一 引入
应用程序运行过程中产生的数据最先都是存放于内存中的，若想永久保存下来，必须要保存于硬盘中。应用程序若想操作硬件必须通过操作系统，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，用户或应用程序对文件的操作，就是向操作系统发起调用，然后由操作系统完成对硬盘的具体操作。
二 文件操作的基本流程
2.1 基本流程
有了文件的概念，我们无需再去考虑操作硬盘的细节，只需要关注操作文件的流程：
# 1. 打开文件，由应用程序向操作系统发起系统调用open(...)，操作系统打开该文件，对应一块硬盘空间，并返回一个文件对象赋值给一个变量f
f=open('a.txt','r',encoding='utf-8') #默认打开模式就为r
# 2. 调用文件对象下的读/写方法，会被操作系统转换为读/写硬盘的操作
data=f.read()
# 3. 向操作系统发起关闭文件的请求，回收系统资源
f.close()
2.2 资源回收与with上下文管理
打开一个文件包含两部分资源：应用程序的变量f和操作系统打开的文件。在操作完毕一个文件时，必须把与该文件的这两部分资源全部回收，回收方法为：
1、f.close() #回收操作系统打开的文件资源
2、del f #回收应用程序级的变量
其中del f一定要发生在f.close()之后，否则就会导致操作系统打开的文件无法关闭，白白占用资源，
而python自动的垃圾回收机制决定了我们无需考虑del f，这就要求我们，在操作完毕文件后，一定要记住f.close()，虽然我们如此强调，但是大多数读者还是会不由自主地忘记f.close()，考虑到这一点，python提供了with关键字来帮我们管理上下文
# 1、在执行完子代码块后，with 会自动执行f.close()
with open('a.txt', mode='w', coding='utf-8') as f:
pass
# 2、可用用with同时定义读和写，用逗号分隔开即可
with open(r'test.txt', mode='r', encoding='utf-8') as rf,
open(r'test.txt', mode='r', encoding='utf-8') as rw:
print(rf.read()) # 打印出全部读取到的内容
2.3 指定操作文本文件的字符编码
f = open(...)是由操作系统打开文件，如果打开的是文本文件，会涉及到字符编码问题，如果没有为open指定编码，那么打开文本文件的默认编码很明显是操作系统说了算了，操作系统会用自己的默认编码去打开文件，在windows下是gbk，在linux下是utf-8。
这就用到了上节课讲的字符编码的知识：若要保证不乱码，文件以什么方式存的，就要以什么方式打开。
f = open('a.txt','r',encoding='utf-8')
三 文件的操作模式
3.1 控制文件读写操作的模式
r(默认的)：只读
w：只写
a：只追加写
3.1.1 案例一：r 模式的使用
# r只读模式: 在文件不存在时，则会报错；文件存在时，文件内指针直接跳到文件开头
with open('a.txt',mode='r',encoding='utf-8') as f:
res=f.read() # 会将文件的内容由硬盘全部读入内存，赋值给res
# 小练习：实现用户认证功能
inp_name=input('请输入你的名字: ').strip()
inp_pwd=input('请输入你的密码: ').strip()
with open(r'db.txt',mode='r',encoding='utf-8') as f:
for line in f:
# 把用户输入的名字与密码与读出内容做比对
u,p=line.strip('
').split(':')
if inp_name == u and inp_pwd == p:
print('登录成功')
break
else:
print('账号名或者密码错误')
# db.txt ------> kody:123
3.1.2 案例二：w 模式的使用
# w只写模式: 在文件不存在时会创建空文档,文件存在会清空文件,文件指针跑到文件开头
with open('b.txt',mode='w',encoding='utf-8') as f:
f.write('你好
')
f.write('我好
')
f.write('大家好
')
f.write('111
222
333
')
#强调：
# 1 在文件不关闭的情况下,连续的写入，后写的内容一定跟在前写内容的后面
# 2 如果重新以w模式打开文件，则会清空文件内容
3.1.3 案例三：a 模式的使用
# a只追加写模式: 在文件不存在时会创建空文档,文件存在会将文件指针直接移动到文件末尾追加新数据
with open('c.txt',mode='a',encoding='utf-8') as f:
f.write('44444
')
f.write('55555
')
#强调 w 模式与 a 模式的异同：
# 1 相同点：在打开的文件不关闭的情况下，连续的写入，新写的内容总会跟在前写的内容之后
# 2 不同点：以 a 模式重新打开文件，不会清空原文件内容，会将文件指针直接移动到文件末尾，新写的内容永远写在最后
# 小练习：实现注册功能:
name=input('username>>>: ').strip()
pwd=input('password>>>: ').strip()
