📝 Day 2: Python文件操作与数据处理 - 待办事项管理器

📝 Day 2: Python文件操作与数据处理 - 待办事项管理器

学习日期: 2026-04-28
项目: 待办事项管理器（Todo Manager）
预计时间: 10分钟实践 + 15分钟理论学习

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🎯 今天学到的内容

1. JSON数据格式

✅ 什么是JSON？

JSON（JavaScript Object Notation）是一种轻量级的数据交换格式，易于阅读和编写。

Python中的字典 ↔ JSON对照：

# Python字典
todo = {
    "id": 1,
    "title": "学习Python",
    "completed": False,
    "priority": "高"
}

// JSON格式
{
    "id": 1,
    "title": "学习Python",
    "completed": false,
    "priority": "高"
}

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2. 文件读写操作

✅ 打开文件的两种方式

读取文件：

with open('todos.json', 'r', encoding='utf-8') as f:
    data = json.load(f)

写入文件：

with open('todos.json', 'w', encoding='utf-8') as f:
    json.dump(data, f, ensure_ascii=False, indent=2)

💡 关键参数解释

参数	作用
'r'	读取模式（read）
'w'	写入模式（write，会覆盖原文件）
'a'	追加模式（append）
encoding='utf-8'	支持中文
ensure_ascii=False	JSON中保留中文（不转义）
indent=2	JSON缩进2格，更易读

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3. with 语句（上下文管理器）

📖 为什么用 with？

不用 with（不推荐）：

f = open('todos.json', 'r')
data = json.load(f)
f.close()  # 忘记关闭会占用资源！

用 with（推荐）：

with open('todos.json', 'r') as f:
    data = json.load(f)
# 自动关闭文件，即使出错也会关闭！

类比理解：
with 就像图书馆借书，借完自动归还，不用担心逾期！📚

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4. 列表推导式

✅ 强大的过滤工具

语法：[表达式 for 元素 in 列表 if 条件]

实例：

# 只获取未完成的事项
pending = [t for t in self.todos if not t['completed']]

# 只获取高优先级事项
high = [t for t in self.todos if t['priority'] == '高']

# 获取所有ID
ids = [t['id'] for t in self.todos]

传统写法 vs 推导式：

# 传统写法（5行）
pending = []
for t in self.todos:
    if not t['completed']:
        pending.append(t)

# 推导式（1行）✅
pending = [t for t in self.todos if not t['completed']]

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5. 字典操作进阶

✅ 访问字典

todo = {
    "id": 1,
    "title": "学习Python",
    "completed": False
}

# 方式1：直接访问（键不存在会报错）
print(todo['title'])  # 输出: 学习Python

# 方式2：get方法（键不存在返回None）
print(todo.get('title'))  # 输出: 学习Python
print(todo.get('priority'))  # 输出: None
print(todo.get('priority', '中'))  # 输出: 中（默认值）

✅ 添加/修改字典

# 添加新键值对
todo['completed_at'] = '2026-04-28 10:30:00'

# 修改值
todo['completed'] = True

# 删除键
del todo['priority']

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6. os 模块

✅ 检查文件是否存在

import os

if os.path.exists('todos.json'):
    print("文件存在")
else:
    print("文件不存在")

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7. 异常处理

✅ try-except 语句

try:
    with open('todos.json', 'r') as f:
        data = json.load(f)
except FileNotFoundError:
    print("文件不存在")
except json.JSONDecodeError:
    print("JSON格式错误")
except Exception as e:
    print(f"其他错误: {e}")

类比理解：
异常处理就像编程的"安全网"，捕获错误而不是让程序崩溃！🛡️

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🛠️ 实战项目：待办事项管理器

项目功能

✅ 添加事项 - 支持设置优先级（高/中/低）
✅ 查看事项 - 显示全部或仅未完成
✅ 完成事项 - 标记完成并记录时间
✅ 删除事项 - 按ID删除
✅ 统计信息 - 完成率、优先级分布
✅ 数据持久化 - 自动保存到JSON文件

核心代码结构

class TodoManager:
    def __init__(self, filename="todos.json"):
        self.filename = filename
        self.todos = []
        self.load_todos()  # 启动时加载
    
    def load_todos(self):
        """从JSON文件加载数据"""
        if os.path.exists(self.filename):
            with open(self.filename, 'r', encoding='utf-8') as f:
                self.todos = json.load(f)
    
    def save_todos(self):
        """保存数据到JSON文件"""
        with open(self.filename, 'w', encoding='utf-8') as f:
            json.dump(self.todos, f, ensure_ascii=False, indent=2)
    
    def add_todo(self, title, priority="中"):
        """添加待办事项"""
        todo = {
            "id": len(self.todos) + 1,
            "title": title,
            "completed": False,
            "priority": priority,
            "created_at": datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")
        }
        self.todos.append(todo)
        self.save_todos()
    
    def complete_todo(self, todo_id):
        """标记完成"""
        for todo in self.todos:
            if todo['id'] == todo_id:
                todo['completed'] = True
                todo['completed_at'] = datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")
                self.save_todos()
                return
    
    def delete_todo(self, todo_id):
        """删除事项"""
        for i, todo in enumerate(self.todos):
            if todo['id'] == todo_id:
                self.todos.pop(i)
                self.save_todos()
                return

