第十一章 文件及IO操作

文件的概述及基本操作步驟

文件：

• 存儲在計算機的存儲設備中的一組數據序列就是文件
• 不同類型的文件通過后綴名進行區分

文本文件：由于編碼格式的不同，所占磁盤空間的字節數不同(例如GBK編碼格式中一個中文字符占2字節，UTF-8編碼格式中一個中文字符占3字節)。

二進制文件：沒有統一的編碼，文件直接由0或1組成，需要使用指定的軟件才能打開。

?
Python操作文件的步驟：
1、打開文件

變量名 = open(filename,mode,encoding)

filename：要打開的文件路徑，若文件不存在則會創建文件，并不會報錯。

mode：打開文件的模式。只讀?，只寫(w)，讀寫(r+)

encoding：編碼格式。

2、操作文件

變量名.read()
變量名.write(s) # s 表示字符串格式，其他格式不行

3、關閉文件

變量名.close()

# 學習過函數后，要習慣用函數編程
# 寫文件
def my_write():# (1)(創建)打開文件file = open('a.txt', 'w', encoding='utf-8')# (2)操作文件file.write('偉大的中國夢')# (3)關閉file.close()# 讀取文件
def my_read():# (1)(創建)打開文件file = open('a.txt', 'r', encoding='utf-8')# (2)操作文件s = file.read()print(type(s), s)# (3)關閉file.close()# 主程序運行
if __name__ == '__main__':my_write()  # 調用函數my_read()

文件的寫入操作

文件的狀態和操作過程：

文件的打開模式：

文件的打開模式	模式說明
r	以只讀模式打開，文件指針在文件的開頭，如果文件不存在，程序拋異常
rb	以只讀模式打開二進制文件，如圖片文件
w	覆蓋寫模式，文件不存在創建，文件存在則內容覆蓋
wb	覆蓋寫模式寫入二進制數據，文件不存在則創建，文件存在則覆蓋
a	追加寫模式，文件不存在創建，文件存在，則在文件最后追加內容
+	與 w / r / a 等一同使用，在原功能的基礎上增加同時讀寫功能

文件的讀寫方法：

讀寫方法	描述說明
file.read(size)	從文件中讀取size個字符或字節，如果沒有給定參數，則讀取文件中的全部內容
file.readline(size)	讀取文件中的一行數據，如果給定參數，則為讀取這一行中的size個字符或字節
file.readlines()	從文件中讀取所有內容，結果為列表類型
file.write(s)	將字符串s寫入文件
file.writelines(lst)	將內容全部為字符串的列表lst寫入文件
file.seek(offset)	改變當前文件操作指針的位置，英文占一個字節，中文GBK編碼占兩個字節，UTF-8編碼占三個字節

def my_write(s):# (1)打開(創建)文件file = open('b.txt', 'a', encoding='utf-8')# (2)寫入內容file.write(s)file.write('\n')  # 換行# (3)關閉file.close()# file.writelines(lst)   將內容全部為字符串的列表lst寫入文件 |
def my_write_lst(file, lst):# (1)打開文件f = open(file, 'a', encoding='utf-8')# (2)操作文件f.writelines(lst)# (3)關閉f.close()if __name__ == '__main__':my_write('偉大的中國夢')my_write('北京歡迎你')# 準備數據lst = ['姓名\t', '年齡\t', '成績\n', '張三\t', '30\t', '98']  # 要寫入的列表里面的內容必須全部是字符串my_write_lst('c.txt', lst)

文件的讀取操作

def my_read(filename):# (1)打開文件file = open(filename, 'w+', encoding='utf-8')# (2)操作file.write('你好啊')  # 寫入完成后文件的指針在最后# file.seek(offset) 修改文件指針的位置file.seek(0)# 讀取# s = file.read()  # 讀取全部內容# s = file.read(2)  # 2指 2個字符# s = file.readline()  # 讀取一行數據# s = file.readline(2)  # 讀取一行中的2個字符# s = file.readlines()  # 逐行讀取全部，一行為列表中的一個元素，s是列表類型# 讀取 “好啊”file.seek(3)  # 3個字節，一個中文占三個字節，utf-8s = file.read()  # 讀取全部(從指針處開始，讀取指針后面的全部內容)print(type(s), s)# (3)關閉file.close()if __name__ == '__main__':my_read('d.txt')

