Python 文件操作：从零基础到日志记录实战

Langchain系列文章目录

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04-玩转 LangChain：从文档加载到高效问答系统构建的全程实战
05-玩转 LangChain：深度评估问答系统的三种高效方法（示例生成、手动评估与LLM辅助评估）
06-从 0 到 1 掌握 LangChain Agents：自定义工具 + LLM 打造智能工作流！

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02-Python 流程控制终极指南：if-else 和 for-while深度解析
03-Python 列表与元组全攻略：从新手到高手的必备指南
04-Python 字典与集合：从入门到精通的全面解析
05-Python函数入门指南：从定义到应用
06-Python 函数高级特性：从默认参数到闭包的全面解析
07-Python 模块与包：从零到自定义的全面指南
08-Python异常处理：从入门到精通的实用指南
09-Python 文件操作：从零基础到日志记录实战
10-Python面向对象编程入门：从类与对象到方法与属性
11-Python类的方法与属性：从入门到进阶的全面解析

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前言

文件操作在 Python 编程中无处不在，无论是读取数据、保存结果，还是记录程序运行日志，都是开发者必须掌握的基本技能。本文将带你从零开始，逐步掌握文件的读写操作、关闭与异常处理，并通过一个实用的日志记录案例，帮助你将理论转化为实践。

这篇文章适合初学者快速入门，也为进阶开发者提供清晰的操作指南和实战思路。无论你是想搞懂 open() 的用法，还是希望在项目中优雅地处理文件异常，这里都有你想要的答案。让我们一起开启这场文件操作的探索之旅吧！

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一、文件操作基础：读写文件的核心

文件操作的核心在于打开文件、读写内容，然后安全关闭。Python 提供了简单易用的内置函数 open()、read() 和 write()，让我们从基础入手，逐步掌握这些技能。

1.1 使用 open() 打开文件

open() 是文件操作的起点，它能打开一个文件并返回一个文件对象，供后续操作使用。

1.1.1 基本语法与参数

file = open(filename, mode)  
filename：文件路径，可以是相对路径（如 "data.txt"）或绝对路径（如 "/home/user/data.txt"）。  
mode：打开模式，决定了文件的操作方式：  
'r'：只读（默认模式，文件不存在会报错）。  
'w'：写入（覆盖原有内容，文件不存在会创建）。  
'a'：追加（在文件末尾添加内容）。  
'b'：二进制模式（如 'rb' 或 'wb'）。  
'+'：读写模式（如 'r+'）。

1.1.2 示例代码：创建并打开文件

# 以写入模式打开文件（如果文件不存在，会自动创建）
file = open("test.txt", "w")  
file.write("Hello, Python!")  
file.close()  # 关闭文件，释放资源

运行后，当前目录下会出现 test.txt，内容为 “Hello, Python!”。

1.1.3 注意事项

• 路径问题：如果文件不在当前目录，需提供正确路径，否则会报 FileNotFoundError。
• 模式选择：用 ‘w’ 会清空原文件，谨慎操作；用 ‘a’ 则保留原有内容。

1.2 使用 write() 写入文件

write() 方法负责将数据写入文件，简单高效。

1.2.1 基本用法

file = open("test.txt", "w")  
file.write("这是第一行\n")  # \n 表示换行
file.write("这是第二行")  
file.close()  

打开 test.txt，你会看到：

这是第一行
这是第二行

1.2.2 常见问题与解决

• 换行丢失：write() 不会自动换行，需手动加 \n。
• 中文乱码：默认编码可能不兼容中文，可在 open() 中加 encoding="utf-8"：

file = open("test.txt", "w", encoding="utf-8")  
file.write("你好，世界！")  
file.close()  

1.3 使用 read() 读取文件

read() 方法能读取文件内容，适合处理文本数据。

1.3.1 读取全部内容

file = open("test.txt", "r", encoding="utf-8")  
content = file.read()  # 读取所有内容
print(content)  
file.close()  

输出：

这是第一行
这是第二行

1.3.2 按行读取

• readline()：读取一行。
• readlines()：读取所有行，返回列表。

file = open("test.txt", "r", encoding="utf-8")  
lines = file.readlines()  # 返回列表，每元素是一行
for line in lines:  
    print(line.strip())  # strip() 去掉换行符
file.close()  

