代码收藏家技术教程 2024-11-12

Python中的知识点:文件操作(open函数和os模块)

文件读写

1. 文件读写基础

打开文件：

使用open()函数时，除了文件名和模式，还可以指定其他参数，如buffering（缓冲策略）、encoding（文本编码）、errors（编码错误处理）、newline（换行符处理）等。

模式解释：

'r'：只读模式，文件必须存在。

'w'：写入模式，如果文件存在则覆盖，不存在则创建。

'a'：追加模式，如果文件存在则在文件末尾追加内容，不存在则创建。

'+'：更新模式，可以读也可以写（如'r+'、'w+'、'a+'）。

'b'：二进制模式，用于处理非文本文件。

示例：file = open('example.txt', 'r', encoding='utf-8')

读取文件：

read(size=-1)：读取整个文件内容（如果指定size，则读取size个字符）。

readline(size=-1)：读取文件中的一行，如果指定size，则读取最多size个字符。

readlines(hint=-1)：读取文件中的每一行，并返回一个列表，其中每个元素是一行。如果指定hint，则读取最多hint个字符的行数。

示例：

with open('example.txt', 'r') as file:
    content = file.read()  # 读取整个文件
    lines = file.readlines()  # 读取所有行到列表

写入文件：

write(string)：将字符串写入文件。

writelines(lines)：将字符串列表写入文件，不会自动添加换行符，需要手动在每个字符串末尾添加\n。

示例：

with open('example.txt', 'w') as file:
    file.write('Hello, world!\n')
    file.writelines(['First line\n', 'Second line\n'])

关闭文件：

使用close()方法显式关闭文件，但更好的做法是使用with语句，它会在代码块执行完毕后自动关闭文件，即使在代码块中发生异常也会关闭文件。

示例：

file = open('example.txt', 'r')
try:
    content = file.read()
finally:
    file.close()  # 使用finally确保文件关闭

或使用with语句：

with open('example.txt', 'r') as file:
    content = file.read()  # 文件会在with语句结束时自动关闭

2. 编码与路径

文本编码：

在打开文件时，可以通过encoding参数指定编码方式，如'utf-8'、'ascii'、'latin1'等。

如果不指定encoding，则默认使用系统默认的编码方式（在Python 3中通常是'utf-8'）。

示例：file = open('example.txt', 'r', encoding='utf-8')

路径：

可以使用相对路径或绝对路径指定文件位置。

在Windows中，路径分隔符为\，但在字符串中需要转义为\\或使用原始字符串（在字符串前加r）。

在Unix/Linux和macOS中，路径分隔符为/。

示例：

# Windows路径
file = open(r'C:\path\to\file.txt', 'r')
# 或
file = open('C:\\path\\to\\file.txt', 'r')

# Unix/Linux/macOS路径
file = open('/path/to/file.txt', 'r')

3. 文件夹操作

创建文件夹：

使用os.makedirs()可以递归地创建多级目录。

使用os.mkdir()只能创建单个目录。

示例：

import os
os.makedirs('new_directory/sub_directory')  # 创建多级目录
os.mkdir('single_directory')  # 创建单个目录

删除文件夹：

使用os.rmdir()删除空目录。

使用shutil.rmtree()删除非空目录及其内容。

示例：

import os
import shutil
os.rmdir('empty_directory')  # 删除空目录
shutil.rmtree('non_empty_directory')  # 删除非空目录及其内容

列出文件：

使用os.listdir()列出指定目录下的所有文件和文件夹。

可以使用os.path.join()来构建路径，以避免手动拼接字符串时可能出现的错误。

示例：

import os
files = os.listdir('directory_name')
for file in files:
    full_path = os.path.join('directory_name', file)
    print(full_path)

4. 命令行参数

使用sys.argv可以获取命令行传递给脚本的参数列表。

sys.argv[0]是脚本名，sys.argv[1:]是传递给脚本的参数。

示例：

import sys
if len(sys.argv) > 1:
    for arg in sys.argv[1:]:
        print('Argument:', arg)
else:
    print('No arguments provided.')