文件復制

學習了文件的寫入和讀取操作后便可以實現文件復制。文件復制實際上就是讀和寫操作，而且是邊讀邊寫。

def copy(src, new_path):# 文件的復制就是邊讀邊寫操作# (1)打開源文件file1 = open(src, 'rb')# (2)打開目標文件file2 = open(new_path, 'wb')# (3)開始復制，邊讀邊寫s = file1.read()  # 源文件讀取所有file2.write(s)  # 向目標文件寫入所有# (4)關閉-->先打開的后關，后打開的先關。file2.close()file1.close()if __name__ == '__main__':src = './google.jpg'  # . 代表的是當前目錄new_path = '../chap1/copy_google.jpg'  # .. 表示的是上級目錄，相當于windows后退copy(src, new_path)print('文件復制完畢')

這里需要注意的問題：

• 在關閉多個文件時，先打開的后關，后打開的先關。
• 寫文件路徑時 . 與 .. 的使用

with語句的使用

with語句：
又稱上下文管理器，在處理文件時，無論是否產生異常，都能保證with語句執行完畢后關閉已經打開的文件，這個過程是自動的，無需手動操作。

語法結構：

with open(…) as file:
??pass

注意：
with語句是可以嵌套的。例子見下方代碼中的文件復制 copy() 。

def write_fun():with open('aa.txt', 'w', encoding='utf-8') as file:file.write('2022北京冬奧會歡迎你')def read_fun():with open('aa.txt', 'r', encoding='utf-8') as file:print(file.read())def copy(src_file, target_file):# 復制--->先讀后寫with open(src_file, 'r', encoding='utf-8') as file:with open(target_file, 'w', encoding='utf-8') as file2:file2.write(file.read())  # 將讀取的內容直接寫進文件if __name__ == '__main__':write_fun()read_fun()# 文件復制copy('./aa.txt', './dd.txt')

一維數據和二維數據的存儲與讀取

數據的組織維度：
也稱為數據的組織方式或存儲方式，在Python中常用的數據組織方式可分為一維數據、二維數據和高維數據。

• 一維數據：通常采用線性方式組織數據，一般使用Python中的列表、元組或者集合進行存儲數據。
• 二維數據：二維數據也稱表格數據，由行和列組成，類似于Excel表格，在Python中使用二維列表進行存儲。
• 高維數據：高維數據則是使用Key-Value方式進行組織數據，在Python中使用字典進行存儲數據。在Python中內置的 json 模塊專門用于處理JSON(JavaScript Object Notation)格式的數據。

# 存儲和讀取一維數據
def my_write():# 一維數據，可以使用列表，元組或集合lst = ['張三', '李四', '王五', '陳六', '麻七']# csv:逗號分隔值，數據之間使用英文的逗號進行分隔。with open('student.csv', 'w', encoding='utf-8') as file:file.write(','.join(lst))  # 將列表轉成字符串def my_read():with open('student.csv', 'r', encoding='utf-8') as file:s = file.read()lst = s.split(',')  # 字符串分割print(lst)# 存儲和讀取二維數據(表格數據)--->使用二維列表進行存儲
def my_write_table():lst = [['商品名稱', '單價', '采購數據'],['水杯', '98.5', '20'],['鼠標', '89', '100']]with open('table.csv', 'w', encoding='utf-8') as file:for item in lst:  # item的數據類型是列表line = ','.join(item)file.write(line)file.write('\n')  # 換行def my_read_table():data = []  # 存儲讀取的數據with open('table.csv', 'r', encoding='utf-8') as file:lst = file.readlines()  # 逐行讀取全部內容，每一行是列表中的一個元素# print(type(lst), lst) #<class 'list'> ['商品名稱,單價,采購數據\n', '水杯,98.5,20\n', '鼠標,89,100\n']for item in lst:  # item是字符串類型# 字符串切片--->將末尾的 \n 切掉new_lst = item[:len(item) - 1].split(',')  # 結果是列表data.append(new_lst)print(data)if __name__ == '__main__':my_write()my_read()my_write_table()my_read_table()

注意上述代碼中提到的 .csv 格式的文件：
逗號分隔值（Comma-Separated Values，CSV，有時也稱為字符分隔值，因為分隔字符也可以不是逗號），其文件以純文本形式存儲表格數據（數字和文本）。【csv:逗號分隔值，數據之間使用英文的逗號進行分隔。】