with open('db1.txt',mode='a',encoding='utf-8') as f:
info='%s:%s
' %(name,pwd)
f.write(info)
3.1.4 案例四：+ 模式的使用(了解)
# r+ w+ a+ :可读可写
#在平时工作中，我们只单纯使用r/w/a，要么只读，要么只写，一般不用可读可写的模式
3.2 控制文件读写内容的模式
# 大前提: tb模式均不能单独使用,必须与r/w/a之一结合使用
# t（默认的）：文本模式
1. 读写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，针对非文本文件（如图片、视频、音频等）
3. 一定不能指定encoding参数
3.2.1 案例一：t 模式的使用
# t 模式：如果我们指定的文件打开模式为r/w/a，其实默认就是rt/wt/at
with open('a.txt',mode='rt',encoding='utf-8') as f:
res=f.read()
print(type(res)) # 输出结果为：<class 'str'>
with open('a.txt',mode='wt',encoding='utf-8') as f:
s='abc'
f.write(s) # 写入的也必须是字符串类型
#强调：t 模式只能用于操作文本文件,无论读写，都应该以字符串为单位，而存取硬盘本质都是二进制的形式，当指定 t 模式时，python解释器内部帮我们做了编码与解码
3.2.2 案例二： b 模式的使用
# b: 读写都是以二进制位单位
with open('1.mp4',mode='rb') as f:
data=f.read()
print(type(data)) # 输出结果为：<class 'bytes'>
with open('a.txt',mode='wb') as f:
msg="你好"
res=msg.encode('utf-8') # res为bytes类型
f.write(res) # 在b模式下写入文件的只能是bytes类型
#强调：b模式对比t模式
1、在操作纯文本文件方面t模式帮我们省去了编码与解码的环节，b模式则需要手动编码与解码，所以此时t模式更为方便
2、针对非文本文件（如图片、视频、音频等）只能使用b模式
# 小练习： 编写拷贝工具
with open(r'冬季.png', 'rb') as rb,
open(r'冬季.jpg', 'wb') as wb:
jpg = rb.read()
wb.write(jpg)
四 操作文件的方法
4.1 重点
# 读操作
f.read() # 读取所有内容,执行完该操作后，文件指针会移动到文件末尾
f.readline() # 读取一行内容,光标移动到第二行首部
f.readlines() # 读取每一行内容,存放于列表中
# 强调：
# f.read()与f.readlines()都是将内容一次性读入内容，如果内容过大会导致内存溢出，若还想将内容全读入内存，则必须分多次读入，有两种实现方式：
# 方式一
with open('a.txt',mode='rt',encoding='utf-8') as f:
for line in f:
print(line) # 同一时刻只读入一行内容到内存中
# 方式二
with open('1.mp4',mode='rb') as f:
while True:
data=f.read(1024) # 同一时刻只读入1024个Bytes到内存中
if len(data) == 0:
break
print(data)
# 写操作
f.write # 写文件
f.writeable # 是否可写
f.writelines() # for + f.write() 循环写入多条
f.write('1111
222
') # 针对文本模式的写,需要自己写换行符
f.write('1111
222
'.encode('utf-8')) # 针对b模式的写,需要自己写换行符
f.writelines(['333
','444
']) # 文件模式
f.writelines([bytes('333
',encoding='utf-8'),'444
'.encode('utf-8')]) #b模式
4.2 了解
f.readable() # 文件是否可读
f.writable() # 文件是否可读
f.closed # 文件是否关闭
f.encoding # 如果文件打开模式为b,则没有该属性
f.flush() # 立刻将文件内容从内存刷到硬盘
f.name
五 主动控制文件内指针移动
#大前提:文件内指针的移动都是Bytes为单位的,唯一例外的是t模式下的read(n),n以字符为单位
f.seek(offset,whence)
offset: 相对偏移度 （光标移动的位数）针对的是字节
whence：指定光标位置从何开始
0：从文件开头
1：从当前位置
2：从文件末尾
补充：
utf-8:
中文是3个bytes
英文是1个bytes
gbk：
全部都是2个bytes
open函数不设置encoding，默认是gbk
与encode一毛钱都没有，encoding只是一个参数
除了read里面的参数是针对字符，其他都是针对字节
5.1 案例一： 0模式详解
# a.txt用utf-8编码，内容如下（abc各占1个字节，中文“你好”各占3个字节）
abc你好
# 0模式的使用
with open('a.txt',mode='rt',encoding='utf-8') as f:
f.seek(3,0) # 参照文件开头移动了3个字节
print(f.tell()) # 查看当前文件指针距离文件开头的位置，输出结果为3
print(f.read()) # 从第3个字节的位置读到文件末尾，输出结果为：你好
# 注意：由于在t模式下，会将读取的内容自动解码，所以必须保证读取的内容是一个完整中文数据，否则解码失败
with open('a.txt',mode='rb') as f:
f.seek(6,0)
print(f.read().decode('utf-8')) #输出结果为: 好
5.2 案例二： 1模式详解
# 1模式的使用
with open('a.txt',mode='rb') as f:
f.seek(3,1) # 从当前位置往后移动3个字节，而此时的当前位置就是文件开头
print(f.tell()) # 输出结果为：3
f.seek(4,1) # 从当前位置往后移动4个字节，而此时的当前位置为3
print(f.tell()) # 输出结果为：7
5.3 案例三： 2模式详解
# a.txt用utf-8编码，内容如下（abc各占1个字节，中文“你好”各占3个字节）
abc你好
# 2模式的使用
with open('a.txt',mode='rb') as f:
f.seek(0,2) # 参照文件末尾移动0个字节， 即直接跳到文件末尾
print(f.tell()) # 输出结果为：9
f.seek(-3,2) # 参照文件末尾往前移动了3个字节
print(f.read().decode('utf-8')) # 输出结果为：好
# 小练习：实现动态查看最新一条日志的效果
import time
with open('access.log',mode='rb') as f:
f.seek(0,2)
while True:
line=f.readline()
if len(line) == 0:
# 没有内容
time.sleep(0.5)
else:
print(line.decode('utf-8'),end='')
5.4 实验题：获取文件实时动态变化
写入文件脚本：
# encoding:utf-8
import time
res = time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')
print(res)
with open('a.txt', 'a', encoding='utf-8') as af:
af.write(f'获取时间为：{res}
')
获取文件实时动态：
# encoding:utf-8
import time
with open(r'a.txt', 'r', encoding='utf-8') as rf:
while True:
res = rf.readline() # 一次读取一行
if res:
print(f'捕捉新增记录：{res}')
六 文件的修改
# 文件a.txt内容如下
张一蛋 山东 179 49 12344234523
李二蛋 河北 163 57 13913453521
王全蛋 山西 153 62 18651433422
# 执行操作
with open('a.txt',mode='r+t',encoding='utf-8') as f:
f.seek(9)
f.write('<妇女主任>')
# 文件修改后的内容如下
张一蛋<妇女主任> 179 49 12344234523
李二蛋 河北 163 57 13913453521
王全蛋 山西 153 62 18651433422
# 强调：
# 1、硬盘空间是无法修改的,硬盘中数据的更新都是用新内容覆盖旧内容
# 2、内存中的数据是可以修改的
文件对应的是硬盘空间,硬盘不能修改对应着文件本质也不能修改,
那我们看到文件的内容可以修改,是如何实现的呢?
大致的思路是将硬盘中文件内容读入内存,然后在内存中修改完毕后再覆盖回硬盘
具体的实现方式分为两种:
6.1 文件修改方式一
# 实现思路：将文件内容一次性全部读入内存,然后在内存中修改完毕后再覆盖写回原文件
# 优点: 在文件修改过程中同一份数据只有一份
# 缺点: 会过多地占用内存
with open('a.txt', 'r+', encoding='utf-8') as r_f:
data = r_f.read()
with open('a.txt', 'w+', encoding='utf-8') as w_f:
w_f.write(data.replace('张一蛋', '张一蛋<妇女主任>'))
张一蛋<妇女主任> 山东 179 49 12344234523
李二蛋 河北 163 57 13913453521
王全蛋 山西 153 62 18651433422
6.1 文件修改方式二
# 实现思路：以读的方式打开原文件,以写的方式打开一个临时文件,一行行读取原文件内容,修改完后写入临时文件...,删掉原文件,将临时文件重命名原文件名
# 优点: 不会占用过多的内存
# 缺点: 在文件修改过程中同一份数据存了两份
import os
with open(r'a.txt', mode='rt', encoding='utf-8') as rf,
open(r'b.txt', mode='wt', encoding='utf-8') as wf:
for line in rf:
wf.write(line.replace('张一蛋', '张一蛋<妇女主任>'))
os.remove('a.txt')
os.rename('b.txt', 'a.txt')