如何将程序的结果展示给用户或保存下来？

小象实战讲义 · Python 编程从入门到实践

在编写程序时，我们经常需要将计算结果展示给用户，或者将数据保存到文件中供后续使用。本节将学习 Python 中最核心的两种输出方式：向控制台（屏幕）输出和向文件输出。这是数据从程序流向外界的关键一步，也是后续所有程序交互的基础。

💡 核心导读

• print() 函数：向控制台输出信息的基本工具，可以直接输出变量或字符串。
• 格式化输出：使用 % 占位符，可以精确控制输出内容的格式（如小数位数、对齐等）。
• 文件写入：使用 open() 函数以写入模式打开文件，通过 write() 方法将内容保存到磁盘。
• 文件打开模式：'w'（写入，会覆盖原文件）和 'a'（追加，在文件末尾添加）。
• 安全操作：使用 with 语句管理文件，可以自动关闭文件，避免资源泄露。

向控制台输出：print() 函数

print() 是 Python 中最常用的输出函数，它将你传入的内容显示在控制台（如终端、Jupyter Notebook 的输出单元格）上。

直接输出

最简单的用法是直接将字符串或变量传给 print()。

import math

# 直接输出字符串
print("Hello, Python!")

# 输出多个内容，print() 会用空格将它们分隔开
name = "小明"
age = 18
print("姓名：", name, "年龄：", age)

# 格式化输出：%5.3f 表示总宽度5位、保留3位小数
print('常量 PI 的值近似为：%5.3f。' % math.pi)
print('PI 的两种精度：%5.3f 和 %5.4f' % (math.pi, math.pi))

Hello, Python!
姓名： 小明 年龄： 18
常量 PI 的值近似为：3.142。
PI 的两种精度：3.142 和 3.1416

格式化输出

当我们需要更精确地控制输出格式时（比如控制小数位数、对齐等），可以使用格式化输出。Python 中一种经典的格式化方法是使用 % 操作符。

基本格式："格式化字符串" % 值

• 在字符串中用 % 加格式符（如 %s, %f, %d）作为占位符。
• 字符串外的 % 后面跟上要填入的值。如果只有一个值，可以直接写；如果有多个值，需要用元组 (值1, 值2, ...) 括起来。

格式符说明：

• %s：字符串 (String)
• %d：十进制整数 (Decimal integer)
• %f：浮点数 (Float)
• %x / %o：十六进制 / 八进制整数

在 %f 中，可以指定宽度和精度，如 %5.3f：

• 5 表示最小总宽度（包括小数点和小数部分）。如果实际数字位数不足，会在左侧填充空格；如果位数超出（如 3.1416 有6位），则会按实际宽度显示，不会截断。
• .3 表示保留3位小数，并进行四舍五入。

向文件输出：保存数据到磁盘

除了在屏幕上显示，我们经常需要将程序生成的数据（如日志、计算结果）永久保存到文件中。

基本文件写入步骤

1. 打开文件：使用 open(文件路径, 模式) 函数。写入模式常用 'w' (write) 或 'a' (append)。
2. 写入内容：使用文件对象的 .write(字符串) 方法。
3. 关闭文件：使用 .close() 方法。这一步非常重要，它能确保数据被真正写入磁盘并释放系统资源。

为满足讲义代码可复制即跑、且不落盘写文件，下面的示例用内存流（io.StringIO）模拟文件；真实项目中把 StringIO() 换成 open('文件路径', 'w') 即可。

import io

# 用 StringIO 在内存中模拟文件，避免依赖本地目录
content = "这是我写的第一行。\n第二行内容\n"
file_buffer = io.StringIO()

# write() 返回写入的字符数
written = file_buffer.write(content)
print("write() 返回：{}".format(written))

# 把指针移回开头，读回刚才写入的内容
file_buffer.seek(0)
print("读回文件内容：")
print(file_buffer.read(), end="")
file_buffer.close()
print("文件已关闭")

write() 返回：16
读回文件内容：
这是我写的第一行。
第二行内容
文件已关闭

真实操作磁盘文件时，把 io.StringIO() 换成 open(文件路径, "w")，其余 write()、close() 的流程不变。content 一共 16 个字符，所以文本模式下 write() 返回 16。

使用 with 语句安全写入

手动调用 .close() 容易忘记，尤其是在程序发生异常时。Python 提供了 with 语句，能自动管理文件的关闭，更加安全可靠。

import io

# with 代码块结束时，文件会自动关闭，无需显式调用 close()
with io.StringIO() as log_file:
    log_file.write("第一行内容。\n")
    log_file.write("这是追加的第二行。\n")
    log_file.seek(0)
    final_content = log_file.read()

print("模拟追加后的文件内容：")
print(final_content, end="")
print("with 代码块结束，文件已自动关闭。")

模拟追加后的文件内容：
第一行内容。
这是追加的第二行。
with 代码块结束，文件已自动关闭。

追加模式 vs 写入模式

• 'w' (写入模式)：打开文件时，会清空文件原有的所有内容，然后从头开始写入。
• 'a' (追加模式)：打开文件时，保留原有内容，新的写入会从文件末尾开始添加。

StringIO 是内存对象，没有文件打开模式，所以覆盖与追加只能在真实文件上看到效果。下面是两种模式的真实写法（示意：讲义代码禁止落盘，不能实跑）：

# 示意：讲义代码禁止落盘，不能实跑
# 'w' 写入模式：打开时清空原内容，从头开始写
with open('log.txt', 'w') as f:
    f.write('第一行内容\n')

# 'a' 追加模式：保留原内容，新内容写到文件末尾
with open('log.txt', 'a') as f:
    f.write('第二行内容\n')

📝 动手练一练

1. 格式化练习：假设你有一个商品单价 price = 45.6789 元，请使用格式化输出，将其显示为“商品单价：45.68元”（保留两位小数）。

price = 45.6789
print('商品单价：%.2f元' % price)

商品单价：45.68元

2. 日志记录：编写一段代码，模拟将当前日期和一条信息“程序启动成功”以追加模式写入一个名为 my_log.txt 的日志文件。请使用 with 语句确保安全。

import io

log_date = "2023-10-27"  # 用固定日期，避免依赖当前时间
log_message = "程序启动成功"

with io.StringIO() as log_file:
    log_file.write("{}: {}\n".format(log_date, log_message))
    log_file.seek(0)
    written_log = log_file.read()

print("模拟写入日志：")
print(written_log, end="")

模拟写入日志：
2023-10-27: 程序启动成功

常见错误

小结

1. print() 函数是向控制台输出信息的基本方式，可直接输出，也可用 % 进行格式化输出。
2. 格式化字符串中，%s、%d、%f 是常用占位符，%5.3f 可控制宽度和精度。
3. 写入文件需要三步：打开 (open)、写入 (write)、关闭 (close)。
4. 使用 with open(...) as f: 语句可以自动管理文件关闭，是更安全的做法。
5. 文件打开模式 'w' 会覆盖原文件，'a' 会在文件末尾追加新内容。
6. 写入文件后务必确保文件被正确关闭，否则可能导致数据丢失。

📋 行动清单

• 在本地创建一个 Python 脚本，尝试用 % 格式化输出你的身高（假设为 1.753 米），保留两位小数。
• 使用 with 语句，编写代码将你的名字和今天的学习内容追加到一个名为 study_log.txt 的文件中。
• 分别用 'w' 和 'a' 模式向同一个文件写入内容，观察最终文件内容的区别。

—— 小象教研组