Przechowywanie danych

Czasami potrzebujesz trwale zachować użyteczne informacje. Takie informacje przechowywane są jako dane (cyfrowa reprezentacja informacji przechowywanych na komputerze). Zachowane na komputerze dane powinny przetrwać nawet jeśli wyłączysz i ponownie włączysz urządzenie.

Na szczęście MicroPython na minikomputerze micro:bit pozwala Ci to osiągnąć za pomocą prostego systemu plików. Z powodu ograniczeń pamięci, na system plików dostępne jest tylko około 30k.

Czym jest system plików?

To sposób przechowywania i organizowania danych w sposób trwały - dane zapisane w systemie plików powinny przetrwać restart urządzenia. Tak jak sugeruje to nazwa dane zapisywane w systemie plików przechowywane są jako pliki.

(W języku angielskim słowo file, tłumaczone jako plik, oznacza także dokument - przyp. tłum.)

Plik (komputerowy) jest posiadającym nazwę zasobem cyfrowym, który przechowywany jest w systemie plików. Zasoby takie przechowują użyteczne informacje jako dane. To swego rodzaju oznakowany pojemnik przechowujący informacje. Zazwyczaj nazwa pliku oddaje to co plik zawiera. Zwyczajowo nazwy plików komputerowych kończy się sufiksem .coś. Zazwyczaj to .coś wskazuje jaki typ danych został użyty do reprezentacji informacji. Na przykład, .txt oznacza plik tekstowy, .jpg obraz w formacie JPEG a .mp3 dane dźwiękowe przetworzone do postaci cyfrowej algorytmem MP3.

Niektóre systemy plików (taki jak ten na Twoim laptopie albo komputerze stacjonarnym) pozwalają na organizowanie plików w katalogi – posiadające nazwę pojemniki, które grupują powiązane ze sobą pliki i podkatalogi. Jednakże system plików dostępny w MicroPythonie jest płaskim systemem plików. Płaski system plików nie posiada katalogów – wszystkie Twoje pliki są po prostu przechowywane w jednym i tym samym miejscu.

Język programowania Python zawiera łatwe w użyciu i bardzo skuteczne metody pracy z komputerowym systemem plików. W MicroPythonie na minikomputerze micro:bit zaimplementowano użyteczny podzbiór tych metod. Pozwalają one w łatwy sposób odczytywać i zapisywać pliki z i do urządzenia, jednocześnie zapewniając zgodność z innymi wersjami Pythona.

Ostrzeżenie

Wgrywanie programów na minikomputer micro:bit KASUJE WSZYSTKIE DANE ponieważ operacja ta nadpisuje pamięć flash używaną przez urządzenie, a system plików także jest w niej przechowywany.

Jeżeli jedynie wyłączysz swoje urządzenie, dane pozostaną nienaruszone do czasu, aż je usuniesz albo załadujesz na urządzenie nowy program.

Sezamie otwórz się

Odczyt i zapis w systemie plików wykonywany jest za pomocą funkcji open (ang. otwórz). Kiedy plik jest już otwarty możesz z nim robić rozmaite rzeczy, do czasu aż go zamkniesz. To bardzo ważne abyś zamykał pliki po to, żeby MicroPython wiedział, że skończyłeś z nimi pracować.

Aby mieć pewność, że tak się stanie najlepszym sposobem jest użycie instrukcji with w następujący sposób:

with open('story.txt') as my_file:
    content = my_file.read()
print(content)

Instrukcja with używa funkcji open aby otworzyć plik i przypisać go do obiektu. W powyższym przykładzie funkcja open otwiera plik story.txt (zapewne tekstowy plik z jakąś historyjką [ang. story - opowieść]). Obiekt, który w Pythonie reprezentuje ten plik nazywa się my_file (ang. mój_plik). Następnie, we wciętej linijce programu pod instrukcją with, obiekt my_file zostaje użyty aby odczytać (funkcja read()) zawartość pliku i przypisać ją do obiektu content.

