[Python] 文件操作详解

在编写 Python 程序时，处理文件是一个非常常见的操作。Python 提供了强大的文件操作功能，包括文件的打开、读取、写入和关闭等操作。本篇博客将详细介绍 Python 文件操作 的相关知识，带你一步步掌握如何处理各种文件，并提供经典的代码示例来帮助你理解和巩固。

文件是什么？

在计算机系统中，文件是存储在磁盘或其他存储设备上的数据集合。文件可以包含不同类型的数据，例如文本文件、图片、音频、视频等。在 Python 中，文件可以视为一种流式数据源，即程序可以从文件中按顺序读取数据，也可以写入数据到文件中。

常用的文件操作函数

1. 打开文件

在 Python 中，使用 open() 函数打开文件。这个函数有两个主要参数：第一个参数是文件路径，第二个参数是打开文件的模式。

file = open('example.txt', 'r')  # 以只读模式打开文件

• 'r' 表示只读模式（默认模式）。
• 'w' 表示写入模式，文件不存在时会创建，存在时会清空原内容。
• 'a' 表示追加模式，向文件末尾追加内容。
• 'b' 表示二进制模式，用于处理非文本文件，如图片或音频文件。
• 'x' 表示创建模式，如果文件已存在会抛出异常。

例如，打开一个文件并读取它的内容：

file = open('example.txt', 'r')
# 读取操作...
file.close()  # 记得关闭文件

2. 关闭文件

文件使用完后，必须关闭，以释放系统资源。我们可以使用 close() 方法关闭已打开的文件：

file.close()

如果没有及时关闭文件，可能会导致文件内容丢失或占用系统资源。

3. 读取文件

(1) read() 方法

read() 方法用于读取文件的全部内容或指定长度的字符。括号中可以指定要读取的字符数。

f = open('example.txt', 'r')
content = f.read(5)  # 读取前 5 个字符
print(content)
f.close()

(2) readline() 方法

readline() 方法用于读取文件的一行内容。多次调用 readline() 可以逐行读取文件，直到读取到文件末尾。

f = open('example.txt', 'r')
line = f.readline()  # 读取文件的第一行
print(line)
f.close()

(3) readlines() 方法

readlines() 方法会读取文件的所有行，并将它们作为列表返回。列表中的每一项代表文件中的一行。

with open('example.txt', 'r') as f:
    lines = f.readlines()
    for line in lines:
        print(line, end='')

4. 写入文件

(1) write() 方法

在 Python 中，使用 'w' 模式打开文件时，会清空文件原有内容。我们可以使用 write() 方法向文件中写入内容：

f = open('example.txt', 'w')
f.write('Hello, world!\n')
f.close()

(2) 追加写入

如果不希望清空文件，而是向文件追加内容，可以使用 'a' 模式。这样写入的内容会添加到文件末尾，而不会删除原有内容。

f = open('example.txt', 'a')
f.write('Welcome to Python!\n')
f.close()

5. 文件读写模式总结

中文文件的处理

在处理中文文件时，可能会遇到编码问题，如文件中的中文字符显示为乱码。这是因为文件在保存时使用了某种编码格式，而我们在读取文件时没有使用相同的编码格式。常见的编码格式有 UTF-8 和 GBK。

指定文件编码

在读取含有中文的文件时，可以使用 encoding 参数指定文件的编码格式：

f = open('example.txt', 'r', encoding='utf-8')
content = f.read()
print(content)
f.close()

如果文件的编码格式不正确，可能会出现 UnicodeDecodeError 异常。因此，确保文件和代码中的编码一致是非常重要的。

上下文管理器

使用 open() 打开文件后，关闭文件是非常重要的。为此，Python 提供了上下文管理器，即 with 语句，来自动处理文件的关闭操作。

使用 with 语句打开文件时，当 with 代码块执行完毕，Python 会自动调用 close() 方法来关闭文件，即使代码中发生异常也不会有问题。

示例：使用 with 语句读取文件

with open('example.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
    content = f.read()
    print(content)  # 打印文件内容
# 文件在这里自动关闭

通过这种方式，我们无需显式调用 close() 函数，从而让代码更加简洁和安全。

写入文件示例：日志记录器

我们可以使用文件操作实现简单的日志记录功能。在每次程序运行时，将信息写入到日志文件中，方便之后的调试和分析。

日志记录器的示例代码

def log_message(message):
    with open('log.txt', 'a', encoding='utf-8') as f:
        f.write(message + '\n')

log_message('程序启动成功！')
log_message('执行了某个重要操作...')
log_message('程序结束！')

运行程序后，会在 log.txt 文件中记录每条日志信息。

经典测试题

通过以下测试题，你可以更好地理解 Python 文件操作的基本用法。

题目 1：打开文件并读取前 10 个字符

编写一个程序，打开一个文件，并读取文件的前 10 个字符，然后关闭文件。

# 请写出你的代码：
with open('example.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
    content = f.read(10)
    print(content)

题目 2：按行读取文件并统计行数

编写一个程序，按行读取文件内容，并统计文件共有多少行。

# 请写出你的代码：
line_count = 0
with open('example.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
    for line in f:
        line_count += 1
print(f'文件共有 {line_count} 行')

题目 3：写入和追加内容到文件

编写一个程序，创建一个文件，写入一段文本内容，然后再向文件中追加另一段内容。

# 请写出你的代码：
with open('test.txt', 'w', encoding='utf-8') as f:
    f.write('这是第一段内容。\n')

with open('test.txt', 'a', encoding='utf-8') as f:
    f.write('这是追加的第二段内容。\n')

结语

通过这篇文章，你应该对 Python 文件操作 有了一个比较全面的了解。文件操作是 Python 中非常常见的任务，无论是处理文本数据还是二进制文件，掌握文件的读取、写入、关闭等操作是非常重要的技能。使用 with 语句打开文件，可以帮助你更方便、安全地管理文件资源。希望通过本文的学习，能让你更好地掌握 Python 文件操作。