Python中文件操作

1 文件操作

　　无论在那种语言中都会对文件进行操作处理，而文件相关的处理无非就是打开文件，读取或者写入内容，最后再是关闭文件。Python中文件常用的IO操作有以下几个：

Function	Operation
open	打开
read	读取
write	写入
close	关闭
readline	行读取
readlines	多行读取
seek	文件指针操作
tell	指针位置

2 打开操作

　　文件的打开操作是对文件进行操作的第一步，Python中提供open函数，open(file, mode='r', buffering=-1, encoding=None, errors=None, newline=None, closefd=True, opener=None)，open 函数是打开一个文件，返回以文件对象（流对象）和文件描述符。打开文件失败，则返回异常。

2.1 open函数基本使用

　　创建一个文件test，然后打开它，用完关闭。

f = open("test")    # file对象
# windows <_io.TextIOWrapper name='test' mode='r' encoding='cp936'>
# linux <_io.TextIOWrapper name='test' mode='r' encoding='UTF-8'>
print(f.read())    # 读取文件
f.close()    # 关闭文件

　　文件操作找那个，最常用的操作就是读和写。文件访问的模式有两种：文本模式和二进制模式。不同模式下，操作函数不尽相同，表现的结果也不一样。

2.2 open函数的参数

2.2.1 file

　　open函数中的file文件是指定要打开或者要创建的文件名，如果不指定路径，默认是当前路径。

2.2.3 mode模式

　　open函数中提供mode参数，可以控制是以什么方式打开文件的，不同的模式适用不同场景下对文件的操作。以下是打开文件的模式以及其对应的作用：

Description	Meaning
r	缺省的，表示只读打开
w	只写打开
x	创建并写入一个新文件
a	写入打开，如果文件存在，则追加
b	二进制模式
t	缺省的，文本模式
+	读写打开一个文件。给原来只读、只写方式打开提供缺失的读或者写能力

　　在2.1的例子中，打开test文件时没有指定mode参数，那么就是默认以文本打开模式并且是以只读模式打开test文件。

• r模式

　　open默认是只读模式r打开已经存在的文件，如果文件不存在，抛出FileNotFoundErro异常。只读打开文件，如果使用write方法，会抛出异常。

• w模式

　　如果mode后是w描述符，表示只写方式打开文件，如果读取则抛出异常。如果文件不存在，则直接创建文件，如果文件存在，则清空文件内容。

• x模式

　　x模式下如果文件不存在，创建文件，并以只写方式打开文件；文件存在时，抛出FileExistsError异常。

• a模式

　　a模式下，文件存在，只写模式打开，追加内容；文件不存在，则创建后，只写模式打开文件，追加内容。

• 文本模式t

　　字符流，将文件的字节按照某种字符编码理解，按照字符操作。open的默认mode是rt。

• 二进制模式b

　　字节流，将文本按照字节理解，与字符编码无关。二进制模式操作是，字节操作使用bytes类型。

• +模式

　　为r、w、a、x提供确实的读写功能。但是，获取文件对象依旧按照r、w、a、x。+不能单独使用，可以认为它是为前面的模式字符做增强功能的。

2.2.4 buffering: 缓冲区

　　Python在处理文件时，是在内存中对文件进行处理。当给文件中写入内容是，不是立即将内容写入磁盘中，而是先写入内存中，存入缓冲区中待缓冲区满了或者在关闭文件之前，将内存中的内容写入磁盘中。

　　缓冲区是一个内存空间，一般来说是一个FIFO队列，到缓冲区满了或者达到阈值时数据才会flush到磁盘。flush函数是将缓冲区数据写入磁盘，close()关闭前会调用flush函数。io.DEFAULT_BUFFER_SIZE缺省缓冲区大小，单位是字节，默认是4096或者8192。

　　open函数中的buffering参数，用-1表示使用缺省大小的buffer。如果是二进制模式，使用io.DEFAULT_BUFFER_SIZE值；如果是文本模式，如果是是终端设备，是行缓方式，如果不是则使用二进制模式的策略。

• 0只在二进制模式使用，表示关buffer
• 1只在文本模式使用，表示使用行缓冲。意思就是见到换行符就flush
• 大于1用于指定buffer的大小

1、二进制下的例子

import io

f = open('test4', 'w+b')
print(io.DEFAULT_BUFFER_SIZE)
f.write('baidu.com'.encode())
# cat test4
f.seek(0)
# cat test4
f.write('www.baidu.com'.encode())
f.flush()
f.close()

f = open('test4', 'w+b', 4)
f.write(b'dab')
# cat test4
f.write(b'ric')
# cat test4
f.close