Ważna uwaga: następna linijka zawierająca instrukcję print nie jest wcięta. Blok programu związany z instrukcją with złożony jest tylko z jednej linijki wczytującej plik. Jak tylko blok programu związany z instrukcją with zostanie zamknięty Python (a także MicroPython) automatycznie zamknie plik za Ciebie. To tak zwana obsługa kontekstu – funkcja open tworzy obiekty, które są identyfikatorami kontekstu dla plików.

Mówiąc prościej, zakres programu, w którym operujesz na pliku jest związany z blokiem instrukcji with, która służy do jego otwarcia.

Zdezorientowany?

Niepotrzebnie. Mówię po prostu, że Twój program powinien wyglądać w następujący sposób:

with open(«some_file») as some_object:

# W tym bloku programu, związanym z instrukcją with, # zrób coś z obiektem some_object.

# Kiedy MicroPython dojdzie do końca tego bloku, # automatycznie zamknie plik za Ciebie.

Plik komputerowy otwieramy z dwóch powodów – aby odczytać jego zawartość (jak to pokazano powyżej), albo żeby do niego coś zapisać. Domyślnym trybem jest tryb odczytu. Jeśli chcesz pisać do pliku musisz powiedzieć o tym funkcji open w następujący sposób:

with open(«hello.txt», «w») as my_file:

my_file.write(„Hello, World!”)

Zwróć uwagę na argument 'w', który został użyty aby ustawić obiekt my_file w tryb zapisu. Aby ustawić obiekt pliku w tryb odczytu, możesz przekazać argument 'r', ale ponieważ jest to zachowanie domyślne rzadko się to robi.

Zapis danych do pliku odbywa się za pomocą metody (dobrze odgadłeś) write (ang. pisz). Przyjmuje ona, jako argument, łańcuch znaków (ang. string), który chcesz zapisać do pliku. W powyższym przykładzie zapisałem do pliku „hello.txt” napis „Hello, World!”.

Proste!

Informacja

Kiedy otwierasz plik aby do niego pisać (możliwe, że nawet wielokrotnie, dopóki jest otwarty) będziesz nadpisywać jego zawartość jeśli plik już istnieje.

Jeśli chcesz dodać dane do pliku powinieneś/powinnaś najpierw go wczytać, zachować gdzieś jego zawartość, zamknąć go, dodać (nowe) dane do zachowanej zawartości a następnie otworzyć plik ponownie i wpisać uaktualnioną zawartość.

Tak właśnie postępuje MicroPython; „zwyczajny” Python potrafi otwierać pliki w trybie dodawania („append”). Powodem, dla którego nie możemy tego zrobić na minikomputerze micro:bit jest uproszczony sposób implementacji systemu plików.

Na pomoc systemie operacyjny

Oprócz czytania z i pisania do plików, Python potrafi także wykonywać z nimi inne operacje. Z pewnością chcesz wiedzieć jakie pliki znajdują się w systemie plików, a czasami także je z niego usunąć.

Na zwykłym komputerze, w imieniu Pythona, to system operacyjny (taki jak Windows, OSX czy Linux) zarządza plikami. W Pythonie odpowiednie do tego funkcje dostępne są za pośrednictwem modułu os. Ponieważ jednak sam MicroPython jest systemem operacyjnym postanowiliśmy, dla spójności, pozostawić te funkcje w module os, tak abyś wiedział(a) gdzie je znaleźć gdy będziesz używać normalnej wersji Pythona na urządzeniach takich jak laptop czy Raspberry Pi.

Zasadniczo możesz wykonać trzy operacje związane z systemem plików: uzyskać listę plików, usunąć plik oraz zapytać o rozmiar pliku.

