python编程 ：第二十七课：我的第一个数据管理系统 – 综合项目实战

• 时长: 90 分钟
• 教学目标:
  • 综合运用本系列课程所学的所有核心知识点：
    • 数据结构: 列表（存储多条记录）、字典（存储单条记录的属性）。
    • 控制流程: 循环（遍历、菜单循环）、条件判断（选择、验证输入）。
    • 函数: 封装功能（添加、查看、查找、删除）。
    • 文件操作: 读取和写入数据到文本文件，实现数据持久化。
    • 错误处理: try-except 捕获用户输入和文件操作可能出现的错误。
  • 学习如何设计一个小型系统：规划功能模块、数据存储格式。
  • 提升将复杂需求分解为可执行代码的能力。
  • 培养程序开发中的模块化思维（用函数组织代码）。
  • 体验从零开始构建一个“小型应用”的完整过程和成就感。

课程内容

1. 复习与引入 (10 分钟)

• 复习: 快速回顾之前学过的所有核心概念：变量、数据类型、列表、字典、元组、集合、函数、循环、条件判断、文件操作、错误处理、random 和 os 模块。
• 提出问题: 老师提问：“我们现在掌握了很多编程‘积木块’了。列表可以存多个数据，字典可以存有标签的数据，函数可以把代码打包，文件可以把数据保存下来。那我们能不能把这些‘积木块’组合起来，做一个能管理一些数据的小程序呢？比如，管理一个简单的学生通讯录，或者一个待办事项列表，或者一个小小的图书馆藏书记录？”
• 引出综合项目: 今天，我们将挑战一个稍微复杂一点的综合项目：一个简单的学生信息管理系统。这个系统能把学生的名字、学号、年龄等信息保存到文件里，下次打开程序还能继续用，并且能实现添加、查看、查找和删除学生信息的功能。

2. 项目需求分析与系统设计 (15 分钟)

• 功能需求:
  • 添加学生信息: 每次添加一个学生（姓名、学号、年龄）。
  • 查看所有学生信息: 列出所有已保存的学生。
  • 查找学生信息: 根据学生姓名查找并显示信息。
  • 删除学生信息: 根据学生姓名删除学生记录。
  • 保存/加载数据: 所有学生信息要能保存到文件，程序启动时能从文件加载。
  • 友好交互: 提供菜单让用户选择功能，处理可能的错误输入。
• 数据存储设计:
  • 每个学生的信息（姓名、学号、年龄）是一组关联数据 → 用字典来表示一个学生。例如：{"name": "小明", "id": "S001", "age": 12}。
  • 所有学生的信息 → 用一个列表来存储多个学生字典。例如：[{"name": "小明", ...}, {"name": "小红", ...}]。
  • 数据保存到文件 → 使用文本文件。每行可以存储一个学生的信息，但如何将字典转换为字符串保存？简单起见，可以把字典的关键信息（如姓名,学号,年龄）用逗号分隔成一行字符串（例如 "小明,S001,12"），保存到文件。读取时再拆分（用 .split(',')）。
• 功能模块分解 (函数设计):
  • load_students(filename): 从文件加载学生数据到列表。
  • save_students(students_list, filename): 将学生列表保存到文件。
  • add_student(students_list): 接收用户输入，添加新学生到列表。
  • view_students(students_list): 打印所有学生信息。
  • find_student(students_list, name): 根据姓名查找学生，返回学生字典或 None。
  • delete_student(students_list, name): 根据姓名删除学生。
  • display_menu(): 打印操作菜单。
  • main_loop(): 主程序循环，处理用户选择和调用相应函数。

3. Step by Step 实现项目代码 (40 分钟)

老师带领学生一步一步编写代码。每写一部分，都运行测试一下。

• 准备工作:
  • 定义文件路径常量：DATA_FILE = "students.txt"
  • 初始化学生列表：students = []
• 第一步：数据加载和保存函数 (load_students, save_students)
  • 讲解文件格式：每行 姓名,学号,年龄
  • load_students: 用 with open(..., 'r') 逐行读取，.strip() 去除换行符，.split(',') 分割，转换为字典，添加到列表。注意 try-except FileNotFoundError。

