在 Python 编程中，文件操作是一项基础且重要的技能。无论是读取配置文件、处理数据还是保存程序运行结果，都离不开对文件的操作。本文将详细介绍 Python 中文件操作的各种方法和技巧，帮助你轻松掌握文件处理的精髓。
一、文件的基本概念
1. 文件的介绍
文件是计算机中存储数据的基本单位，它由一系列字节组成，用于长期保存信息。从存储内容来看，文件可分为文本文件和二进制文件两大类：
- 文本文件：以字符形式存储数据，如 .txt、.py、.md 等格式的文件，可被文本编辑器直接读取和编辑。
- 二进制文件：以字节流形式存储数据，如图片（.jpg、.png）、音频（.mp3）、视频（.mp4）等，需要特定的程序才能解析其内容。
文件在计算机中通过文件名和路径进行标识，操作系统通过这两个信息定位和管理文件。
2. 文件的编码方式
编码方式是将字符转换为字节流的规则，它决定了文本文件如何存储和传输。不同的编码方式支持的字符集和存储效率不同，常见的编码方式包括：
- UTF-8：一种可变长度的 Unicode 编码，支持全球几乎所有语言的字符，是目前互联网和编程中最常用的编码方式。
- GBK：国家标准编码，支持中文、日文、韩文等字符，在中文 Windows 系统中应用广泛。
- ASCII：早期的字符编码标准，仅支持英文字母、数字和部分符号，不支持中文等复杂字符。
- Unicode：包含全球所有字符的字符集，但它本身不是编码方式，而是字符的集合，UTF-8、UTF-16 等是 Unicode 的实现方式。
在 Python 中打开文本文件时，必须指定正确的编码方式，否则可能出现乱码或读取错误。例如，用 utf-8 编码打开一个 gbk 编码的文件，会导致中文显示异常。
3. 编码与 Unicode 值的转换
在 Python 中，字符以 Unicode 编码形式存在，而文件存储的是字节流，因此需要进行编码（将 Unicode 转换为字节）和解码（将字节转换为 Unicode）操作。
- 编码（encode）：将字符串（Unicode 字符）转换为指定编码的字节流，使用 str.encode(encoding) 方法。
text = "Python 文件操作"
# 转换为 UTF-8 编码的字节
utf8_bytes = text.encode("utf-8")
print(utf8_bytes) # 输出：b'Python \xe6\x96\x87\xe4\xbb\xb6\xe6\x93\x8d\xe4\xbd\x9c'
# 转换为 GBK 编码的字节
gbk_bytes = text.encode("gbk")
print(gbk_bytes) # 输出：b'Python \xce\xc4\xbc\xfe\xb2\xd9\xd7\xf7'
- 解码（decode）：将字节流转换为 Unicode 字符串，使用 bytes.decode(encoding) 方法。
# 从 UTF-8 字节解码为字符串
utf8_text = utf8_bytes.decode("utf-8")
print(utf8_text) # 输出：Python 文件操作
# 从 GBK 字节解码为字符串
gbk_text = gbk_bytes.decode("gbk")
print(gbk_text) # 输出：Python 文件操作
进行转换时，需确保编码和解码使用相同的规则，否则会抛出 UnicodeDecodeError 或 UnicodeEncodeError 异常。
二、文件的打开与关闭
在进行文件操作之前，首先需要打开文件。Python 通过内置的 open() 函数来实现文件的打开，其基本语法如下：
file = open(file_path, mode, encoding)
其中，file_path 是文件的路径，可以是绝对路径也可以是相对路径；mode 是文件的打开模式，决定了对文件可以进行的操作；encoding 是文件的编码方式，常见的有 utf-8、gbk 等。
文件打开模式有很多种，常见的包括：
- r：只读模式，默认值。如果文件不存在，会抛出 FileNotFoundError 异常。
- w：写入模式。如果文件不存在，会创建一个新文件；如果文件已存在，会清空文件内容。
- a：追加模式。如果文件不存在，会创建一个新文件；如果文件已存在，新的内容会追加到文件末尾。
- r+：读写模式。既能读取文件内容，也能写入内容。
- b：二进制模式。用于处理非文本文件，如图片、音频等，通常与其他模式组合使用，如 rb、wb。
打开文件后，使用完毕一定要记得关闭文件，以释放系统资源。可以通过 close() 方法来关闭文件，例如：
file = open("test.txt", "r")
# 进行文件操作
file.close()
不过，手动关闭文件可能会因为程序异常等原因而忘记，从而导致资源泄露。为了避免这种情况，推荐使用 with 语句来打开文件，with 语句会在文件操作完成后自动关闭文件，使用起来更加安全和便捷：
with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
# 进行文件操作
pass
三、文件的读取操作
打开文件后，就可以对文件进行读取了。Python 提供了多种读取文件内容的方法。
1. 读取全部内容
read() 方法可以一次性读取文件的全部内容，返回一个字符串：
with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
content = file.read()
print(content)
这种方法适合读取内容较少的文件，如果文件过大，一次性读取可能会占用过多的内存。
2. 按行读取
readline() 方法可以每次读取文件的一行内容，返回一个字符串。当读取到文件末尾时，会返回空字符串：
with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
line = file.readline()
while line:
print(line, end="")
line = file.readline()
readlines() 方法则会读取文件的所有行，返回一个包含每行内容的列表：
with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
lines = file.readlines()
for line in lines:
print(line, end="")
另外，还可以直接通过迭代文件对象来按行读取文件内容，这种方式更加简洁高效：
with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
for line in file:
print(line, end="")
3. 指定读取位置和长度
read() 方法还可以接受一个整数参数，用于指定读取的字符数（在文本模式下）或字节数（在二进制模式下）。例如，读取前 10 个字符：