在命令行中运行脚本时，可以传递参数，如python script.py arg1 arg2。

5. 数据交换格式

CSV：

使用csv模块可以方便地读取和写入CSV文件。

可以使用csv.reader()读取CSV文件，使用csv.writer()写入CSV文件。

还可以使用csv.DictReader()和csv.DictWriter()以字典的形式处理CSV数据。

示例：

import csv

# 读取CSV文件
with open('data.csv', 'r', newline='') as file:
    reader = csv.reader(file)
    headers = next(reader)  # 读取表头
    for row in reader:
        print(dict(zip(headers, row)))  # 将行转换为字典

# 写入CSV文件
data = [
    {'name': 'Alice', 'age': 30},
    {'name': 'Bob', 'age': 25}
]
with open('output.csv', 'w', newline='') as file:
    fieldnames = ['name', 'age']
    writer = csv.DictWriter(file, fieldnames=fieldnames)
    writer.writeheader()  # 写入表头
    writer.writerows(data)  # 写入数据行

JSON：

使用json模块可以将Python对象（如字典、列表）转换为JSON字符串，或将JSON字符串解析为Python对象。

示例：

import json

# 将Python对象转换为JSON字符串
data = {'name': 'Alice', 'age': 30, 'is_student': False}
json_str = json.dumps(data, indent=4)  # indent参数用于美化输出
print(json_str)

# 将JSON字符串解析为Python对象
parsed_data = json.loads(json_str)
print(parsed_data)

# 将Python对象写入JSON文件
with open('data.json', 'w') as file:
    json.dump(data, file, indent=4)

# 从JSON文件中读取Python对象
with open('data.json', 'r') as file:
    loaded_data = json.load(file)
print(loaded_data)

6. 二进制文件

以二进制模式（如'rb'、'wb'）打开文件时，可以处理非文本文件（如图片、视频等）。

使用read()和write()方法处理字节数据。

示例：

# 写入二进制文件
data = b'\x00\x01\x02\x03\x04\x05'
with open('binary_file.bin', 'wb') as file:
    file.write(data)

# 读取二进制文件

7. 异常处理与资源管理

使用try-except块捕获文件操作中的异常，如FileNotFoundError、IOError、OSError等。

使用with语句确保文件在操作完成后正确关闭，即使发生异常也会关闭。

示例：

try:  
    with open('non_existent_file.txt', 'r') as file:  
        content = file.read()  
except FileNotFoundError:  
    print('The file does not exist.')  
except IOError as e:  
    print(f'An I/O error occurred: {e}')

open函数以及其返回的文件对象的方法

open(file, mode=‘r’, buffering=-1, encoding=None, errors=None, newline=None, closefd=True, opener=None)
file：文件路径。
mode：打开文件的模式，如 ‘r’（只读，默认），‘w’（写入，会覆盖文件），‘a’（追加），‘b’（二进制模式），‘+’（读写模式）等。
buffering：设置缓冲，-1 表示默认缓冲，0 表示无缓冲，1 表示行缓冲。
encoding：设置文件的编码。
errors：设置如何处理编码错误。
newline：控制何时写入换行符。
closefd：在打开文件时使用文件描述符，如果为 True，则在文件关闭时也会关闭文件描述符。
opener：自定义打开文件的方式。
read(size)
从文件中读取指定数量的字符。如果未指定或为负数，则读取整个文件。
readline(size)
读取文件的一行，包括行尾的换行符。size 参数指定了要读取的最大字符数。
readlines(hint)
读取所有行并返回一个列表，其中每个元素是文件的一行。
write(string)
将字符串写入文件。
writelines(sequence)
将字符串序列写入文件，不会在序列的每个元素后添加新行。
seek(offset, whence=0)
移动文件的读写指针到指定位置。whence 参数指定了偏移量的位置：0 表示文件开始，1 表示当前位置，2 表示文件末尾。
tell()
返回当前文件指针的位置。
truncate(size=None)
截断文件到指定的大小。如果 size 参数未指定或为负数，则文件大小被设置为当前文件指针的位置。
flush()
刷新文件的缓冲区，确保所有缓冲的数据都被写入文件。
close()
关闭文件并释放系统资源。关闭后，文件不能再进行读写操作。
isatty()
检查文件是否是终端。
fileno()
返回文件的文件描述符。
close()
关闭文件对象，释放与文件对象相关的所有系统资源。一旦文件被关闭，文件对象不能再被用来进行任何文件操作，如读取或写入。如果文件是以写入模式打开的，关闭文件之前会刷新缓冲区，确保所有未写入的数据都被写入到文件中。
在使用 with 语句时，文件会在 with 块结束时自动关闭，因此不需要显式调用 close() 方法。

示例：

f = open('example.txt', 'r')
content = f.read(10)  # 使用 read 方法
f.close()  # 显式关闭文件

使用 with 语句自动管理文件的打开和关闭：

with open('example.txt', 'r') as f:
    content = f.read(10)  # 使用 read 方法
# 文件在 with 块结束时自动关闭

在第二种示例中，使用 with 语句可以确保文件在完成操作后自动关闭，即使在读取文件时发生异常也是如此。

以下是一些不同模式的练习和参考答案：

练习 1: 只读模式 (‘r’)

