Added more cross-reference targets and tidied up list of useful handlers.
[python.git] / Doc / tutorial / stdlib2.rst
blob8faa3604640c93981cdb2ee6535aa7c42bc9d974
1 .. _tut-brieftourtwo:
3 *********************************************
4 Brief Tour of the Standard Library -- Part II
5 *********************************************
7 This second tour covers more advanced modules that support professional
8 programming needs.  These modules rarely occur in small scripts.
11 .. _tut-output-formatting:
13 Output Formatting
14 =================
16 The :mod:`repr` module provides a version of :func:`repr` customized for
17 abbreviated displays of large or deeply nested containers::
19    >>> import repr
20    >>> repr.repr(set('supercalifragilisticexpialidocious'))
21    "set(['a', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g', ...])"
23 The :mod:`pprint` module offers more sophisticated control over printing both
24 built-in and user defined objects in a way that is readable by the interpreter.
25 When the result is longer than one line, the "pretty printer" adds line breaks
26 and indentation to more clearly reveal data structure::
28    >>> import pprint
29    >>> t = [[[['black', 'cyan'], 'white', ['green', 'red']], [['magenta',
30    ...     'yellow'], 'blue']]]
31    ...
32    >>> pprint.pprint(t, width=30)
33    [[[['black', 'cyan'],
34       'white',
35       ['green', 'red']],
36      [['magenta', 'yellow'],
37       'blue']]]
39 The :mod:`textwrap` module formats paragraphs of text to fit a given screen
40 width::
42    >>> import textwrap
43    >>> doc = """The wrap() method is just like fill() except that it returns
44    ... a list of strings instead of one big string with newlines to separate
45    ... the wrapped lines."""
46    ...
47    >>> print textwrap.fill(doc, width=40)
48    The wrap() method is just like fill()
49    except that it returns a list of strings
50    instead of one big string with newlines
51    to separate the wrapped lines.
53 The :mod:`locale` module accesses a database of culture specific data formats.
54 The grouping attribute of locale's format function provides a direct way of
55 formatting numbers with group separators::
57    >>> import locale
58    >>> locale.setlocale(locale.LC_ALL, 'English_United States.1252')
59    'English_United States.1252'
60    >>> conv = locale.localeconv()          # get a mapping of conventions
61    >>> x = 1234567.8
62    >>> locale.format("%d", x, grouping=True)
63    '1,234,567'
64    >>> locale.format("%s%.*f", (conv['currency_symbol'],
65    ...               conv['frac_digits'], x), grouping=True)
66    '$1,234,567.80'
69 .. _tut-templating:
71 Templating
72 ==========
74 The :mod:`string` module includes a versatile :class:`Template` class with a
75 simplified syntax suitable for editing by end-users.  This allows users to
76 customize their applications without having to alter the application.
78 The format uses placeholder names formed by ``$`` with valid Python identifiers
79 (alphanumeric characters and underscores).  Surrounding the placeholder with
80 braces allows it to be followed by more alphanumeric letters with no intervening
81 spaces.  Writing ``$$`` creates a single escaped ``$``::
83    >>> from string import Template
84    >>> t = Template('${village}folk send $$10 to $cause.')
85    >>> t.substitute(village='Nottingham', cause='the ditch fund')
86    'Nottinghamfolk send $10 to the ditch fund.'
88 The :meth:`substitute` method raises a :exc:`KeyError` when a placeholder is not
89 supplied in a dictionary or a keyword argument. For mail-merge style
90 applications, user supplied data may be incomplete and the
91 :meth:`safe_substitute` method may be more appropriate --- it will leave
92 placeholders unchanged if data is missing::
94    >>> t = Template('Return the $item to $owner.')
95    >>> d = dict(item='unladen swallow')
96    >>> t.substitute(d)
97    Traceback (most recent call last):
98      . . .
99    KeyError: 'owner'
100    >>> t.safe_substitute(d)
101    'Return the unladen swallow to $owner.'
103 Template subclasses can specify a custom delimiter.  For example, a batch
104 renaming utility for a photo browser may elect to use percent signs for
105 placeholders such as the current date, image sequence number, or file format::
107    >>> import time, os.path
108    >>> photofiles = ['img_1074.jpg', 'img_1076.jpg', 'img_1077.jpg']
109    >>> class BatchRename(Template):
110    ...     delimiter = '%'
111    >>> fmt = raw_input('Enter rename style (%d-date %n-seqnum %f-format):  ')
112    Enter rename style (%d-date %n-seqnum %f-format):  Ashley_%n%f
114    >>> t = BatchRename(fmt)
115    >>> date = time.strftime('%d%b%y')
116    >>> for i, filename in enumerate(photofiles):
117    ...     base, ext = os.path.splitext(filename)
118    ...     newname = t.substitute(d=date, n=i, f=ext)
119    ...     print '{0} --> {1}'.format(filename, newname)
121    img_1074.jpg --> Ashley_0.jpg
122    img_1076.jpg --> Ashley_1.jpg
123    img_1077.jpg --> Ashley_2.jpg
125 Another application for templating is separating program logic from the details
126 of multiple output formats.  This makes it possible to substitute custom
127 templates for XML files, plain text reports, and HTML web reports.