    DATA_FILE = "students.txt" # 数据文件路径
    
    def load_students(filename):
        students_list = []
        try:
            with open(filename, 'r', encoding='utf-8') as f: # 指定编码防止乱码
                for line in f:
                    parts = line.strip().split(',')
                    if len(parts) == 3: # 确保数据完整
                        try:
                            student = {
                                "name": parts[0],
                                "id": parts[1],
                                "age": int(parts[2]) # 年龄转换为整数
                            }
                            students_list.append(student)
                        except ValueError:
                            print(f"警告：跳过无效行数据: {line.strip()}")
        except FileNotFoundError:
            print(f"数据文件 '{filename}' 不存在，将创建新的文件。")
        return students_list
    
    def save_students(students_list, filename):
        with open(filename, 'w', encoding='utf-8') as f:
            for student in students_list:
                # 将学生字典转换为字符串 "姓名,学号,年龄\n"
                f.write(f"{student['name']},{student['id']},{student['age']}\n")
        print("学生信息已保存到文件。")
    
    # 主程序开始时加载数据
    students_data = load_students(DATA_FILE)
    print(f"加载了 {len(students_data)} 条学生信息。")
    

  • save_students: 用 with open(..., 'w') 遍历列表，将每个字典转换为字符串（用 f-string 格式化），写入文件。
• 第二步：菜单显示函数 (display_menu)

  def display_menu():
      print("\n--- 学生信息管理系统 ---")
      print("1. 添加学生")
      print("2. 查看所有学生")
      print("3. 查找学生")
      print("4. 删除学生")
      print("0. 退出系统")
      print("--------------------")
  

• 第三步：添加学生函数 (add_student)
  • 获取用户输入，进行简单验证（年龄是否是数字）。
  • 创建学生字典，添加到列表中。

  def add_student(students_list):
      print("\n--- 添加新学生 ---")
      name = input("请输入学生姓名：")
      student_id = input("请输入学生学号：")
      age_str = input("请输入学生年龄：")
  
      try:
          age = int(age_str)
          if age <= 0:
              print("年龄必须是正整数。")
              return # 提前结束函数
      except ValueError:
          print("年龄输入无效，请输入数字。")
          return
  
      # 检查学号是否重复 (简单查找)
      for student in students_list:
          if student['id'] == student_id:
              print("错误：该学号已存在！")
              return
  
      new_student = {"name": name, "id": student_id, "age": age}
      students_list.append(new_student)
      print(f"学生 {name} 已添加成功！")
  

• 第四步：查看所有学生函数 (view_students)
  • 遍历列表，打印每个学生的信息。

  def view_students(students_list):
      print("\n--- 所有学生信息 ---")
      if not students_list: # 判断列表是否为空
          print("目前没有学生信息。")
          return
  
      print(f"{'姓名':<10}{'学号':<10}{'年龄':<5}") # 格式化表头
      print("-" * 25)
      for student in students_list:
          print(f"{student['name']:<10}{student['id']:<10}{student['age']:<5}")
      print("--------------------")
  

• 第五步：查找学生函数 (find_student)
  • 根据姓名遍历列表，查找匹配的字典。

  def find_student(students_list, name_to_find):
      for student in students_list:
          if student['name'] == name_to_find:
              print(f"\n--- 找到学生信息 ---")
              print(f"姓名: {student['name']}")
              print(f"学号: {student['id']}")
              print(f"年龄: {student['age']}")
              print("--------------------")
              return student # 找到后返回学生字典
      print(f"未找到学生 '{name_to_find}'。")
      return None # 未找到返回 None
  