输出：

这是第一行
这是第二行

1.3.3 小技巧

• 指定字节读取：file.read(5) 只读前 5 个字节，适合大文件分块处理。
• 文件不存在：用 ‘r’ 模式打开不存在的文件会抛出 FileNotFoundError，后面会讲如何处理。

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二、文件关闭与异常处理：让程序更健壮

文件操作不仅要读写正确，还要确保资源释放和异常处理到位。

2.1 文件关闭：close() 的重要性

每次打开文件后，必须用 close() 关闭，释放系统资源。

2.1.1 为什么要关闭文件

• 资源占用：未关闭的文件会占用内存和文件句柄，多了会导致程序崩溃。
• 数据安全：写入后不关闭，数据可能未完全保存到磁盘。

2.1.2 示例：手动关闭

file = open("test.txt", "w", encoding="utf-8")  
file.write("手动关闭示例")  
file.close()  # 别忘了这一步

2.2 使用 with 语句自动关闭文件

with 语句是 Python 推荐的方式，它能自动关闭文件，省心又安全。

2.2.1 基本用法

with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as file:  
    content = file.read()  
    print(content)  
# 无需 close()，with 自动处理

2.2.2 优势与场景

• 异常安全：即使代码出错，文件也会被关闭。
• 简洁优雅：适合任何文件操作场景，尤其是读写频繁时。

2.3 异常处理：应对文件操作的常见问题

文件操作中常会遇到文件不存在、权限不足等问题，用 try-except 能轻松解决。

2.3.1 处理文件不存在

try:  
    with open("missing.txt", "r") as file:  
        content = file.read()  
except FileNotFoundError:  
    print("文件不存在，请检查路径！")  

输出：

文件不存在，请检查路径！

2.3.2 处理权限问题

try:  
    with open("/root/secret.txt", "w") as file:  
        file.write("尝试写入")  
except PermissionError:  
    print("权限不足，无法写入！")  

2.3.3 排查建议

• 文件路径：用 os.path.exists() 检查文件是否存在。
• 权限检查：确保有读写权限，尤其在 Linux 系统上。

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三、文件操作实战：实现日志记录系统

让我们通过一个日志记录案例，将文件操作应用到实际场景中。

3.1 案例介绍

日志记录是程序调试和监控的关键。我们将实现一个函数，记录带时间戳的消息到文件。

3.2 实现步骤与代码

3.2.1 基础版本

import time  

def log_message(message):  
    with open("app.log", "a", encoding="utf-8") as log_file:  
        timestamp = time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")  
        log_file.write(f"[{timestamp}] {message}\n")  

# 测试
log_message("程序启动")  
log_message("任务完成")  

app.log 文件内容：

[2024-10-20 15:30:45] 程序启动
[2024-10-20 15:30:46] 任务完成

3.2.2 带异常处理的进阶版

import time  

def log_message(message):  
    try:  
        with open("app.log", "a", encoding="utf-8") as log_file:  
            timestamp = time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")  
            log_file.write(f"[{timestamp}] {message}\n")  
    except Exception as e:  
        print(f"日志记录失败：{e}")  

# 测试
log_message("程序启动")  
log_message("发生错误")  

3.3 优化与扩展

3.3.1 添加日志级别

def log_message(message, level="INFO"):  
    try:  
        with open("app.log", "a", encoding="utf-8") as log_file:  
            timestamp = time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")  
            log_file.write(f"[{timestamp}] [{level}] {message}\n")  
    except Exception as e:  
        print(f"日志记录失败：{e}")  

log_message("程序启动", "INFO")  
log_message("严重错误", "ERROR")  

app.log 输出：

[2024-10-20 15:32:00] [INFO] 程序启动
[2024-10-20 15:32:01] [ERROR] 严重错误

3.3.4 性能优化建议

• 缓冲写入：频繁写入时，可用 io.BufferedWriter 减少直接 I/O 操作。
• 日志轮转：文件过大时，可按日期或大小分割（如 2024-10-20.log）。

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四、总结

本文从零基础带你掌握了 Python 文件操作的核心技能：

• 读写基础：用 open()、read() 和 write() 操作文件。
• 关闭与异常：通过 with 和 try-except 确保程序健壮。
• 实战案例：实现日志记录，展示文件操作的实际价值。

建议动手实践，比如写一个读取配置文件的脚本，或优化日志系统。文件操作虽简单，却是你迈向 Python 高手的基石！

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