---python基础（十）：文件处理

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一、引言

众所周知计算机由应用程序、操作系统、硬件三部分结构。
我们python或其他编程语言编写的程序和数据要想持久化保存，就必须保存到硬盘中。但是我们的应用程序不能直接对硬盘进行操作，操作系统把复杂的硬件操作封装成简单的接口给用户/应用程序使用，文件就是这个接口，应用程序可以通过操作文件实现对硬盘操作。

二、python实现操作文件流程

1、操作文件的流程

- 打开文件，得到一个文件句柄并赋值给一个变量
- 通过句柄对这个文件进行操作
- 关闭文件

python实现：

f = open('a.txt',mode='rt',encoding='utf-8')  #打开文件得到句柄f
print(f.read()) #读文件
f.close() #关闭文件

2、资源回收与with上下文管理

打开一个文件包含两个部分的资源：存储句柄的f占用的内存资源、操作系统打开的文件。在操作完毕一个文件时，这两部分的资源都必须回收。回收方法：

f.close() #回收操作系统打开的文件资源
del f #回收存储句柄的f占用的内存资源
#f如果先被删除了，那么你再无法使用f调用close方法关闭文件。

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','w') as f:
    pass 

# 2、可用用with同时打开多个文件，用逗号分隔开即可
with open('a.txt','r') as read_f,open('b.txt','w') as write_f:  
    data = read_f.read()
    write_f.write(data)
#上面这个程序，实现了把一个文件复制到另外一个文件。

with上下文时用来在代码块执行完文件操作后，自动关闭文件。

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、文件操作模式

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

文件指针：总是指向需要操作的文件内容的某个地方。不同模式，开始时，文件指针指向不同的地方。

2、r模式的使用

（1）r模式基本知识及使用案例

# r只读模式: 在文件不存在时则报错,文件存在，文件指针直接跳到文件开头，读取文件指针后的所有内容，不能写。
 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('\n').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')

for line in f释疑：

对文件对象进行for循环遍历，是将文件中的内容一行行的以字符串赋值给line变量

（2）read方法使用

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.read(5) #代表读出5个字符
f.readline() #读取一行内容,光标移动到第二行首部
f.readlines() #把文件内容每行作为元素存在一个列表中

文件内容：

f.read():

f.readline():

f.readlines():

看完三面三个运行结果，有人就有疑问了，为什么readlines方法的运行结果多了个\n？

答：文件内容和你看到的并不一样，电脑存储文件的样子实际时这样子的：
wjc:123\nhaha:456\nheihei:789 #注：每个\n隶属于前面的，因为你打字，是在当前行的结尾换行的（即当前行结尾处输入换行符的）

3、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，不能读。
with open('db.txt',mode='w',encoding='utf-8') as f:
    f.write('吴晋丞:123\n')
    f.write('xixi:admin\n') 
    f.write('wowo:456\n')
    f.write('吴晋丞:123\nxixi:admin\nwowo:456')
#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面写内容的后面
# 2 如果重新以w模式打开文件，则会清空文件内容

（1）writelines方法的案例

write方法可以写多行，因此它不是拿来写多行的！

with open('db.txt',mode='wt') as f:
    l = ['111\n','222','333']
    # f.writelines(l) #这个和下面的代码是一样的效果
    for line in l: 
        f.write(line)

执行过后db.txt文件中的内容：

4、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，不能读。
 with open('c.txt',mode='a',encoding='utf-8') as f:
     f.write('44444\n')
     f.write('55555\n')
#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:
username = input('username>>>: ').strip()
password = input('password>>>: ').strip()
with open('db.txt', mode='a', encoding='utf-8') as f:
    info = '{name}:{pwd}\n'.format(name=username,pwd=password)
    f.write(info)
# 注册我们不可能使用w模式，清空写是吧，需要追加写！

