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Python 文件基础

在编程中，文件操作是非常重要的一部分。无论是读取配置文件、保存程序数据，还是处理日志信息，都需要与文件系统进行交互。Python提供了简单而强大的文件处理功能，让我们能够轻松地对文件进行各种操作。

什么是文件操作​

文件操作主要包括以下几个步骤：

  1. 打开文件
  2. 读取或写入数据
  3. 关闭文件

在Python中，这些操作都有对应的函数和方法。

文件的打开与关闭​

使用 open() 函数打开文件​

在Python中，我们使用内置的 open() 函数来打开文件。该函数返回一个文件对象，我们可以通过这个对象来读取或写入文件内容。

基本语法如下：

file_object = open(file_name, mode)

参数说明：

  • file_name: 要打开的文件名或路径
  • mode: 文件打开模式，如读模式、写模式等

文件打开模式​

Python支持多种文件打开模式：

模式描述
'r'读取模式（默认）
'w'写入模式（会覆盖已有内容）
'a'追加模式（在文件末尾添加内容）
'x'创建模式（如果文件已存在则失败）
'b'二进制模式（可与其他模式组合，如'rb', 'wb'）
't'文本模式（默认，可与其他模式组合）
'+'读写模式（可与其他模式组合）

使用 close() 方法关闭文件​

打开文件后，我们需要在完成操作后关闭它，这是一个良好的编程习惯：

file_object = open("example.txt", "r")
# 进行一些操作...
file_object.close()

使用 with 语句（推荐）​

为了确保文件被正确关闭，即使发生异常，推荐使用 with 语句：

with open("example.txt", "r") as file:
    # 文件操作代码
    content = file.read()
    print(content)
# 当代码块结束时，文件会自动关闭
提示

使用 with 语句是处理文件的最佳实践。它能确保文件被正确关闭，即使代码执行过程中出现了异常。

文件读取操作​

Python提供了多种读取文件内容的方法：

读取整个文件内容​

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

按行读取​

with open("example.txt", "r") as file:
    for line in file:
        print(line, end='')  # 文件中已有换行符

读取所有行到列表​

with open("example.txt", "r") as file:
    lines = file.readlines()
    print(lines)  # 返回包含所有行的列表

读取特定数量的字符​

with open("example.txt", "r") as file:
    chunk = file.read(5)  # 读取前5个字符
    print(chunk)

文件写入操作​

写入内容（覆盖原有内容）​

with open("example.txt", "w") as file:
    file.write("Hello, Python File Handling!\n")
    file.write("This is a new line.")

输出文件内容:

Hello, Python File Handling!
This is a new line.

追加内容​

with open("example.txt", "a") as file:
    file.write("\nThis line is appended.")

输出文件内容:

Hello, Python File Handling!
This is a new line.
This line is appended.

写入多行​

lines = ["First line\n", "Second line\n", "Third line\n"]
with open("example.txt", "w") as file:
    file.writelines(lines)

输出文件内容:

First line
Second line
Third line

文件路径处理​

在处理文件路径时，Python的 os 和 pathlib 模块提供了很多有用的功能：

使用 os 模块​

import os

# 获取当前工作目录
current_dir = os.getcwd()
print(f"当前工作目录: {current_dir}")

# 拼接路径
file_path = os.path.join(current_dir, "data", "example.txt")
print(f"完整文件路径: {file_path}")

# 检查文件是否存在
if os.path.exists(file_path):
    print(f"文件 {file_path} 存在")
else:
    print(f"文件 {file_path} 不存在")

使用 pathlib 模块（Python 3.4+）​

from pathlib import Path

# 创建Path对象
data_dir = Path("data")
file_path = data_dir / "example.txt"

# 检查目录是否存在，不存在则创建
if not data_dir.exists():
    data_dir.mkdir()
    print(f"创建了目录: {data_dir}")

# 写入文件
file_path.write_text("Hello from pathlib!")
print(f"写入内容到: {file_path}")

# 读取文件
content = file_path.read_text()
print(f"文件内容: {content}")
备注

pathlib 模块是Python 3.4引入的，它提供了一种更现代、更面向对象的文件路径处理方式。如果你使用的是较新版本的Python，推荐使用 pathlib 而非 os.path。

