零基础学 Python——文件操作详解

亲爱的亦菲彦祖们，大家好！在编程的世界里，文件操作是一项基本而重要的技能。无论是读取数据、存储信息，还是管理文件和文件夹，掌握文件操作都能大大提升你的编程效率。今天，我们将一起深入探讨Python中的文件操作，内容将通俗易懂且详细，希望能帮助你们更好地理解和应用这些知识。

1. 文件操作的作用

什么是文件？

在计算机中，文件是用来存储数据和信息的基本单位。无论是文本文档、图片、音频，还是程序代码，都以文件的形式存在。通过文件操作，程序可以读取、写入和管理这些文件，从而实现数据的持久化和共享。

文件操作包含什么？

文件操作主要包括以下几个方面：

• 打开文件：指定要操作的文件。
• 读写文件：从文件中读取数据或向文件中写入数据。
• 关闭文件：结束对文件的操作，释放资源。
• 复制文件、删除文件等其他操作。

文件操作的作用是什么？

文件操作的主要作用包括：

• 读取内容：从文件中获取数据。
• 写入内容：将数据保存到文件中。
• 备份内容：复制文件以防数据丢失。
• 管理文件和文件夹：创建、删除、重命名等操作。

总结：文件操作的作用就是将数据存储在文件中，便于程序在下次执行时直接使用这些数据，而无需重新生成，既省时又省力。

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2. 文件的基本操作

2.1 文件操作步骤

进行文件操作通常遵循以下步骤：

1. 打开文件：指定要操作的文件及其模式（如只读、写入等）。
2. 读写操作：根据需要读取文件内容或向文件写入数据。
3. 关闭文件：结束文件操作，释放资源。

注意：即使不进行读写操作，也应及时关闭文件，以防数据泄露或资源占用。

2.2 打开文件

在Python中，使用open函数可以打开一个已存在的文件或创建一个新文件。其基本语法如下：

open(name, mode)

• name：要打开的目标文件名的字符串（可以包含文件的具体路径）。
• mode：设置打开文件的模式（访问模式），如只读、写入、追加等。

打开文件模式

模式	描述
r	以只读方式打开文件。文件指针将会放在文件的开头。这是默认模式。
rb	以二进制格式打开一个文件用于只读。文件指针将会放在文件的开头。
r+	打开一个文件用于读写。文件指针将会放在文件的开头。
rb+	以二进制格式打开一个文件用于读写。文件指针将会放在文件的开头。
w	打开一个文件只用于写入。如果该文件已存在，原有内容将被删除；如果文件不存在，创建新文件。
wb	以二进制格式打开一个文件只用于写入。行为同w模式。
w+	打开一个文件用于读写。如果该文件已存在，原有内容将被删除；如果文件不存在，创建新文件。
wb+	以二进制格式打开一个文件用于读写。行为同w+模式。
a	打开一个文件用于追加。如果文件已存在，文件指针将放在文件结尾，新的内容将被写入；如果文件不存在，创建新文件。
ab	以二进制格式打开一个文件用于追加。行为同a模式。
a+	打开一个文件用于读写。如果文件已存在，文件指针将放在文件结尾；如果文件不存在，创建新文件。
ab+	以二进制格式打开一个文件用于追加。行为同a+模式。

快速体验

f = open('test.txt', 'w')

注意：此时的f是open函数返回的文件对象，可以通过它进行后续的读写操作。

2.3 文件对象方法

写操作

• 语法

  文件对象.write('内容')
  

• 示例

  # 1. 打开文件
  f = open('test.txt', 'w')
  
  # 2. 文件写入
  f.write('hello world')
  
  # 3. 关闭文件
  f.close()
  

  注意：

  1. 使用w模式和a模式：如果文件不存在，将创建新文件；如果文件存在，w模式会先清空文件再写入，a模式则直接在文件末尾追加内容。
  2. 使用r模式：如果文件不存在，将报错。

读操作

• read()

  文件对象.read(num)
  

  • num表示要从文件中读取的数据的长度（单位是字节）。如果不传入num，则读取文件中的所有数据。

• readlines()

  f = open('test.txt')
  content = f.readlines()
  