2、文本模式下

# buffering=1，使用行缓冲
f = open('test4', 'w+', 1)
f.write('dab')    # cat test4
f.write('dabric'*4)    # cat test4
f.write('
')    # cat test4
f.write('Hello
Python')    # cat test4
f.close

# buffering>1，使用指定大小的缓冲区
f = open('test4', 'w+', 15)
f.write('dab')    # cat test4
f.write('ric')    # cat test4
f.write('Hello
')    # cat test4
f.write('
Python')    # cat test4
f.write('a' * (io.DEFAULT_BUFFER_SIZE - 20))    # 设置为大于1没什么用
f.write('
www.baidu.com/python')
f.close

　　buffering=0，这时一种特殊的二进制模式，不需要内存的buffer，可以看做是一个FIFO的文件。

f = open('test4', 'wb+', 0)
f.write(b'd')    # cat test4
f.write(b'a')    # cat test4
f.write(b'b')    # cat test4
f.write(b'dabric'*4)    # cat test4
f.write(b'
')    # cat test4
f.write(b'Hello
Python')    # cat test4
f.close

　　buffering为不同值下多代表的含义总结如下表：

buffering	Introduction
buffering=-1	t和b都是io.DEFAULT_BUFFER_SIZE
buffering=0	b关闭缓冲区 t不支持
buffering=1	b就1个字节 t行缓冲，遇到换行读才flush
buffering>1	b模式表示行缓冲大小。缓冲区的值可以超过io.DEFAULT_BUFFER_SIZE， 直到设定的值超出后才把缓冲区flush t模式，是io.DEFAULT_BUFFER_SIZE，flush完后把当前字符串也写入磁盘

　　似乎看起来很玛法，一般来说，只需记得以下几点：

• 文本模式，一般都使用默认缓冲区大小
• 二进制模式，是一个个字节的操作，可以指定buffer的大小
• 一般来说，默认缓冲区大小是个比较好的选择，除非明确知道，否则不调整它
• 一般编程中，明确知道需要写磁盘了，都会手动调用一次flush，而不是等到自定flush或者close的时候

 2.2.5 encoding: 编码，仅文本模式使用

　　文件在磁盘中的存储是以字节形式存储的，如果要讲文件显示在屏幕上的话，就要对其进行解码，反过来写入时就要对其进行编码。Python中的open函数会在读取文件时做必要的解码，以文本模式写入文件时还会做必要的编码，所以在对文件调用读取或者是写入操作都是字符串对象。

　　encoding参数指定编码的格式，None标识使用缺省编码，依赖操作系统。windows下缺省GBK，Linux下缺省UTF-8。在对文件的读取和写入操作时要保证编码格式的一致，如果使用默认的编码格式的话，在不同的操作系统中可能会产生乱码的现象，如下：

>>> open('cafe.txt', 'w', encoding='utf_8').write('café')
4 
>>> open('cafe.txt').read()
'café'

　　写入时文件指定UTF-8编码，但是读取文件时没有那么做。有可能在对文件进行读取时是在windows环境下，那么windows环境下使用的默认编码集为GBK，于是就会产生乱码现在。解决办法是在读取操作之前，打开文件制定编码格式为UTF-8即可。　

2.2.6 其他参数

• errors

　　errors参数标识什么样的编码错误将被捕获。一般情况下，None和strict表示有编码错误将抛出ValueError异常；ingore标识忽略编码错误。

• newline

　　newline参数表示在文本模式中的换行的转换。可以为None、''空串、" "、" "、" "。

　　读时，None表示" "、" "、" "都被转换为' '；''表示不会自动转换通用换行符；其它合法字符表示换行符就是制定字符，就会按照制定字符分行。

　　写时，None表示' '都会被替换为系统缺省分隔符os,linesep；' '或''表示' '不替换；其它合法字符表示' '会被替换为指定的字符。

f = open('o:/test', 'w')
f.write('python
www.python.org
www.baidu.com
python3')
f.close()

newlines = [None, '', '
', '
']
for nl in newlines:
    f = open('o:/test', 'r+', newline=nl)    # q缺省替换所有换行符
    print(f.readlines())
    f.close

• closefd

　　关闭文件描述符，True表示关闭它。False会在文件关闭后保持这个描述符。fileobj.fileno()查看。

3 读取操作

3.1 read函数

　　read函数读取文件时，将整个文件中的内容读取到内存中，对于小文件的读取可以使用read，其不适用大文件的读取。read函数中的size参数表示读取的多少个字符或字节；负数或None表述读取到EOF。

f = open('o:/test4', 'r+', 0)
f.write("dabric")
f.write('
')
f.write('你好')
f.seek(0)
f.read(7)
f.close