文件操作的错误处理​

文件操作可能会遇到各种错误，如文件不存在、权限问题等。我们可以使用异常处理来优雅地处理这些错误：

try:
    with open("nonexistent_file.txt", "r") as file:
        content = file.read()
except FileNotFoundError:
    print("文件不存在！")
except PermissionError:
    print("没有权限访问该文件！")
except Exception as e:
    print(f"发生错误: {e}")

实际应用案例​

案例1: 日志记录器​

创建一个简单的日志记录器，将程序运行信息记录到文件中：

import datetime

def log_message(message, log_file="app.log"):
    """记录消息到日志文件"""
    timestamp = datetime.datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")
    log_entry = f"[{timestamp}] {message}\n"
    
    with open(log_file, "a") as file:
        file.write(log_entry)
    
    print(f"已记录: {message}")

# 使用日志记录器
log_message("程序启动")
log_message("执行任务A")
log_message("任务A完成")
log_message("程序结束")

案例2: 简单的文件备份工具​

创建一个函数，用于备份文本文件：

import os
import datetime

def backup_file(file_path):
    """创建文件的备份版本"""
    if not os.path.exists(file_path):
        print(f"错误: 文件 {file_path} 不存在")
        return False
    
    # 生成备份文件名
    timestamp = datetime.datetime.now().strftime("%Y%m%d_%H%M%S")
    base_name, extension = os.path.splitext(file_path)
    backup_path = f"{base_name}_{timestamp}{extension}"
    
    # 创建备份
    try:
        with open(file_path, 'r') as source_file:
            content = source_file.read()
            
        with open(backup_path, 'w') as backup_file:
            backup_file.write(content)
            
        print(f"成功备份 {file_path} 到 {backup_path}")
        return True
    except Exception as e:
        print(f"备份过程中出现错误: {e}")
        return False

# 使用备份工具
backup_file("important_data.txt")

案例3: CSV数据处理​

读取和写入CSV文件的例子：

import csv

# 写入CSV文件
def write_csv_example():
    data = [
        ['姓名', '年龄', '城市'],
        ['张三', 25, '北京'],
        ['李四', 30, '上海'],
        ['王五', 22, '广州']
    ]
    
    with open('users.csv', 'w', newline='') as file:
        writer = csv.writer(file)
        writer.writerows(data)
    
    print("CSV文件已创建并写入数据")

# 读取CSV文件
def read_csv_example():
    with open('users.csv', 'r') as file:
        reader = csv.reader(file)
        for row in reader:
            print(', '.join(row))

# 执行操作
write_csv_example()
print("\n读取CSV文件内容:")
read_csv_example()

文件操作的最佳实践​

  1. 始终使用 with 语句：确保文件正确关闭
  2. 使用相对路径或绝对路径：明确指定文件位置
  3. 添加错误处理：优雅处理可能的异常
  4. 使用适当的文件打开模式：根据需要选择正确的模式
  5. 处理大文件时分块读取：避免一次性加载过大的文件内容
  6. 检查文件是否存在：在操作前验证文件状态
  7. 使用合适的编码：指定正确的文件编码，如 open('file.txt', 'r', encoding='utf-8')

总结​

Python的文件操作功能强大而简洁。通过本教程，我们学习了：

  • 如何打开和关闭文件
  • 文件的读取方法
  • 文件的写入方法
  • 文件路径处理
  • 错误处理机制
  • 实际应用案例

掌握这些基础知识后，你可以更加自信地在Python程序中处理各种文件操作任务。无论是数据分析、配置管理还是日志处理，这些技能都将非常有用。

练习​

  1. 创建一个程序，读取一个文本文件并统计其中的行数、单词数和字符数。
  2. 编写一个函数，将一个文件的内容复制到另一个文件中。
  3. 创建一个简单的"待办事项"管理器，使用文件存储和读取待办事项列表。
  4. 编写一个程序，读取一个CSV文件，并计算其中特定列的平均值。
  5. 实现一个日记应用，允许用户添加日记条目，每个条目保存为单独的文件。

进一步学习资源​

通过不断练习和探索这些资源，你将能够掌握更多高级的文件处理技巧，处理各种复杂的文件操作需求。