  # 输出示例
  ['hello world\n', 'abcdefg\n', 'aaa\n', 'bbb\n', 'ccc']
  print(content)
  
  # 关闭文件
  f.close()
  

  readlines()会按照行的方式一次性读取整个文件的内容，并返回一个列表，其中每一行的数据为一个元素。

• readline()

  f = open('test.txt')
  
  content = f.readline()
  print(f'第一行：{content}')
  
  content = f.readline()
  print(f'第二行：{content}')
  
  # 关闭文件
  f.close()
  

  readline()一次读取一行内容。

2.4 关闭文件

文件对象.close()

关闭文件后，文件指针将不再指向该文件，释放系统资源。

2.5 使用with管理文件上下文

上述文件操作需要手动打开和关闭文件，较为麻烦。使用with语句可以自动管理文件上下文，确保文件在操作完成后自动关闭。

with open('test.txt', mode='r', encoding='utf-8') as f:
    text = f.read()
    print(text)

优点：

• 自动管理文件的打开和关闭，避免忘记关闭文件。
• 代码更加简洁。

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3. 文件夹及目录操作——OS模块

在日常使用计算机时，经常需要列出文件夹的内容、创建或删除文件和文件夹。Python提供了os模块，可以轻松实现这些操作。

3.1 OS目录操作

方法	说明
os.mkdir	创建目录
os.rmdir	删除目录
os.rename	重命名文件或目录
os.remove	删除文件
os.getcwd	获取当前工作路径
os.chdir	修改当前工作目录

os.mkdir

创建一个新目录。

import os

os.mkdir('new_folder')

os.rmdir

删除一个空目录。

import os

os.rmdir('new_folder')

os.rename

重命名文件或目录。

import os

os.rename('old_name.txt', 'new_name.txt')

注意：如果目标文件不存在，将会报错。

os.remove

删除文件。

import os

os.remove('file_to_delete.txt')

注意：如果文件不存在，将会报错。

os.getcwd

获取当前程序的工作目录。

import os

current_dir = os.getcwd()
print(current_dir)  # 例如：'C:\\Users\\Administrator'

os.chdir

改变程序的工作目录。

import os

os.chdir('C:\\')
print(os.getcwd())  # 输出：'C:\\'

3.2 OS路径操作

os.path模块提供了许多跨平台的路径操作方法，使用这些方法可以编写更具兼容性的代码。

常用方法

方法	说明
os.path.join	连接目录与文件名
os.path.split	分割文件名与目录
os.path.abspath	获取绝对路径
os.path.dirname	获取路径
os.path.basename	获取文件名或文件夹名
os.path.splitext	分离文件名与扩展名
os.path.isfile	判断路径是否是一个文件
os.path.isdir	判断路径是否是一个目录
os.path.exists	检查文件或目录是否存在

示例

import os

# 获取当前工作目录
print(os.getcwd())  # 输出：'C:\\Users\\Administrator'

# 获取文件的绝对路径
print(os.path.abspath('hello.py'))  # 输出：'C:\\Users\\Administrator\\hello.py'

# 分离目录与文件名
print(os.path.split(os.path.abspath('.')))  # 输出：('C:\\Users', 'Administrator')

# 连接目录与文件名
print(os.path.join('C:\\Users', 'Administrator'))  # 输出：'C:\\Users\\Administrator'

# 分离文件名与扩展名
print(os.path.splitext('filename.txt'))  # 输出：('filename', '.txt')

检查路径

import os

# 获取文件或文件夹的路径
print(os.path.dirname('C:\\Users\\Administrator\\hello.py'))  # 输出：'C:\\Users\\Administrator'

# 获取文件名或文件夹名
print(os.path.basename('C:\\Users\\Administrator\\hello.py'))  # 输出：'hello.py'

# 判断路径是否是文件
print(os.path.isfile('C:\\Users\\Administrator\\hello.py'))  # 输出：True

# 判断路径是否是目录
print(os.path.isdir('C:\\Users\\Administrator'))  # 输出：True

案例一：显示当前目录中所有的文件

import os

current_dir = os.getcwd()
files = [f for f in os.listdir(current_dir) if os.path.isfile(os.path.join(current_dir, f))]
print("当前目录中的文件有：")
for file in files:
    print(file)