130 .. _tut-binary-formats:
132 Working with Binary Data Record Layouts
133 =======================================
135 The :mod:`struct` module provides :func:`pack` and :func:`unpack` functions for
136 working with variable length binary record formats.  The following example shows
137 how to loop through header information in a ZIP file without using the
138 :mod:`zipfile` module.  Pack codes ``"H"`` and ``"I"`` represent two and four
139 byte unsigned numbers respectively.  The ``"<"`` indicates that they are
140 standard size and in little-endian byte order::
142    import struct
144    data = open('myfile.zip', 'rb').read()
145    start = 0
146    for i in range(3):                      # show the first 3 file headers
147        start += 14
148        fields = struct.unpack('<IIIHH', data[start:start+16])
149        crc32, comp_size, uncomp_size, filenamesize, extra_size = fields
151        start += 16
152        filename = data[start:start+filenamesize]
153        start += filenamesize
154        extra = data[start:start+extra_size]
155        print filename, hex(crc32), comp_size, uncomp_size
157        start += extra_size + comp_size     # skip to the next header
160 .. _tut-multi-threading:
162 Multi-threading
163 ===============
165 Threading is a technique for decoupling tasks which are not sequentially
166 dependent.  Threads can be used to improve the responsiveness of applications
167 that accept user input while other tasks run in the background.  A related use
168 case is running I/O in parallel with computations in another thread.
170 The following code shows how the high level :mod:`threading` module can run
171 tasks in background while the main program continues to run::
173    import threading, zipfile
175    class AsyncZip(threading.Thread):
176        def __init__(self, infile, outfile):
177            threading.Thread.__init__(self)
178            self.infile = infile
179            self.outfile = outfile
180        def run(self):
181            f = zipfile.ZipFile(self.outfile, 'w', zipfile.ZIP_DEFLATED)
182            f.write(self.infile)
183            f.close()
184            print 'Finished background zip of: ', self.infile
186    background = AsyncZip('mydata.txt', 'myarchive.zip')
187    background.start()
188    print 'The main program continues to run in foreground.'
190    background.join()    # Wait for the background task to finish
191    print 'Main program waited until background was done.'
193 The principal challenge of multi-threaded applications is coordinating threads
194 that share data or other resources.  To that end, the threading module provides
195 a number of synchronization primitives including locks, events, condition
196 variables, and semaphores.
198 While those tools are powerful, minor design errors can result in problems that
199 are difficult to reproduce.  So, the preferred approach to task coordination is
200 to concentrate all access to a resource in a single thread and then use the
201 :mod:`Queue` module to feed that thread with requests from other threads.
202 Applications using :class:`Queue.Queue` objects for inter-thread communication
203 and coordination are easier to design, more readable, and more reliable.
206 .. _tut-logging:
208 Logging
209 =======
211 The :mod:`logging` module offers a full featured and flexible logging system.
212 At its simplest, log messages are sent to a file or to ``sys.stderr``::
214    import logging
215    logging.debug('Debugging information')
216    logging.info('Informational message')
217    logging.warning('Warning:config file %s not found', 'server.conf')
218    logging.error('Error occurred')
219    logging.critical('Critical error -- shutting down')
221 This produces the following output::
223    WARNING:root:Warning:config file server.conf not found
224    ERROR:root:Error occurred
225    CRITICAL:root:Critical error -- shutting down
227 By default, informational and debugging messages are suppressed and the output
228 is sent to standard error.  Other output options include routing messages
229 through email, datagrams, sockets, or to an HTTP Server.  New filters can select
230 different routing based on message priority: :const:`DEBUG`, :const:`INFO`,
231 :const:`WARNING`, :const:`ERROR`, and :const:`CRITICAL`.
233 The logging system can be configured directly from Python or can be loaded from
234 a user editable configuration file for customized logging without altering the
235 application.
238 .. _tut-weak-references:
240 Weak References
241 ===============
243 Python does automatic memory management (reference counting for most objects and
244 :term:`garbage collection` to eliminate cycles).  The memory is freed shortly
245 after the last reference to it has been eliminated.
247 This approach works fine for most applications but occasionally there is a need
248 to track objects only as long as they are being used by something else.
249 Unfortunately, just tracking them creates a reference that makes them permanent.
250 The :mod:`weakref` module provides tools for tracking objects without creating a
251 reference.  When the object is no longer needed, it is automatically removed
252 from a weakref table and a callback is triggered for weakref objects.  Typical
253 applications include caching objects that are expensive to create::
255    >>> import weakref, gc
256    >>> class A:
257    ...     def __init__(self, value):
258    ...             self.value = value
259    ...     def __repr__(self):
260    ...             return str(self.value)
261    ...
