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第7章：Python 文件操作

7.1 文件的打开和关闭​

在 Python 中，使用 open() 函数来打开文件，使用 close() 方法来关闭文件。

基本语法​

# 打开文件
file = open(filename, mode)

# 操作文件
...

# 关闭文件
file.close()

文件打开模式​

模式描述
'r'只读模式（默认）
'w'写入模式，会覆盖已有文件
'a'追加模式，在文件末尾添加内容
'x'独占创建模式，文件已存在则报错
'b'二进制模式
't'文本模式（默认）
'+'读写模式

使用 with 语句（推荐）​

with 语句会自动处理文件的关闭，即使发生异常也能保证文件被正确关闭。

with open('example.txt', 'r') as file:
    # 操作文件
    content = file.read()
    print(content)
# 退出 with 块后，文件自动关闭

7.2 读取文件​

读取整个文件​

# 读取整个文件
with open('example.txt', 'r') as file:
    content = file.read()
    print(content)

逐行读取​

# 逐行读取（方法1）
with open('example.txt', 'r') as file:
    for line in file:
        print(line.strip())  # strip() 移除换行符

# 逐行读取（方法2）
with open('example.txt', 'r') as file:
    lines = file.readlines()
    for line in lines:
        print(line.strip())

# 逐行读取（方法3）
with open('example.txt', 'r') as file:
    line = file.readline()
    while line:
        print(line.strip())
        line = file.readline()

读取指定字节数​

# 读取指定字节数
with open('example.txt', 'r') as file:
    content = file.read(100)  # 读取前 100 个字符
    print(content)

7.3 写入文件​

写入文件​

# 写入文件（覆盖模式）
with open('example.txt', 'w') as file:
    file.write('Hello, World!\n')
    file.write('This is a test.\n')

# 追加文件
with open('example.txt', 'a') as file:
    file.write('Adding more content.\n')

# 写入多行
lines = ['Line 1\n', 'Line 2\n', 'Line 3\n']
with open('example.txt', 'w') as file:
    file.writelines(lines)

二进制文件操作​

# 写入二进制文件
with open('image.jpg', 'rb') as file:
    content = file.read()

with open('copy.jpg', 'wb') as file:
    file.write(content)

7.4 文件指针操作​

文件指针指向文件中的当前位置，用于读写操作。

获取文件指针位置​

with open('example.txt', 'r') as file:
    print(f"Initial position: {file.tell()}")
    content = file.read(10)
    print(f"After reading 10 characters: {file.tell()}")

移动文件指针​

with open('example.txt', 'r') as file:
    # 移动到文件开头
    file.seek(0)
    print(f"Position after seek(0): {file.tell()}")
    
    # 移动到文件末尾
    file.seek(0, 2)  # 2 表示相对于文件末尾
    print(f"Position at end: {file.tell()}")
    
    # 移动到文件中间
    file.seek(10)  # 移动到第 10 个字节
    print(f"Position at 10: {file.tell()}")

模式说明​

  • seek(offset, whence):
    • offset: 偏移量
    • whence: 参考位置
      • 0: 文件开头（默认）
      • 1: 当前位置
      • 2: 文件末尾

7.5 异常处理​

文件操作可能会遇到各种异常，如文件不存在、权限不足等，需要使用异常处理来处理这些情况。

基本异常处理​

try:
    with open('non_existent.txt', 'r') as file:
        content = file.read()
        print(content)
except FileNotFoundError:
    print("File not found!")
except PermissionError:
    print("Permission denied!")
except Exception as e:
    print(f"Error: {e}")

综合异常处理​

def read_file(filename):
    """读取文件内容"""
    try:
        with open(filename, 'r') as file:
            content = file.read()
            return content
    except FileNotFoundError:
        print(f"Error: File '{filename}' not found")
        return None
    except PermissionError:
        print(f"Error: Permission denied for '{filename}'")
        return None
    except Exception as e:
        print(f"Error: {e}")
        return None

# 测试
content = read_file('example.txt')
if content:
    print(content)

7.6 文件和目录操作​

Python 的 os 和 os.path 模块提供了文件和目录操作的功能。

导入模块​

import os
import os.path

检查文件和目录​

# 检查文件是否存在
print(os.path.exists('example.txt'))

# 检查是否是文件
print(os.path.isfile('example.txt'))

# 检查是否是目录
print(os.path.isdir('docs'))

# 获取文件大小
print(os.path.getsize('example.txt'))

# 获取文件修改时间
import time
mod_time = os.path.getmtime('example.txt')
print(time.ctime(mod_time))

目录操作​

# 创建目录
os.makedirs('new_dir', exist_ok=True)  # exist_ok=True 表示目录已存在也不报错

# 列出目录内容
print(os.listdir('.'))

# 更改当前目录
os.chdir('new_dir')
print(os.getcwd())  # 获取当前目录
os.chdir('..')  # 返回上一级目录

# 删除目录
os.rmdir('new_dir')  # 只能删除空目录

文件操作​

# 重命名文件
os.rename('old.txt', 'new.txt')

# 删除文件
os.remove('example.txt')

# 复制文件
import shutil
shutil.copy('source.txt', 'destination.txt')

# 移动文件
shutil.move('source.txt', 'destination.txt')

7.7 综合示例​

示例1：文件复制​

def copy_file(source, destination):
    """复制文件"""
    try:
        with open(source, 'rb') as src_file:
            content = src_file.read()
        with open(destination, 'wb') as dest_file:
            dest_file.write(content)
        print(f"File copied from {source} to {destination}")
        return True
    except Exception as e:
        print(f"Error copying file: {e}")
        return False

