Python文件处理

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引入

应用程序在运行的过程中产生的数据优先存放于内存中,可是内存中的数据电脑一断电就丢失了,所以我们要想永久的存储数据,我们需要将内存中的数据转存到硬盘中,应用程序要想操作系统硬件则必须通过操作系统,而文件就是操作系统提供给应用程序来操作硬盘的虚拟概念。用户或应用程序需要向操作系统发起调用,有操作系统向系统硬件完成数据保存的具体操作。

文件操作的基本流程

1、基本流程

f = open('user.txt',mode='r',encoding='utf-8') # 向系统发起调用,让系统打开这个并读取文件的内容,将文件流赋值给变量f

res = f.read() # 读取这个文件,将文件的内容赋值给变量res

f.close() # 向操作系统发送关闭这个文件的请求,从而节省系统资源。
Python文件处理
图源于egon的知乎专栏

2、上下文管理with与资源回收

打开一个文件包含,应用程序的变量申请内存空间和操作系统打开这个文件,在我们操作完毕的时候就需要关闭这些多于的空间,以节省系统空间。

f.close()  # 关闭操作系统打开的这个文件
del f # 将变量f与对应绑定的值进行解除绑定,以被回收。

这里要注意f.close()一定要发生在del之前,而del的作用就是将变量与值解除绑定,假设它在前面而f.close()在后,那么会报 NameError: name 'f' is not defined,说变量f未定义。

有很多人,都会忘记使用f.close(),实际上在我们的操作系统中,对文件打开的数量是有限制的,linux系统操作系统默认只允许同时打开1024个文件。

Python也为我们提供了一个操作完成之后,自动关闭操作系统打开的文件的语句。那就是上下文管理with

with open('user.txt','r',encoding='UTF-8') as f:
	res = f.read()
	print(res)

#f.close() 类似于隐式的帮我们加上close()

# 同时with可以同时打开多个文件,每个文件使用逗号进行间隔,例如:
with open('user.txt','r',encoding='UTF-8') as f,open('test.txt',mode='r',encoding='UTF-8') as f2:
	res = f.read()
	print(res)
	res2 = f2.read()
	print(res2)

3、指定操作文件的文件编码

# 假设我们操作的是文本文件,就需要我们指定操作的文件编码了,如果不指定则走的是操作系统默认的编码,在linux和macos中默认字符编码为utf-8,而Windows操作系统则默认使用的为gbk编码。
f = open('user.txt',mode='r')

# 为操作的文件指定文件编码
f = open('user.txt',mode='r',encoding='utf-8')

文件的操作模式

1、控制文件读写的操作模式:

# 在open()中使用mode属性指定文件读写的操作模式,例如open('user.txt',mode='r')
'''
r: (默认,只可读)
w: (只可写)
a: (只可追加写)
+: (需要配合前三个使用,例如r+(可读可写),w+(可读可写),a+(可追加写可读))
'''

2、r模式的使用

# r只读模式,如果open()指定打开的文件不存在,则报错。
with open('user.txt',mode='r',encoding='utf-8') as f:
	res = f.read()
	print(res)

	# 对于r模式打开的文件,如果尝试写入会报错
	f.write('hello')  # 报错 io.UnsupportedOperation: not writable

# 登录认证练习:

in_user = input('请输入你的用户名: ')
in_pwd = input('请输入你的密码: ')

with open('user.txt',mode='r',encoding='utf-8') as f:
	for for_info in f:
		user,pwd = for_info.strip().split(':')
		if in_user == user and in_pwd == pwd:
			print('Login successfull')
			break
	else:
		print('username or password error')

3、w模式的使用

# w模式,如果open()指定的文件不存在,则尝试这个文件,如果指定的文件存在,则先清空该文件的内容之后,文件指针到文件的开端,再进行写入。

with open('123.txt',mode='w',encoding='utf-8') as f:
	# f.read() 以w模式打开的文件,是不能读取的。io.UnsupportedOperation: not readable
	f.write('大家好\n') 
	f.write('我叫x1ong\n')
	f.write('哈哈哈哈哈哈哈')

# 重点:
'''
1. 在文件不被关闭的情况下使用多个f.write()那么他们会按照先后顺序写入到该文件中,
2. 如果重新以w模式打开该文件,则会先清空该文件的内容

'''

4、a模式的使用

#a模式:当open()打开的文件不存在时则尝试创建该文件,如果文件存在则直接在文件中写入东西,文件指针指向文件的末尾,也就是在某个文件中追加内容。它与w模式最大的区别就是,w在遇到文件存在的时候,则直接清空这个文件,再进行写入,而a则是在其后面进行追加,不会清空 

with open('user.txt',mode='a',encoding='utf-8') as f:	
	f.write('helloworld\n')
	f.write('test')

# a模式小案例: 实现简单注册功能

in_user = input('your name>> ')
in_pwd = input('your password>> ')

with open('user.txt',mode='a',encoding='utf-8') as f:
	f.write('{}:{}\n'.format(in_user,in_pwd))

5、+模式的使用

# r+(可读可写) w+(可读可写) a+(可追加可写)
with open('user.txt',mode='r+',encoding='utf-8') as f:
	res = f.read()
	f.write('xiogn')
	print(res)

控制文件读写内容的模式

'''
# 大前提: tb模式均不能单独使用,需要配合r/a/w之一集合使用
t(默认的) 文本模式:
    1、读文件都是以字符串为单位的
    2、只能针对文本文件
    3、必须指定encoding参数

b(二进制模式):
    1、读写文件都是以bytes/二进制为单位的
    2、可以针对所有文件
    3、一定不能指定encodeing参数
'''