# 二进制
f = open('test4', 'rb+')
f.read(7)
f.read(1)
f.close()

3.2 行读取

　　readline函数表示一行行读取文件内容。size设置一个能读取行内几个字符或字节。

　　readlines函数表述读取所有行的列表。指定hint则返回指定的行数。

# 按行迭代
f = open('test')    # 返回可迭代对象

for line in f:
    print(line)

f.close()

4 写入操作

　　写入操作在前面的代码中多多少少都使用过，下面具体看下写入操作的函数。

　　write(s)，函数把字符串s写入到文件中并返回字符的个数；

　　writelines(lines)，将字符串列表写入文件。

f = open('test', 'w+')

lines = ['abc', '123
', 'dabric']    # 提供换行符
f.writelines(lines)

f.seek(0)
print(f.read())
f.close()

5 文件指针

 　　文件是通过文件指针来记录文件当前指向的字节位置，我们可以通过控制文件指针，来指向指定的字节位置。在模式为r的情况下，文件指针指向起始0位置，表示文件开头；在模式为a的情况下，文件指针指向EOF，表示文件末尾，所以a模式被称为追加模式。Python中提供tell函数来显示文件指针当前的位置。

5.1 文件指针操作

　　Python提供seek(offset[, whence])函数来系统文件指针位置。其中offset表示变异多少字节，whence表示从哪里开始。

　　在文本模式下，whence的取值：

• whence 0 缺省值，表示从文件头开始，offset只能为正整数
• whence 1 表示从当前位置，offset只能接受0
• whence 2 表示从EOF开始，offset只能接受0

# 文本模式
f = open('test4', 'r+')
f.tell()    # 起始
f.read()
f.tell()    # EOF
f.seek(0)    # 起始
f.read()
f.seek(2, 0)
f.read()
f.seek(2, 0)
f.seek(2, 1)    # offset必须为0
f.seek(2, 2)    # offset必须为0
f.close()

　　文本模式支持从开头向后偏移的方式。whence为1表示从当前位置开始偏移，但是只支持偏移0，相当于原地不动，所以没有什么用；whence为2表示从EOF开始，只支持偏移0，相当于移动文件指针到EOF。seek函数时按照字节偏移的。

　　在二进制模式下，whence的取值：

• whence 0 缺省值，表示从文件头开始，offset只能为正整数
• whence 1 表示从当前位置，offset可正可负
• whence 2 表示从EOF开始，offset可正可负

# 二进制模式
f = open('test4', 'rb+')
f.tell()    # 起始
f.read()
f.tell()    # EOF
f.write(b'abc')
f.seek(0)    # 起始
f.seek(2, 1)    # 从当前指针开始，向后偏移2个字节
f.read()
f.seek(-2, 1)    # 从当前指针开始，向前偏移2个字节

f.seek(2, 2)    # 从EOF开始，向后便宜2个字节
f.seek(0)
f.seek(-2, 2)    # 从EOF开始，向前偏移2个字节
f.read()

f.seek(-20, 2)    # OSError
f.close()

　　二进制模式下支持任意起点的偏移，从头、从尾、从中间位置开始的偏移。向后seek可以超界，但是向前seek的时候，不能超界，否则抛出异常。

6 上下文管理

　　在每次打开使用文件结束后，都要使用close函数关闭文件对象，有时候在编程时难免会忘记使用close函数对打开的文件关闭，这样会导致该文件在其他地方不能使用的可能。Python提供一种上下文管理机制，使用它后在文件使用完后会自动关闭文件对象。

　　使用with...as关键字，在with语句执行完的时候，会自动关闭文件对象。注意，上下文管理的语句块并不会开启新的作用域。

with open('test') as f:
    f.write("abc")    # 文件只读，写入失败

# 测试f是否关闭
f.close    # f的作用域

　　另一种写法;

f1 = open('test')
with f1:
    f1.write('abc')    # 文件只读，写入失败

# 测试f是否关闭
f1.close    # f1的作用域

　　对于类似于文件对象的IO对象，一般来说都性需要在不使用的时候关闭、注销，以释放资源。IO被打开的时候，会获得一个文件描述符。计算资源是有限的，所以操作系统都会做限制。就是为了保护计算机的资源不要被完全耗尽，计算资源是共享的，不是独占的。一般情况下，除非特别明确的直到资源情况，否则不要提高资源的限制值来解决问题。