高維數據的存儲和讀取

• 高維數據：高維數據則是使用Key-Value方式進行組織數據，在Python中使用字典進行存儲數據。在Python中內置的 json 模塊專門用于處理JSON(JavaScript Object Notation)格式的數據。

json模塊的常用函數：

函數名稱	描述說明
json.dumps(obj)	將Python數據類型轉成JSON格式過程，編碼過程
json.loads(s)	將JSON格式字符串轉成Python數據類型，解碼過程
json.dump(obj,file)	與dumps()功能相同，將轉換結果存儲到文件file中
json.load(file)	與loads()功能相同，從文件file中讀入數據

import json# 準備高維數據
lst = [{'name': '張三', 'age': 18, 'score': 90},{'name': '李四', 'age': 20, 'score': 99},{'name': '王五', 'age': 23, 'score': 89}
]# 編碼
# ensure_ascii-->正常顯示中文。indent-->增加數據的縮進，為了美觀，使得JSON格式的字符串更具有可讀性
s = json.dumps(lst, ensure_ascii=False, indent=4)
print(type(s))  # 編碼 list-->str，列表中是字典
print(s)# 解碼
lst2 = json.loads(s)
print(type(lst2))
print(lst2)# 編碼到文件中
with open('student.txt', 'w', encoding='utf-8') as file:json.dump(lst, file, ensure_ascii=False, indent=4)# 解碼到程序中
with open('student.txt', 'r', encoding='utf-8') as file:lst3 = json.load(file)  # 直接是列表類型print(type(lst3))print(lst3)

os模塊中常用的函數

os模塊：
Python內置的與操作系統文件相關的模塊，該模塊中語句的執行結果通常與操作系統有關，即有些函數的運行效果在Windows操作系統和MacOS系統中不一樣。

目錄與文件的相關操作：

函數名稱	描述說明
getcwd()	獲取當前的工作路徑
listdir(path)	獲取path路徑下的文件和目錄信息，如果沒有指定path，則獲取當前路徑下的文件和目錄信息
mkdir(path)	在指定路徑下創建目錄(文件夾)
makedirs(path)	創建多級目錄
rmdir(path)	刪除path下的空目錄(只能刪除空目錄，若目錄下有內容則不能刪除)
removedirs(path)	刪除多級目錄
chdir(path)	把path設置為當前工作路徑(rh指的是change)
walk(path)	遍歷目錄樹，結果為元組，包含所有路徑名、所有目錄列表和文件列表
remove(path)	刪除path指定的文件
rename(old,new)	將old重命名為new
stat(path)	獲取path指定的文件信息
startfile(path)	啟動path指定的文件

import osprint('當前的工作路徑：', os.getcwd())
lst = os.listdir()
print('當前路徑下的所有目錄及文件：', lst)
print('指定路徑下的所有目錄及文件:', os.listdir('D:/Python'))# 創建目錄
os.mkdir('study')  # 如果要創建的文件夾存在，則程序報錯FileExistsError
os.makedirs('./aa/bb/cc')  # 創建多級目錄# 刪除目錄
os.rmdir('./study')  # 如果要刪除的目錄不存在，則程序報錯FileNotFoundError
os.removedirs('./aa/bb/cc')  # 刪除多級目錄# 改變當前的工作路徑
# os.chdir('D:/Python')
# print('當前的工作路徑：', os.getcwd())  # 再寫代碼，工作路徑就是D:/Python# 遍歷目錄樹--->遞歸操作
for dirs, dirlst, filelst in os.walk('D:\Python\demo\pythonProject'):print(dirs)print(dirlst)print(filelst)print('-' * 50)# 刪除文件
os.remove('./a.txt')  # 如果要刪除的文件不存在，程序報錯FileNotFoundError
# 重命名
os.rename('./aa.txt', './newaa.txt')# 轉換時間格式
import time
def date_format(longtime):s = time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", time.localtime(longtime))return s# 獲取文件信息
info = os.stat('./newaa.txt')
print(type(info))
print(info)print('最近一次訪問時間：', date_format(info.st_atime))
print('在Windows操作系統中顯示的文件的創建時間：', date_format(info.st_ctime))
print('最后一次修改時間：', date_format(info.st_mtime))
print('文件的大小(單位是字節)：', info.st_size)# 啟動路徑下的文件
os.startfile('calc.exe')  # 打開計算器
os.startfile(r'C:\Users\酷電編程\AppData\Local\Programs\Python\Python38\python.exe')