运行方式

cd d:\WorkSpace\Python\python_learn
.\.venv\Scripts\Activate.ps1
python day02_todo_manager.py

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📊 生成的JSON文件示例

运行后会自动创建 todos.json 文件：

[
  {
    "id": 1,
    "title": "学习Python基础",
    "completed": true,
    "priority": "高",
    "created_at": "2026-04-28 10:00:00",
    "completed_at": "2026-04-28 10:30:00"
  },
  {
    "id": 2,
    "title": "完成Day 3项目",
    "completed": false,
    "priority": "中",
    "created_at": "2026-04-28 11:00:00"
  }
]

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🎓 关键知识点总结

文件操作流程

1. 检查文件是否存在 → os.path.exists()
2. 打开文件 → with open()
3. 读取/写入 → json.load() / json.dump()
4. 自动关闭 → with语句自动处理

JSON操作对照表

操作	Python	JSON
字典	dict	{}
列表	list	[]
字符串	str	""
数字	int/float	number
布尔值	True/False	true/false
空值	None	null

CRUD操作

操作	方法	说明
Create	add_todo()	添加新事项
Read	view_todos()	查看事项列表
Update	complete_todo()	标记完成
Delete	delete_todo()	删除事项

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💡 今天的难点解析

难点1：为什么用 json.dump() 而不是 f.write()？

# ❌ 直接写字典会报错
f.write(self.todos)  # TypeError: write() argument must be str

# ✅ 先序列化为JSON字符串
json.dump(self.todos, f)  # 正确！

难点2：enumerate() 的作用

# 同时获取索引和值
for i, todo in enumerate(self.todos):
    print(f"{i}: {todo['title']}")

# 等同于
for i in range(len(self.todos)):
    print(f"{i}: {self.todos[i]['title']}")

难点3：列表的 pop() vs remove()

todos = [1, 2, 3, 4, 5]

# pop() - 按索引删除，返回被删除的值
removed = todos.pop(2)  # 删除索引2的元素
print(removed)  # 输出: 3
print(todos)    # 输出: [1, 2, 4, 5]

# remove() - 按值删除，不返回值
todos.remove(2)  # 删除值为2的元素
print(todos)     # 输出: [1, 4, 5]

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🧪 动手实验

实验1：查看生成的JSON文件

# 运行程序后，查看 todos.json 文件
cat todos.json  # 或在编辑器中打开

实验2：手动修改JSON文件

1. 打开 todos.json
2. 手动添加一个事项
3. 重新运行程序，看是否加载

实验3：添加新功能

# 尝试添加"修改事项"功能
def edit_todo(self, todo_id, new_title):
    """修改待办事项标题"""
    for todo in self.todos:
        if todo['id'] == todo_id:
            todo['title'] = new_title
            self.save_todos()
            return
    print("未找到该事项")

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💡 今天的学习收获

✅ 掌握了

• JSON数据格式和Python字典的转换
• 文件读写操作（打开、读取、写入、关闭）
• with 语句的安全特性
• 列表推导式的使用
• 字典的高级操作
• 异常处理基础
• CRUD操作模式

🤔 理解难点

• json.dump() vs f.write() 的区别
• enumerate() 的双重作用
• 列表 pop() 和 remove() 的差异

🚀 实践成果

• ✅ 完成了待办事项管理器
• ✅ 实现了数据持久化（保存/加载）
• ✅ 掌握了文件操作技能
• ✅ 学会了JSON数据处理

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📚 扩展阅读

Python文件操作

• 官方文档 - 文件读写

JSON模块

• 官方文档 - json模块

列表推导式

• Python推导式完全指南

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🎯 明日预告：天气查询工具

将学习:

• API调用基础
• requests库使用
• JSON数据解析
• 错误处理进阶

项目: 调用真实天气API，查询城市天气信息

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💭 学习心得

"今天学习了文件操作和JSON数据处理，最大的收获是理解了'数据持久化'的概念。
程序运行完后数据就没了，但保存到文件后，下次启动还能继续用！
列表推导式真的很强大，一行代码就能完成过滤操作。
明天要学习API调用，期待能连接到真实的网络服务！"

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完整代码: day02_todo_manager.py
数据文件: todos.json（运行后自动生成）

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