• 第六步：删除学生函数 (delete_student)
  • 根据姓名查找，如果找到则从列表中移除。

  def delete_student(students_list, name_to_delete):
      found_index = -1
      for i, student in enumerate(students_list): # 使用 enumerate 获取索引
          if student['name'] == name_to_delete:
              found_index = i
              break # 找到第一个就停止
  
      if found_index != -1:
          del students_list[found_index] # 删除对应索引的元素
          print(f"学生 '{name_to_delete}' 已删除成功。")
          return True
      else:
          print(f"未找到学生 '{name_to_delete}'。")
          return False
  

• 第七步：主程序循环 (main_loop)
  • while True 循环显示菜单，获取用户选择，调用对应函数。
  • 使用 if-elif-else 处理用户选择。
  • 退出时保存数据。

  def main_loop():
      # 确保 students_data 变量能被函数内部使用 (在函数外面定义了)
      global students_data # 声明使用全局变量，以便在函数内部修改它
  
      while True:
          display_menu()
          choice = input("请选择操作 (输入数字): ")
  
          if choice == '1':
              add_student(students_data)
          elif choice == '2':
              view_students(students_data)
          elif choice == '3':
              name = input("请输入要查找的学生姓名：")
              find_student(students_data, name)
          elif choice == '4':
              name = input("请输入要删除的学生姓名：")
              delete_student(students_data, name)
          elif choice == '0':
              print("正在保存数据并退出系统...")
              save_students(students_data, DATA_FILE)
              print("感谢使用！")
              break # 退出循环
          else:
              print("无效的选择，请重新输入。")
  

• 最后：启动主程序

  if __name__ == "__main__": # 确保这段代码只在直接运行文件时执行
      main_loop()
  

  （讲解 if __name__ == "__main__": 的作用，确保主程序代码在文件被作为模块导入时不运行）。

4. 课堂巩固练习与扩展 (15 分钟)

• 练习 1: 在 add_student 函数中，添加一个功能，检查新添加学生的学号是否重复。如果学号已经存在，就提示用户“该学号已存在，请重新输入”并取消添加。
• 练习 2: 修改 find_student 函数，让它返回找到的学生字典（如果找到），这样在 main_loop 中调用它时，可以对返回的学生信息做进一步处理（例如，找到后询问用户是否要修改这个学生的信息）。
• 练习 3: (选做) 增加一个新功能：修改学生信息。
  • 让用户输入要修改的学生的姓名。
  • 如果找到该学生，询问用户要修改哪个信息（姓名、学号、年龄）。
  • 获取新值，更新学生字典中的对应信息。
  • 提示用户修改成功。

5. 总结与提问 (5 分钟)

• 回顾: 总结本节课通过一个学生信息管理系统项目，综合运用了所有核心知识点：列表存储多个学生，字典存储单个学生属性，函数封装各个功能，文件读写实现数据保存，循环构建菜单，条件判断处理选择和验证，错误处理增强健壮性。
• 提问:
  • 在这个项目中，我们用列表存了什么？用字典存了什么？
  • 为什么需要 load_students 和 save_students 函数？
  • 为什么 main_loop 里要用 while True？
  • 你在哪些地方用到了错误处理 try-except？
  • 这个项目用了哪些之前学过的“编程积木块”？
• 答疑: 回答学生问题。

6. 布置课后作业 (5 分钟)

• 作业 1: 完善课堂上练习 1、2、3 的功能（学号重复检查、find_student 返回值、增加修改功能）。
• 作业 2: 增加一个功能：统计。
  • 添加一个菜单选项 5. 统计。
  • 编写一个函数 count_students_by_age(students_list, min_age, max_age)，统计某个年龄范围内的学生数量。
  • 在统计功能中，调用此函数，例如统计 10-12 岁（包含两端）的学生人数。
• 作业 3: 尝试优化数据文件格式，让每行保存的数据更清晰，例如使用 JSON 格式（可选，可能需要简单介绍 json 模块）。或者，让学生思考如何更健壮地处理文件读取时的无效数据行。
• 作业 4: (选做) 将这个系统扩展为一个简单的商品管理系统：
  • 存储商品名称、价格、库存。
  • 实现添加、查看、查找、删除、修改商品的功能。
  • 所有数据也要能保存到文件。