# 练习
with open('example.txt', 'r') as file:
    content = file.read()
    print(content)

# 标准答案
# 假设 example.txt 文件存在，并且包含文本 "Hello, World!"
# 输出: Hello, World!

练习 2: 写入模式 (‘w’)

# 练习
with open('example.txt', 'w') as file:
    file.write('New content')

# 标准答案
# 如果 example.txt 文件存在，它将被覆盖为 "New content"
# 如果 example.txt 文件不存在，将创建一个新文件，并写入 "New content"

练习 3: 追加模式 (‘a’)

# 练习
with open('example.txt', 'a') as file:
    file.write(' More content')

# 标准答案
# 假设 example.txt 文件存在，并且包含文本 "New content"
# 输出: New content More content
# 如果 example.txt 文件不存在，将创建一个新文件，并写入 " More content"

练习 4: 读写模式 (‘r+’)

# 练习
with open('example.txt', 'r+') as file:
    content = file.read()
    print(content)
    file.write(' Updated content')

# 标准答案
# 假设 example.txt 文件存在，并且包含文本 "New content More content"
# 输出: New content More content
# 文件内容将被更新为 "New content Updated content"

练习 5: 写入模式 (‘w+’)

# 练习
with open('example.txt', 'w+') as file:
    file.write('New content')
    file.seek(0)
    content = file.read()
    print(content)

# 标准答案
# 文件将被覆盖为 "New content"
# 输出: New content

练习 6: 追加模式 (‘a+’)

# 练习
with open('example.txt', 'a+') as file:
    file.write(' More content')
    file.seek(0)
    content = file.read()
    print(content)

# 标准答案
# 假设 example.txt 文件存在，并且包含文本 "New content"
# 文件内容将被更新为 "New content More content"
# 输出: New content More content

练习 7: 二进制只读模式 (‘rb’)

# 练习
with open('example.bin', 'rb') as file:
    content = file.read()
    print(content)

# 标准答案
# 假设 example.bin 文件存在，并且包含二进制数据
# 输出: b'\x00\x01\x02\x03\x04\x05' (或其他二进制数据)

练习 8: 二进制写入模式 (‘wb’)

# 练习
with open('example.bin', 'wb') as file:
    file.write(b'\x00\x01\x02\x03\x04\x05')

# 标准答案
# 如果 example.bin 文件存在，它将被覆盖为新的二进制数据
# 如果 example.bin 文件不存在，将创建一个新文件，并写入二进制数据

练习 9: 二进制追加模式 (‘ab’)

# 练习
with open('example.bin', 'ab') as file:
    file.write(b'\x06\x07\x08\x09\x0a\x0b')

# 标准答案
# 假设 example.bin 文件存在，并且包含二进制数据
# 输出: b'\x00\x01\x02\x03\x04\x05\x06\x07\x08\x09\x0a\x0b'
# 如果 example.bin 文件不存在，将创建一个新文件，并追加二进制数据

练习 10: 二进制读写模式 (‘rb+’)

# 练习
with open('example.bin', 'rb+') as file:
    content = file.read()
    print(content)
    file.seek(0)
    file.write(b'\x0c\x0d\x0e\x0f')
    file.seek(0)
    content = file.read()
    print(content)

# 标准答案
# 假设 example.bin 文件存在，并且包含二进制数据
# 输出: b'\x00\x01\x02\x03\x04\x05\x06\x07\x08\x09\x0a\x0b'
# 然后文件内容更新为: b'\x0c\x0d\x0e\x0f'

练习 11: 二进制读写模式 (‘wb+’)

# 练习
with open('example.bin', 'wb+') as file:
    file.write(b'\x00\x01\x02\x03\x04\x05')
    file.seek(0)
    content = file.read()
    print(content)
    file.seek(0)
    file.write(b'\x06\x07\x08\x09\x0a\x0b')
    file.seek(0)
    content = file.read()
    print(content)

# 标准答案
# 文件将被覆盖为新的二进制数据
# 输出: b'\x00\x01\x02\x03\x04\x05'
# 然后文件内容更新为: b'\x06\x07\x08\x09\x0a\x0b'

练习 12: 二进制读写追加模式 (‘ab+’)

# 练习
with open('example.bin', 'ab+') as file:
    file.write(b'\x0c\x0d\x0e\x0f')
    file.seek(0)
    content = file.read()
    print(content)

# 标准答案
# 假设 example.bin 文件存在，并且包含二进制数据
# 输出: b'\x00\x01\x02\x03\x04\x05\x06\x07\x08\x09\x0a\x0b\x0c\x0d\x0e\x0f'
# 如果 example.bin 文件不存在，将创建一个新文件，并追加二进制数据