案例二：给所有的txt文件前加上前缀[前缀]

import os

def add_prefix_to_txt_files(folder_path, prefix):
    for filename in os.listdir(folder_path):
        if filename.endswith('.txt'):
            new_name = f"[{prefix}]{filename}"
            os.rename(os.path.join(folder_path, filename), os.path.join(folder_path, new_name))
    print("前缀添加完成。")

# 使用示例
add_prefix_to_txt_files('test_folder', '前缀')

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4. 拓展：深浅拷贝

在Python中，对象的赋值和拷贝（深拷贝与浅拷贝）之间存在差异。如果不注意，可能会导致意外的结果。这主要是由于对象在内存中的引用关系所导致。

对象引用、浅拷贝、深拷贝

使用=赋值（对象引用）

=赋值：数据完全共享

使用=进行赋值时，两个变量指向同一个对象。如果对象是可变的（如列表），修改其中一个变量会影响另一个变量。

a = [1, 2, 3]
b = a
a[0] = 'surprise'

print(a)  # 输出：['surprise', 2, 3]
print(b)  # 输出：['surprise', 2, 3]

浅拷贝（copy）

浅拷贝：数据半共享

浅拷贝会创建一个新的对象，但对于嵌套的子对象，仅复制了引用。即，如果子对象是可变的，修改子对象会影响到拷贝后的对象。

import copy

a = [1, 2, 3]
b = a.copy()
c = list(a)
d = a[:]

a[0] = 'integer lists are boring'

print(a)  # 输出：['integer lists are boring', 2, 3]
print(b)  # 输出：[1, 2, 3]
print(c)  # 输出：[1, 2, 3]
print(d)  # 输出：[1, 2, 3]

对于嵌套对象：

import copy

a = [1, 2, 3, [4, 5, 6]]
b = copy.copy(a)
a[3][0] = "surprises"

print(b)  # 输出：[1, 2, 3, ['surprises', 5, 6]]

深拷贝（deepcopy）

深拷贝：数据完全不共享

深拷贝会递归地复制所有层级的对象，确保拷贝后的对象与原对象完全独立，互不影响。

import copy

a = [1, 2, 3, [4, 5, 6]]
b = copy.deepcopy(a)
a[3][0] = "surprises"

print(b)  # 输出：[1, 2, 3, [4, 5, 6]]

总结：

• copy.copy：浅拷贝，仅拷贝父对象，不会拷贝子对象。
• copy.deepcopy：深拷贝，递归拷贝父对象及其所有子对象。

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5. 练习题

亲爱的亦菲彦祖们，通过以下练习来巩固今天学习的内容吧！

练习1：文件读写

1. 创建一个名为sample.txt的文件，并写入以下内容：

   Hello, Python!
   Welcome to file operations.
   

2. 使用Python读取sample.txt的内容并打印出来。

3. 在sample.txt的末尾追加一行：This is an appended line.

练习2：目录操作

1. 在当前工作目录下创建一个名为test_dir的文件夹。

2. 在test_dir中创建一个名为test_file.txt的文件，并写入一些内容。

3. 重命名test_file.txt为renamed_file.txt。

4. 列出test_dir中所有的文件。

5. 删除renamed_file.txt和test_dir文件夹。

练习3：深浅拷贝

1. 创建一个包含嵌套列表的列表，例如：

   original = [1, 2, [3, 4]]
   

2. 使用浅拷贝和深拷贝分别创建两个新的列表。

3. 修改原列表中的嵌套列表元素，观察浅拷贝和深拷贝后的列表变化。

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6. 总结

今天，我们全面探讨了Python中的文件操作，包括：

• 文件操作的作用：理解文件在数据存储和管理中的重要性。
• 文件的基本操作：掌握打开、读写、关闭文件的基本步骤和方法。
• OS模块的使用：学习如何通过os模块进行目录和路径的管理。
• 深浅拷贝：了解对象赋值、浅拷贝与深拷贝的区别，避免潜在的编程错误。

掌握这些知识，亦菲彦祖们将在编程的道路上更加游刃有余。希望通过这篇博客，你们能对Python的文件操作有更深入的理解和应用。记得多练习哦，实践是学习编程最好的方式！

祝学习愉快！