?
關于Python中文件路徑問題的說明：

import osos.startfile(r'C:\Users\酷電編程\AppData\Local\Programs\Python\Python38\python.exe')  # 字符串前加r
os.startfile('C:/Users/酷電編程/AppData/Local/Programs/Python/Python38/python.exe')  # 使用 /
os.startfile('C:\\Users\\酷電編程\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python38\\python.exe')  # 使用雙反斜杠 \\
'''
說明(有關文件路徑的問題)：
在Windows操作系統下，在Python中有時表示文件路徑時用 \ 沒有問題，
但有時則會出錯，因為在Python中 \ 是轉義字符，因此當出錯時可以用雙反斜杠\\進行再轉義。
另外也可以在字符串前面加 r ,r的作用是去除轉義字符，即忽略該字符串中的所有轉義字符，視為正常字符。
同時，以 r 開頭的字符串常用于正則表達式，對應者re模塊。最好的方式是使用 / ，這種不會出錯。
'''

os.path子模塊中常用的函數

os.path模塊：
是os模塊的子模塊，也提供了一些目錄或文件的操作函數。

函數名稱	描述說明
abspath(path)	獲取目錄或文件的絕對路徑(abs：絕對值)
exists(path)	判斷目錄或文件在磁盤上是否存在，結果為bool類型，如果目錄或文件在磁盤上存在，結果為True，否則為False
join(path,name)	將目錄與目錄名或文件名進行拼接，相當于字符串的“+”操作
splitext()	分別獲取文件名和后綴名
basename(path)	從path中提取文件名
dirname(path)	從path中提取路徑(不包含文件名)
isdir(path)	判斷path是否是有效路徑(路徑不包含文件名)
isfile(path)	判斷file是否是有效文件

import os.pathprint('獲取目錄或文件的絕對路徑：', os.path.abspath('./b.txt'))
print('判斷目錄或文件在磁盤上是否存在：', os.path.exists('b.txt'))  # 相對路徑 True
print('判斷目錄或文件在磁盤上是否存在：', os.path.exists('newb.txt'))  # False
print('判斷目錄或文件在磁盤上是否存在：', os.path.exists('./好好學習'))  # False
print('拼接路徑:', os.path.join(r'D:\Python\demo\pythonProject\chap', 'b.txt'))
print('分割文件名和文件后綴名：', os.path.split('b.txt'))  # 元組類型# 提取路徑與提取文件名經常一起使用
print('提取文件名：', os.path.basename(r'D:\Python\demo\pythonProject\chap\b.txt'))  # b.txt
print('提取路徑:', os.path.dirname(r'D:\Python\demo\pythonProject\chap\b.txt'))  # D:\Python\demo\pythonProject\chap# 注意：路徑不包括文件名
print('判斷一個路徑是否是有效路徑：', os.path.isdir(r'D:\Python\demo\pythonProject\chap'))  # True
print('判斷一個路徑是否是有效路徑：', os.path.isdir(r'D:\Python\demo\pythonProject\chap2'))  # Falseprint('判斷一個文件是否是有效文件：', os.path.isfile(r'D:\Python\demo\pythonProject\chap\b.txt'))  # True
print('判斷一個文件是否是有效文件：', os.path.isfile(r'D:\Python\demo\pythonProject\chap\bbb.txt'))  # False

章節習題

file = open('a.txt', 'w+', encoding='utf-8')
lst = ['北京', '上海', '天津']
file.writelines(lst)
file.seek(0)
for item in file:print(item)
file.close()

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練習題

練習一

批量創建文件。

需求:
在指定路徑下批量創建3000份文本文件，文件名格式為序號_物資類別_用戶識別碼組成。
1)序號從0001到3000
2)物資類別包括：水果、煙酒、糧油、肉蛋、蔬菜
3)用戶識別碼為9位的隨機十六進制數碼

import random
import os
import os.path# 函數式編程
def create_filename():filename_lst = []lst = ['水果', '煙酒', '糧油', '肉蛋', '蔬菜']  # 物資的類別code = ['0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', 'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F']for i in range(1, 3001):filename = ''# 拼接文件名--->1、序號if i < 10:filename += '000' + str(i)elif i < 100:filename += '00' + str(i)elif i < 1000:filename += '0' + str(i)else:filename += str(i)# 拼接文件名--->2、物資類別filename += '_' + random.choice(lst)# 拼接文件名--->3、識別碼s = ''for i in range(9):s += random.choice(code)filename += '_' + sfilename_lst.append(filename)return filename_lst# 創建文件的函數
def create_file(filename):with open(filename, 'w') as file:passif __name__ == '__main__':# 在指定的路徑下創建文件path = './data'if not os.path.exists(path):os.mkdir(path)# 開始創建文件lst = create_filename()  # 調用獲取文件名函數for item in lst:create_file(os.path.join(path, item) + '.txt')# print(create_filename())

