一、I/O操作概述
I/O概述：
I/O在计算机中时指Input/Output，也就是Stream的输入与输出。我们通常说的输入与输出其实在操作系统中都是相对于内存而言的，InputStream（输入流）是指数据从外部（网络、键盘、I/O设备）流进内存，OutputStream正好与之相反，数据从内存流出到外部。程序运行时，数据都是在哎内存中驻留，由CPU这个超级快的计算核心来执行，涉及到数据交换的地方就需要IO接口。
IO接口的提供以及高级编程语言中的IO操作的实现：
操作系统十个通用的软件程序，其通用目的如下：
硬件驱动、进程管理、内存管理、网络管理、安全管理、I/O管理
操作系统屏蔽了底层硬件，向上提供通用接口。因此，操作I/O的能力是由操作系统提供的，每一种编程语言都会把操作系统提供的低级C接口封装起来供开发者使用，Python也不例外。
二、文件读写实现原理和操作步骤
1.文件读写实现原理：
由于操作I/O的能力是由操作系统提供的，且操作系统不允许普通程序直接操作磁盘，所以读写文件时需要操作系统打开一个对象，这个对象通常被称之为文件描述符--file descriptor，简称fd，这个就是我们在程序中要操作的文件对象。
通常高级编程语言会提供一个内置的函数，通过接收‘文件路径’、‘文件打开模式’等参数来打开一个文件对象，并返回该文件对象的文件描述符。因此通过这个函数我们就可以获取到要操作的文件对象，在Python中这个函数叫open(）,在PHP中叫fopen()
2.文件读写操作步骤：
不同编程语言读写文件的操作步骤大体都一样，都分为以下几步：
1）打开文件，获取文件描述符；
2）操作文件描述符--读/写；
3）关闭文件。
3.需要注意的是：
文件读写操作完成后，应该及时关闭。一方面，文件对象会占用操作系统的资源，另一方面，操作系统对同一时间能够打开的文件描述符的数量是有限的，在linux操作系统上可以通过ulimit -n来查看这个现实数量。如果不能及时关闭文件，还可能造成数据丢失，因为将数据写入文件时，操作系统不会立即把数据写入磁盘，而是先把数据放到内存缓存区异步写入磁盘。当调用close方法时，操作系统才会保证把没有写入磁盘的数据全部写入到磁盘，否则可能会丢失数据。
三、Python3中文件打开模式
open(file, mode='r', buffering=None, encoding=None, errors=None, newline=None, closefd=True)
打开文件的参数通常有：文件路径名称、mode参数（即打开模式）、编码模式...
这里需要搞清楚的就是mode参数，也就是我们使用什么模式打开一个文件：
Python3源码中时这样解释的：
Python3源码文件其实对文件的打开模式进行了详细的英文阐述，这里非常建议大家自己打开builtins.py文件自行查看，我相信研究看懂的远远比看别人写的文章描述的更加深刻。
这里只是粘贴一部分打开模式的简单描述部分：
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Character Meaning
--------- ---------------------------------------------------------------
'r' open for reading (default)
'w' open for writing, truncating the file first
'x' create a new file and open it for writing
'a' open for writing, appending to the end of the file if it exists
'b' binary mode
't' text mode (default)
'+' open a disk file for updating (reading and writing)
'U' universal newline mode (deprecated)
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接下来我们队几个常见且重要的模式进行中文解析：
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打开模式
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描述
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r
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以只读模式打开文件，并将文件指针指向文件开头；如果文件不存在则报错。
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w
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以只写模式打开文件，并将文件指针指向文件开头；如果文件存在则将其情况并写入，如果文件不存在则创建
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a
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以只追加写模式打开文件，并将文件指针指向文件末尾；如果文件不存在则创建。
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r+
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在r的基础上增加可写功能
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w+
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在w的基础上增加可读功能
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a+
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在a的模式上增加可读功能
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b
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读写二进制文件(默认是t，表示文本模式)，需要与上面几种模式搭配使用，如：ab，wb，ab
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| x |
创建一个新文件再打开它写入；如果文件已存在则报错。
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思考1：r+、w+和a+都可以对文件进行读写，他们有何区别？
会覆盖当前文件指针所在位置的字符，如原来文件内容是“Hello World”，以r+模式打开文件写入“hi”则文件内容变成“hillo World”
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打开模式
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详细描述
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r+
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会覆盖当前文件指针所在位置的字符，如原来文件内容是“Hello World”，以r+模式打开文件写入“hi”则文件内容变成“hillo World”