Aby uzyskać listę plików w Twoim systemie plików użyj funkcji listdir. Zwraca ona listę łańcuchów znakowych reprezentujących nazwy plików:

import os
my_files = os.listdir()

Aby skasować plik użyj funkcji remove (ang. usuń). Przyjmuje ona jako argument łańcuch znakowy reprezentujący nazwę pliku, który chcesz skasować w następujący sposób:

import os
os.remove('filename.txt')

Wreszcie, czasami przydaje się wiedzieć jak duży jest plik zanim rozpocznie się jego wczytywanie. Osiągniesz to używając funkcji size (ang. wielkość). Tak jak funkcja remove przyjmuje ona łańcuch znaków reprezentujący nazwę pliku, którego rozmiar chcesz poznać. Funkcja zwraca wartość całkowitą oznaczającą liczbę bajtów, które zajmuje plik:

import os
file_size = os.size('a_big_file.txt')

Bardzo fajnie, że na minikomputerze dostępny jest system plików, ale co jeśli chcemy pobrać z niego albo załadować na niego plik z zewnątrz?

Użyj po prostu narzędzia microfs!

Przesyłanie plików

Jeśli na komputerze, którego używasz do oprogramowywania swojego BBC micro:bit, masz zainstalowanego Pythona, możesz użyć specjalnego narzędzia zwanego microfs (nazywanego skrótowo ufs jeśli używany jest z linii komend). Instrukcję instalacji i pełny opis użycia wszystkich funkcji znajdziesz w dokumentacji tego narzędzia.

Niemniej jednak większość potrzebnych rzeczy można wykonać za pomocą czterech prostych poleceń:

$ ufs ls
story.txt

Komenda ls wyświetla listę plików znajdujących się w systemie plików (została nazywa tak samo jak dobrze znana Uniksowa komenda ls, która ma dokładnie to samo zadanie).

$ ufs get story.txt

Komenda get pobiera plik z podłączonego minikomputera micro:bit i zapisuje go do bieżącego katalogu na Twoim komputerze (nazwana została tak samo jak komenda get popularnego protokołu przesyłu plików – FTP, która spełnia to samo zadanie).

$ ufs rm story.txt

Komenda rm usuwa plik o podanej nazwie z systemu plików na podłączonym micro:bit (nazwana została tak samo jako komanda Uniksowa, która spełnia to samo zadanie).

$ ufs put story2.txt

W końcu komenda put umieszcza plik z komputera na podłączonym do niego micro:bit (nazywa się tak jak, wykonująca tę samą funkcję, komenda protokołu FTP).

Głównie main.py

System plików ma ciekawą cechę - jeśli na urządzenie załadujesz jedynie środowisko uruchomieniowe MicroPython, po włączeniu czeka ono po prostu na wykonanie jakichś poleceń. Jednakże, jeśli skopiujesz również specjalny plik nazwany main.py (ang. main: główny), po restarcie urządzenia MicroPython wykona zawartość tego specjalnego pliku.

Dodatkowo jeśli przekopiujesz inne pliki Pythona do systemu plików minikomputera, możesz je zaimportować (import) tak jak każdy moduł Pythona. Na przykład gdybyś miał plik hello.py zawierający następujący program:

def say_hello(name="World"):
    return "Hello, {}!".format(name)

…mógłbyś zaimportować i użyć funkcji say_hello w następujący sposób:

from microbit import display
from hello import say_hello

display.scroll(say_hello())

Oczywiście wynikiem będzie napis „Hello, World!” przewijający się przez wyświetlacz. Ważne jest, że w tym przykładzie funkcje rozdzielone są na dwa moduły a instrukcja import służy do współdzielenia kodu.

Informacja

Jeśli, na urządzenie, oprócz środowiska uruchomieniowego wgrałeś także skrypt, MicroPython zignoruje plik main.py i zamiast tego wykona polecenia ze skryptu.

Aby wgrać tylko środowisko uruchomieniowe, upewnij się że skrypt, który wpisałeś w edytorze, jest pusty (nie ma w nim żadnych znaków). Po załadowaniu będziesz mógł przekopiować plik main.py.