練習二

批量創建文件夾。

需求:
在指定路徑newdir下批量創建指定個數的目錄(文件夾)，如果newdir目錄不存在，則創建。

import os
import os.pathdef mkdirs(path, num):for item in range(1, num + 1):os.mkdir(path + '/' + str(item))if __name__ == '__main__':path = './newdir'if not os.path.exists(path):os.mkdir(path)num = eval(input('請輸入要創建的目錄個數：'))mkdirs(path, num)'''
# 上面是老師寫的，這里是自己寫的，同樣能實現相同的功能
import os
import os.pathdef create_dir(num):path = './newdir'if not os.path.exists(path):os.mkdir(path)os.chdir(path)for i in range(1, num + 1):os.mkdir(f'{i}')if __name__ == '__main__':num = int(input('請輸入要創建的目錄個數：'))create_dir(num)
'''

練習三

記錄用戶登錄日志并查看。

需求:
創建XX客服管理系統的登錄界面，每次登錄時，將用戶的登錄日志寫入文件中，并且可以在程序中查看用戶的登錄日志。

import timedef show_info():print('請輸入提示數字，執行相應的操作：0.退出   1.查看登錄日志')# 記錄日志
def write_loginfo(username):# 追加寫模式with open('log.txt', 'a', encoding='utf-8') as file:s = f'用戶名:{username},登錄時間:{time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", time.localtime(time.time()))}'file.write(s)file.write('\n')# 讀取日志的操作
def read_loginfo():with open('log.txt', 'r', encoding='utf-8') as file:while True:# readline()只會讀取一行，但是讀取完一行之后讀寫指針會指向下一行，第二次循環時readline()會將第二行讀取出來，...，以此類推...line = file.readline()if line == '':breakelse:print(line, end='')if __name__ == '__main__':username = input('請輸入用戶名：')pwd = input('請輸入密碼：')if username == 'admin' and pwd == 'admin':print('登錄成功')# 將登錄信息寫入日志文件write_loginfo(username)# 提示用戶操作show_info()num = eval(input('請輸入要操作的數字：'))while True:if num == 0:print('退出成功')break  # 退出whileelif num == 1:print('查看登錄日志')read_loginfo()show_info()  # 再調一次顯示信息else:print('對不起，您輸入的數字有誤')show_info()num = eval(input('請輸入要操作的數字：'))else:print('用戶名或密碼不正確')

練習四

模擬淘寶客服自動回復。

需求:
淘寶客服為了快速回答買家問題，設置了自動回復的功能，當有買家咨詢時，客服自助系統會首先使用提前規劃好的內容進行回復，請用Python程序實現這一功能。

要回復的內容模版在 reply.txt 文件內：

def find_answer(question):with open('reply.txt', 'r', encoding='utf-8') as file:while True:# readline()只會讀取一行，但是讀取完一行之后讀寫指針會指向下一行，第二次循環時readline()會將第二行讀取出來，...，以此類推...line = file.readline()  # 第一次   訂單|如果您有任何訂單問題，可以登錄淘寶賬號，點擊“我的訂單”，查看訂單詳情if line == '':break  # 退出的是while循環# 字符串的劈分操作keyword = line.split('|')[0]reply = line.split('|')[1]if keyword in question:return replyreturn Falseif __name__ == '__main__':question = input('HI,XXX你好，小蜜在此等候主人多時了，有什么煩惱和小蜜說說吧：')while True:if question == 'bye':break  # 退出循環else:# 開始查找要回復的答案reply = find_answer(question)if reply == False:  # 函數的返回值如果是Falsequestion = input('小蜜不知道你在說什么，您可以問我一些關于訂單、物流、支付、賬戶方面的問題，退出請輸入bye：')else:print(reply)question = input('小主，您還可以問一些關于訂單、物流、支付、賬戶方面的問題，退出請輸入bye：')print('小主再見')