262    >>> a = A(10)                   # create a reference
263    >>> d = weakref.WeakValueDictionary()
264    >>> d['primary'] = a            # does not create a reference
265    >>> d['primary']                # fetch the object if it is still alive
266    10
267    >>> del a                       # remove the one reference
268    >>> gc.collect()                # run garbage collection right away
269    0
270    >>> d['primary']                # entry was automatically removed
271    Traceback (most recent call last):
272      File "<stdin>", line 1, in <module>
273        d['primary']                # entry was automatically removed
274      File "C:/python26/lib/weakref.py", line 46, in __getitem__
275        o = self.data[key]()
276    KeyError: 'primary'
279 .. _tut-list-tools:
281 Tools for Working with Lists
282 ============================
284 Many data structure needs can be met with the built-in list type. However,
285 sometimes there is a need for alternative implementations with different
286 performance trade-offs.
288 The :mod:`array` module provides an :class:`array()` object that is like a list
289 that stores only homogeneous data and stores it more compactly.  The following
290 example shows an array of numbers stored as two byte unsigned binary numbers
291 (typecode ``"H"``) rather than the usual 16 bytes per entry for regular lists of
292 python int objects::
294    >>> from array import array
295    >>> a = array('H', [4000, 10, 700, 22222])
296    >>> sum(a)
297    26932
298    >>> a[1:3]
299    array('H', [10, 700])
301 The :mod:`collections` module provides a :class:`deque()` object that is like a
302 list with faster appends and pops from the left side but slower lookups in the
303 middle. These objects are well suited for implementing queues and breadth first
304 tree searches::
306    >>> from collections import deque
307    >>> d = deque(["task1", "task2", "task3"])
308    >>> d.append("task4")
309    >>> print "Handling", d.popleft()
310    Handling task1
312    unsearched = deque([starting_node])
313    def breadth_first_search(unsearched):
314        node = unsearched.popleft()
315        for m in gen_moves(node):
316            if is_goal(m):
317                return m
318            unsearched.append(m)
320 In addition to alternative list implementations, the library also offers other
321 tools such as the :mod:`bisect` module with functions for manipulating sorted
322 lists::
324    >>> import bisect
325    >>> scores = [(100, 'perl'), (200, 'tcl'), (400, 'lua'), (500, 'python')]
326    >>> bisect.insort(scores, (300, 'ruby'))
327    >>> scores
328    [(100, 'perl'), (200, 'tcl'), (300, 'ruby'), (400, 'lua'), (500, 'python')]
330 The :mod:`heapq` module provides functions for implementing heaps based on
331 regular lists.  The lowest valued entry is always kept at position zero.  This
332 is useful for applications which repeatedly access the smallest element but do
333 not want to run a full list sort::
335    >>> from heapq import heapify, heappop, heappush
336    >>> data = [1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0]
337    >>> heapify(data)                      # rearrange the list into heap order
338    >>> heappush(data, -5)                 # add a new entry
339    >>> [heappop(data) for i in range(3)]  # fetch the three smallest entries
340    [-5, 0, 1]
343 .. _tut-decimal-fp:
345 Decimal Floating Point Arithmetic
346 =================================
348 The :mod:`decimal` module offers a :class:`Decimal` datatype for decimal
349 floating point arithmetic.  Compared to the built-in :class:`float`
350 implementation of binary floating point, the new class is especially helpful for
351 financial applications and other uses which require exact decimal
352 representation, control over precision, control over rounding to meet legal or
353 regulatory requirements, tracking of significant decimal places, or for
354 applications where the user expects the results to match calculations done by
355 hand.
357 For example, calculating a 5% tax on a 70 cent phone charge gives different
358 results in decimal floating point and binary floating point. The difference
359 becomes significant if the results are rounded to the nearest cent::
361    >>> from decimal import *
362    >>> Decimal('0.70') * Decimal('1.05')
363    Decimal("0.7350")
364    >>> .70 * 1.05
365    0.73499999999999999
367 The :class:`Decimal` result keeps a trailing zero, automatically inferring four
368 place significance from multiplicands with two place significance.  Decimal
369 reproduces mathematics as done by hand and avoids issues that can arise when
370 binary floating point cannot exactly represent decimal quantities.
372 Exact representation enables the :class:`Decimal` class to perform modulo
373 calculations and equality tests that are unsuitable for binary floating point::
375    >>> Decimal('1.00') % Decimal('.10')
376    Decimal("0.00")
377    >>> 1.00 % 0.10
378    0.09999999999999995
380    >>> sum([Decimal('0.1')]*10) == Decimal('1.0')
381    True
382    >>> sum([0.1]*10) == 1.0
383    False
385 The :mod:`decimal` module provides arithmetic with as much precision as needed::
387    >>> getcontext().prec = 36
388    >>> Decimal(1) / Decimal(7)
389    Decimal("0.142857142857142857142857142857142857")