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w+
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w+在打开文件时就会先将文件内清空，再进行写入。
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a+
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该模式只能写在文件末尾，也就是在文件末尾进行追加写入。 |
思考2:为何要定义这些模式？为什么不能像word文档意义打开它之后既可读又可写还可以修改呢？
问题答案参考网上：
跟安全有关，有这种观点的大部分是做运维的朋友，他们认为这就像linux上的rwx（读、写、执行）权限。
跟操作系统内核管理I/O的机制有关，有这种观点的大部分是做C开发的，特别是与内核相关的开发人员。为了提高读写速度，要写入磁盘的数据会先放进内存缓冲区，之后再回写。由于可能会同时打开很多文件，当要回写数据时，需要遍历以打开的文件判断是否需要回写。他们认为如果打开文件时指定了读写模式，那么需要回写时，只要去查找以“可写模式”打开的文件就可以了。
四、Python文件操作实例
读取文件open_test.py，该文件的字符编码为utf-8
Python3实现：
输出结果：
这里需要注意一点就是，我们在读写文件时候，特别是在读的时候大部分情况，如果文件路径不正确或者文件不存在，也就是找不到文件，又或者是在进行文件操作时候出现I/O错误，就会报错。此时如果要保证代码的健壮性最好加上try...finally来实现错误捕捉以及及时关闭文件对象(优化代码如下)：
输出结果：
上面关闭文件的代码有时候很容易忘记，所以我们接下来使用Python with方法来完成自动关闭文件：
输出结果：
可以看到在with语句中文件时没有关闭的，只有出了with语句后文件会自动关闭
关于Python with上下文管理的用法可以查看文章了解： https://www.cnblogs.com/suguangti/p/11123515.html
五、Python文件读取相关方法
对文件的读取操作需要将文件中的数据加载到内存中，而在上面所用到的read()方法会一次性的把文件中所有的内容全部加载到内存中。这显然是不合理的，如果我们读取的是一个大文件，有几个G的文件时，必然会耗光机器的内存或者直接报错，所以肯定有一些其他的读取方法来解决：
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方法
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描述
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| read() |
一次性读取文件所有内容
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read(size)
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每次最多读取指定长度内容，在Python2中size指定是字节长度，而在Python3中size指定为字符长度
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readlines()
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一次性读取文件所有内容，按行返回一个list
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readline()
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每次只读取一行内容
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此外还有两个关于文件指针位置的方法：
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方法
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描述
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seek()
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将文件指针移动到指定字节位置
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tell()
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实例一：
输出结果：
实例二：
输出结果：
readlines()方法跟read()方法一样，都会消耗大量内存空间。
实例三：
或者：
输出结果：
解决打印每一行换行符问题：
方法一：
方法二：
输出结果：
六、文件操作其他方法
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方法
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描述
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| flush() |
刷新缓冲区数据，将缓冲区中的数据立刻写入文件
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next()
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返回文件下一行，这个方法也是file对象实例可以被当作迭代器使用的原因
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truncate(size)
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截取文件中指定字节数的内容，并覆盖保存到文件中，如果不指定size参数，则文件将被清空；Python2中无返回值，Python3返回新文件的内容字节数
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write(str)
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将字符写入文件，没有返回值
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writelines(sequence)
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向文件写入一个字符串货一个字符串列表，如果字符串列表中元素需要换行要自己加入换行符
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fileno()
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返回一个整型的文件描述符，可以用于一些底层I/O操作上(如os模块的read方法）
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issatty()
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判断文件是否被连接到一个虚拟终端，是则返回True，否则返回False
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