案例1:t模式的使用

with open('user.txt',mode='rt',encoding='utf-8') as f:
    res = f.read()
    print(type(res)) # <class 'str'> 

with open('user.txt',mode='at',encoding='utf-8') as f:
    test = f.write('hello world')
    print(test) # 返回值为写入字符的长度,类型为int

    word = 123
    # f.write(word) # write() argument must be str, not int  写入的字符必须是str类型
    
# tips: t模式只能用于操作文本文件,无论读写都应以字符串为单位,而存取硬盘本质都是二进制的形式,当指定 t 模式时,内部帮我们做了编码与解码

案例2:b模式的使用

# b模式: 读写都是以二进制为单位
with open('./test.mov',mode='rb') as f:
    data = f.read() 
    print(type(data)) # <class 'bytes'>


with open('./test.mov',mode='wb') as f:
    info = 'test'
    # f.write(info) #  a bytes-like object is required, not 'str' 字符串是不能直接以二进制写入的,需要转换
    info = info.encode('utf-8') # b'test'
    print(type(info)) # <class 'bytes'>
    f.write(info) # 此时就可以写入
    msg = b'helloworld'
    print(type(msg)) # <class 'bytes'>
    f.write(msg) # 此时也可以写入


'''
t模式与b模式的区别:
1. 在操作文本方面帮我们省去了编码和解码的环节,b模式则需要手动解码和编码。所以此时t模式更加方便。
2. t模式下只能操作文本文件,视频、图片、音频等只能通过b模式添加。
'''

# 小练习: 文件copy工具

src_file = input('源文件路径>>> ')
dst_file = input('目的文件路径>>> ')

with open('{}'.format(src_file),mode='rb') as f,open('{}'.format(dst_file),mode='wb') as f2:
    res = f.read()
    f2.write(res)

操作文件的方法

常用

# 读操作的方法:
'''
read() 读取所有内容,读取完毕之后,文件指针在末尾
reline() 读取一行内容,读取完毕之后,文件指针在另一行的开始
readlines() 读取每一行的内容,存放于列表之中
'''
# with open('user.txt',mode='r',encoding='utf-8') as f:
#     res = f.readline() # 读取一行内容
    
#     # 遍历出当前文件的所有行
#     while True:
#         res = f.readline()
#         print(res,end='')
#         if (len(res) == 0 ):
#             break
        
with open('123.txt',mode='r',encoding='utf-8') as f:
    res = f.readlines() # 将每行的内容作为列表的元素
    print(res)

了解

with open('user.txt',mode='r',encoding='utf-8') as f:
    print(f.readable())  # 文件是否可读 True
    print(f.writable()) # 文件是否可写 False
    print(f.closed) # 文件是否关闭 False
    print(f.encoding) # 打印出当前的字符编码 utf-8  
    f.flush() # 立即将内容从内存中写入到硬盘
    f.tell() # 查看文件指针距离开头的位置

控制文件指针移动

# 文件内指针的移动都是以bytes为单位的,唯一例外的是t模式下,f.read(n),这个表示n个字符。

with open('123.txt',mode='rb') as f:
    res = f.read(10) # 读取10个byte
    print(res)


with open('123.txt',mode='rt',encoding='utf-8') as f:
    demo = f.read(4) # 读取4个字符
    print(demo)


'''
之前文件指针的移动都是由读和写操作而触发的,若想单独读取某个位置的数据,则需要我们手动的去移动文件指针,则需要使用f.seek()方法控制文件指针的移动

f.seek(指针移动的字节数,模式控制)

模式控制:
0: 默认的模式,该模式表示指针移动的字节数是以文件开头指定的
1: 该模式代表指针移动的字节数是以当前所在的位置为参照的
2: 该模式代表指针移动的字节数是以文件末尾为参照的

强调:其中0模式可以在t或者b模式使用,而1跟2模式只能在b模式下用
'''

# 0模式

# 前置知识: 
'''
在utf-8编码中,英文字母abc各占1个字节,中文"哈喽"各占3个字节


# 0模式,表示以文件开头作为文件指针的位置

'''
123.txt的内容如下:
helloworld你好世界
'''
with open('123.txt',mode='rt',encoding='utf-8') as f:
    f.seek(3,0)  # 参照文件开头向右移动了三个字节
    res = f.read() # 此时的文件指针位置所在为3
    print(res) # loworld你好世界


'''
test.txt的内容如下:
你好世界
'''

with open('test.txt',mode='rt',encoding='utf-8') as f1:
    print(f1.tell()) # 13 当前文件指针所在的位置

    f1.seek(3,0)  # 参照文件头部向右移动了三个字节
    print(f1.tell()) # 3 当前文件指针所在的位置
    demo = f1.read()
    print(demo) # 好世界
    # 综合上述可以得知,一个中文占三个字节



# 1模式,表示以当前文件指针所在的文件为移动指针的参照物
’‘’
123.txt的内容为:
helloworld你好世界
‘’‘

with open('123.txt',mode='rb') as f:
    f.seek(2,1) # 
    res = f.read(3)
    print(res.decode('utf-8'))



# 2模式,文件的末尾作为文件指针位置,进行移动

import time

'''
# 在utf-8编码中,'你好世界'各占3个字符
with open('123.txt',mode='rb') as f:
    f.seek(-3,2) # 
    res = f.read() # 界 
    print(f.tell()) # 当前文件指针的位置在末尾 24
    print(res.decode('utf-8'))
'''

# 小demo: 实现tail -f filename 当文件增加内容时,将增加的内容输出

with open('user.txt',mode='rb') as f:
    f.seek(0,2) # 将文件的指针移到文件的末尾
    while True:
        res = f.readline()
        if len(res) == 0:
            time.sleep(0.3)
        else:
            print(res.decode('utf-8'),end='')

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