serialização. Reconstruir os dados estruturados da representação string é chamado desserialização. Entre serializar e desserializar, a string que representa o objeto pode ser armazenada em um arquivo, ou estrutura de dados, ou enviada por uma conexão de rede para alguma outra máquina.

Nota

O formato JSON é comumente usado por aplicativos modernos para permitir troca de dados. Pessoas que programam já estão familiarizadas com esse formato, o que o torna uma boa opção para interoperabilidade.

Um objeto x, pode ser visualizado na sua representação JSON com uma simples linha de código:

>>> import json
>>> x = [1, 'simple', 'list']
>>> json.dumps(x)
'[1, "simple", "list"]'

Outra variação da função dumps(), chamada dump(), serializa o objeto para um arquivo texto. Se f é um arquivo texto aberto para escrita, podemos fazer isto:

json.dump(x, f)

Para decodificar o objeto novamente, se f é um objeto arquivo texto que foi aberto para leitura:

x = json.load(f)

Essa técnica de serialização simples pode manipular listas e dicionários, mas a serialização de instâncias de classes arbitrárias no JSON requer um pouco mais de esforço. A referência para o módulo json contém uma explicação disso.

Ver também

O módulo pickle

Ao contrário do JSON, pickle é um protocolo que permite a serialização de objetos Python arbitrariamente complexos. Por isso, é específico do Python e não pode ser usado para se comunicar com aplicativos escritos em outros linguagens. Também é inseguro por padrão: desserializar dados de pickle, provenientes de uma fonte não confiável, pode executar código arbitrário, se os dados foram criados por um invasor habilidoso.