with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
content = file.read(10)
print(content)
在读取指定长度的内容后，文件指针会自动移动到相应的位置。如果再次调用 read() 方法，会从当前指针位置继续读取。
with open("test.txt", "w", encoding="utf-8") as file:
lines = ["第一行内容\n", "第二行内容\n", "第三行内容\n"]
file.writelines(lines)
假设文件内容为 “Python 文件操作示例”，第一次调用 read(6) 会读取 “Python”，此时文件指针位于第 6 个字符后，再次调用 read(4) 会读取 “文件操”。
四、文件的写入操作
除了读取文件，Python 也提供了方便的文件写入方法。
1. 写入字符串
write() 方法可以向文件中写入字符串：
with open("test.txt", "w", encoding="utf-8") as file:
file.write("Hello, Python!\n")
file.write("这是一篇关于文件操作的博客。\n")
需要注意的是，write() 方法不会自动换行，需要手动添加换行符 \n。
2. 写入序列
writelines() 方法可以向文件中写入一个字符串序列，如列表：
writelines() 方法不会在序列元素之间添加换行符，所以需要在每个元素中自行添加。
五、文件指针操作
文件指针用于指示当前文件操作的位置。在读取或写入文件时，文件指针会自动移动。我们也可以通过 seek() 方法手动移动文件指针，其基本语法如下：
file.seek(offset, whence)
其中，offset 是偏移量，正数表示向文件末尾方向移动，负数表示向文件开头方向移动；whence 是起始位置，0 表示从文件开头开始（默认值），1 表示从当前位置开始，2 表示从文件末尾开始。
例如，将文件指针移动到文件开头：
with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
file.seek(0)
通过 tell() 方法可以获取当前文件指针的位置：
with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
file.read(10)
print(file.tell()) # 输出当前文件指针的位置
六、文件路径
在打开文件时，正确指定文件路径是至关重要的。文件路径分为绝对路径和相对路径两种。
1. 绝对路径
绝对路径是指从根目录开始的完整路径，它可以唯一确定一个文件的位置。在不同的操作系统中，绝对路径的表示方式有所不同。
- 在 Windows 系统中，绝对路径通常以盘符开头，例如：C:\Users\username\Documents\test.txt。
- 在 Linux 和 macOS 系统中，绝对路径以 / 开头，例如：/home/username/Documents/test.txt。
使用绝对路径打开文件的示例：
# Windows系统
with open("C:\\Users\\username\\Documents\\test.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
content = file.read()
# Linux和macOS系统
with open("/home/username/Documents/test.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
content = file.read()
在 Windows 系统中，由于反斜杠 \ 是转义字符，所以在字符串中表示路径时需要使用两个反斜杠 \\，或者在字符串前加上 r 表示原始字符串，例如：r"C:\Users\username\Documents\test.txt"。
2. 相对路径
相对路径是指相对于当前工作目录的路径。当前工作目录是指程序运行时所在的目录，可以通过 os.getcwd() 方法获取。
常见的相对路径表示方式：
- test.txt：表示当前工作目录下的 test.txt 文件。
- ./test.txt：与上面的表示方式相同，./ 表示当前目录。
- ../test.txt：表示当前工作目录的上一级目录下的 test.txt 文件。
- data/test.txt：表示当前工作目录下的 data 文件夹中的 test.txt 文件。
使用相对路径打开文件的示例：
import os
# 获取当前工作目录
current_dir = os.getcwd()
print("当前工作目录：", current_dir)
# 打开当前目录下的test.txt文件
with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
content = file.read()
# 打开上一级目录下的test.txt文件
with open("../test.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
content = file.read()
# 打开当前目录下data文件夹中的test.txt文件
with open("data/test.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
content = file.read()
在实际开发中，使用相对路径可以使程序更加灵活，便于移植。但需要注意的是，相对路径是相对于程序运行时的工作目录，而不是脚本文件所在的目录。如果需要使用相对于脚本文件所在目录的路径，可以通过 __file__ 变量获取脚本文件的路径，然后进行处理。例如：
import os
# 获取脚本文件所在的目录
script_dir = os.path.dirname(os.path.abspath(__file__))
# 拼接相对于脚本文件目录的路径
file_path = os.path.join(script_dir, "data", "test.txt")
with open(file_path, "r", encoding="utf-8") as file:
content = file.read()
总结
文件操作是 Python 编程中不可或缺的一部分，掌握好文件的打开、读取、写入、指针控制以及路径处理等知识，能让我们在处理数据、保存信息等场景中更加高效。
在实际应用中，建议优先使用 with 语句来管理文件，以确保资源的正确释放；根据文件大小和处理需求选择合适的读写方式，避免不必要的内存占用；同时，要特别注意不同操作系统下文件路径的表示差异，以及文件编码可能带来的问题，确保程序的稳定性和兼容性。通过不断练习和实践，就能熟练运用这些技巧，轻松应对各种文件处理任务。
扫一扫
被折叠的 条评论
为什么被折叠?
到【灌水乐园】发言
