Python 的文件 I/O 操作是數據處理的基礎技能，涉及文件的讀寫、路徑管理、異常處理等核心功能。以下是文件 I/O 的核心知識點：

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一、基礎文件操作

1. 打開文件

# 通用模式：r(讀)/w(寫)/a(追加) + b(二進制)/t(文本，默認)
f = open("data.txt", "r", encoding="utf-8")  # 文本模式讀取
f = open("image.jpg", "rb")                  # 二進制模式讀取

2. 關閉文件

f.close()  # 顯式關閉（需確保執行）# 推薦方式：使用 with 語句自動關閉
with open("data.txt", "r") as f:content = f.read()
# 此時文件已自動關閉

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二、文件讀寫模式

模式	描述	行為
r	讀取（默認）	文件必須存在
w	寫入	覆蓋已存在文件，不存在則創建
a	追加	文件末尾寫入，不存在則創建
r+	讀寫	文件必須存在
w+	讀寫	覆蓋已存在文件，不存在則創建
b	二進制模式	與其他模式組合使用（如 rb）

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三、文件內容操作

1. 讀取內容

with open("data.txt", "r") as f:# 讀取全部內容full_text = f.read()# 逐行讀取（生成器）for line in f:print(line.strip())# 讀取指定大小chunk = f.read(1024)  # 讀取1KB

2. 寫入內容

with open("output.txt", "w") as f:f.write("Hello, World!\n")          # 寫入字符串f.writelines(["Line1\n", "Line2\n"]) # 寫入多行

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四、文件路徑處理

1. 路徑操作

import os# 拼接路徑（跨平臺安全）
file_path = os.path.join("folder", "subfolder", "file.txt")# 獲取絕對路徑
abs_path = os.path.abspath("data.txt")# 檢查文件存在性
if os.path.exists("data.txt"):print("文件存在")

2. 路徑分解

path = "/user/docs/report.pdf"
print(os.path.basename(path))  # → "report.pdf"
print(os.path.dirname(path))   # → "/user/docs"

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五、高級文件操作

1. 文件指針控制

with open("data.txt", "r+") as f:f.seek(10)      # 移動到第10字節f.write("X")    # 覆蓋寫入f.seek(0)       # 返回文件開頭print(f.read())

2. 二進制文件處理

# 讀取圖片文件
with open("image.jpg", "rb") as f:img_data = f.read()# 寫入二進制數據
with open("copy.jpg", "wb") as f:f.write(img_data)

3. 臨時文件

import tempfilewith tempfile.NamedTemporaryFile(mode="w+t") as tmp:tmp.write("臨時內容")tmp.seek(0)print(tmp.read())
# 臨時文件自動刪除

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六、異常處理

try:with open("missing.txt", "r") as f:content = f.read()
except FileNotFoundError:print("文件不存在！")
except PermissionError:print("無訪問權限！")
except IOError as e:print(f"I/O錯誤: {str(e)}")

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七、實用技巧

1. 逐行處理大文件

with open("large_log.txt", "r") as f:for line in f:if "ERROR" in line:print(f"發現錯誤: {line.strip()}")

2. CSV 文件操作

import csv# 寫入CSV
with open("data.csv", "w", newline='') as f:writer = csv.writer(f)writer.writerow(["Name", "Age"])writer.writerow(["Alice", 30])# 讀取CSV
with open("data.csv", "r") as f:reader = csv.reader(f)for row in reader:print(row)

3. JSON 文件操作

import jsondata = {"name": "Bob", "age": 25}# 寫入JSON
with open("data.json", "w") as f:json.dump(data, f, indent=2)# 讀取JSON
with open("data.json", "r") as f:loaded_data = json.load(f)

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八、性能優化

1. 緩沖區控制：

   # 增大緩沖區提升大文件讀寫性能
   with open("data.txt", "r", buffering=65536) as f:pass
   

2. 內存映射文件：

   import mmapwith open("large_file.bin", "r+b") as f:mm = mmap.mmap(f.fileno(), 0)mm[1024:1028] = b"TEST"  # 直接修改內存映射mm.close()
   

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九、常見陷阱

1. 文件未關閉：

   # 錯誤示例：異常導致文件未關閉
   f = open("data.txt", "r")
   # ... 可能拋出異常的代碼 ...
   f.close()  # 可能無法執行
   

2. 路徑分隔符：

   # 錯誤示例：硬編碼路徑分隔符
   bad_path = "folder" + "\\" + "file.txt"  # Windows特定
   # 正確做法：使用os.path.join
   

3. 編碼問題：

   # 錯誤示例：未指定編碼導致亂碼
   f = open("data.txt", "r")  # 使用系統默認編碼
   # 正確做法：明確指定encoding參數
   

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通過掌握這些內容，可以高效處理從簡單文本讀寫到復雜二進制數據操作的各種場景。實際應用中需根據需求選擇合適的模式和方法，并特別注意資源管理和異常處理。