# 测试
copy_file('example.txt', 'example_copy.txt')

示例2：文件统计​

def file_statistics(filename):
    """统计文件信息"""
    try:
        with open(filename, 'r') as file:
            content = file.read()
        
        # 统计行数
        lines = content.count('\n') + 1
        
        # 统计单词数
        words = len(content.split())
        
        # 统计字符数
        characters = len(content)
        
        # 统计空白字符数
        spaces = content.count(' ')
        
        print(f"File: {filename}")
        print(f"Lines: {lines}")
        print(f"Words: {words}")
        print(f"Characters: {characters}")
        print(f"Spaces: {spaces}")
        
    except Exception as e:
        print(f"Error: {e}")

# 测试
file_statistics('example.txt')

示例3：日志记录​

def log_message(message, log_file='app.log'):
    """记录日志"""
    import datetime
    timestamp = datetime.datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')
    log_entry = f"[{timestamp}] {message}\n"
    
    try:
        with open(log_file, 'a') as file:
            file.write(log_entry)
        print(f"Logged: {message}")
    except Exception as e:
        print(f"Error logging message: {e}")

# 测试
log_message('Application started')
log_message('User logged in: admin')
log_message('Error: Database connection failed')

示例4：CSV 文件处理​

import csv

# 写入 CSV 文件
def write_csv(filename, data):
    """写入 CSV 文件"""
    try:
        with open(filename, 'w', newline='') as file:
            writer = csv.writer(file)
            writer.writerow(['Name', 'Age', 'City'])
            writer.writerows(data)
        print(f"CSV file written: {filename}")
    except Exception as e:
        print(f"Error writing CSV: {e}")

# 读取 CSV 文件
def read_csv(filename):
    """读取 CSV 文件"""
    try:
        with open(filename, 'r') as file:
            reader = csv.reader(file)
            for row in reader:
                print(row)
    except Exception as e:
        print(f"Error reading CSV: {e}")

# 测试
data = [
    ['John', 30, 'New York'],
    ['Alice', 25, 'London'],
    ['Bob', 35, 'Paris']
]

write_csv('users.csv', data)
print("\nReading CSV file:")
read_csv('users.csv')

7.8 常见问题和解决方案​

问题1：文件路径问题​

# 绝对路径 vs 相对路径

# 绝对路径
absolute_path = 'C:\\Users\\username\\example.txt'  # Windows
absolute_path = '/home/username/example.txt'  # Linux/macOS

# 相对路径
relative_path = 'example.txt'  # 当前目录
relative_path = 'data/example.txt'  # 子目录
relative_path = '../example.txt'  # 父目录

# 使用 os.path 构建路径
import os
path = os.path.join('data', 'files', 'example.txt')
print(path)  # 会根据操作系统自动使用正确的路径分隔符

问题2：编码问题​

# 指定编码
with open('example.txt', 'r', encoding='utf-8') as file:
    content = file.read()

# 处理编码错误
with open('example.txt', 'r', encoding='utf-8', errors='replace') as file:
    content = file.read()

问题3：大文件处理​

# 处理大文件（逐行读取）
def process_large_file(filename):
    """处理大文件"""
    try:
        with open(filename, 'r') as file:
            for line in file:
                # 处理每一行
                print(line.strip())
    except Exception as e:
        print(f"Error: {e}")

# 测试
process_large_file('large_file.txt')

7.9 练习​

  1. 文件读取练习：编写一个程序，读取一个文本文件，并统计其中的行数、单词数和字符数
  2. 文件写入练习：编写一个程序，将用户输入的内容保存到文件中
  3. 文件复制练习：编写一个程序，复制一个文件到另一个位置
  4. 文件搜索练习：编写一个程序，在指定目录中搜索包含特定关键词的文件
  5. CSV 处理练习：编写一个程序，读取一个 CSV 文件，计算平均值，然后将结果写入新的 CSV 文件
  6. 日志分析练习：编写一个程序，分析日志文件，统计错误出现的次数

7.10 小结​

本章我们学习了：

  • 文件的打开和关闭
  • 读取文件的不同方式
  • 写入文件的不同方式
  • 文件指针操作
  • 异常处理
  • 文件和目录操作
  • 综合示例

现在你已经掌握了 Python 的文件操作，可以开始学习 Python 的异常处理了！