小练习运行示例：

为什么没有换行呢？

答：我们在w模式时，最后一个输入的字符串没有加\n，所以接下来写入的时候，还是从当前行写走。

5、+ 模式的使用(了解)

这个模式你如果想搞懂，你需要对文件指针有一个清楚的认识，你需要时刻清楚文件指针当前在哪个地方。

# r+ w+ a+ :它们都是代表对文件内容具有可读可写
#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

它们对文件内容都具有可读可写，那么有什么区别？

（1）r+模式的使用

r+模式代表以r为主体，读写都具有r的特点
r的特点：不存在文件时，无法读文件，报错；文件存在，从文件内容开始的地方，开始读。
r+模式的写操作案例：

with open('db.txt', mode='r+', encoding='utf-8') as f:
    f.write('heihei')
    info = f.read()
    print(info)

db.txt文件原始内容:

haha:123
xixi:admin
wowo:456

执行结果：
执行后db.txt文件的内容：
疑问：为什么read读出来的内容和执行命令后的db.txt文件内容不一致？

答：因为write写操作写完，文件指针便不再是指到文件内容开头了，文件指针此时指向write的内容末尾，r模式我们晓得read只是读取文件指针之后的内容，所以只能打印write的内容末尾后面的内容，不能打印出来前面刚写入的内容。

结论：

• r+模式的读操作和r模式一致
• r+模式的写操作，没有文件不会创建文件，会报错
• r+模式的写操作是从文件开始处开始写的，且会覆盖原来的内容

（2）w+模式的使用

w+模式代表以w为主体，读写都具有w的特点
w的特点：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。
w+模式的读操作案例:

with open('db.txt', mode='w+', encoding='utf-8') as f:
    info = f.read()
    print(info)

执行后文档：
即使你再添加内容，文件指针也一直是在文末，read永远都读的都是空白。
总结：

• w+模式写操作和w模式一样
• w+模式读操作，无文件，则创建空文档，有文件则清空文件，再读出来，文件指针一直指向文末，读的内容一直时空白的。

（3）a+模式的使用

a+模式代表以a为主体，读写都具有a的特点
a的特点：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
a+模式的读操作案例：

with open('db.txt', mode='a+', encoding='utf-8') as f:
    f.write('haha')
    info = f.read()
    print(info)

db.txt文件原始内容：
执行后文件的内容：
运行结果：
a+模式中read操作一直都是空白的，这是为什么呢？

答：因为有文件，文件指针就直接跳到文末，即使添加内容，也是追加，文件指针一直指向文末，所以read从文件指针往后读，不论怎样都是空白的

总结：

• a+模式的写操作和a模式的写操作一致
• a+模式的读操作，文件指针一直指向文末，读的都是空白

6、+模式整体总结

我们学习了上面三个+模式，发现w+模式和a+模式因为指针位置的问题，导致read功能相当于没有用，一直读的都是空白，r+模式因为指针位置问题，也会出现write添加内容之后，只能读部分内容。因此我们需要可以控制指针的移动，这个会在后面学习到。

四、控制文件读写内容的模式

1、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：

 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,传整型、浮点型等都不行。

 #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，内部帮我们做了编码与解码，所以我们需要指定编码格式，不然可能会出现乱码

2、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：

 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
	res = bytes("你好",encoding='utf-8') #相当于上面三行代码，
	f.write(res)
	f.write('1111\n222\n'.encode('utf-8'))  # 针对b模式的写,需要自己写换行符
#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
src_file=input('源文件路径: ').strip()
dst_file=input('目标文件路径: ').strip()
with open(r'{name}'.format(name=src_file),mode='rb') as read_f,open(r'{}'.format(dst_file),mode='wb') as write_f:
	# for line in read_f: #一般视频文件一行内容可能会过大，这样`在这里插入代码片`按行读取，可能会造成内存不够
		# write_f.write(line)
	while True:
		res = read_f.read(1024) #按每次1024字节来读
		if len(res) == 0 : #按字节读，你需要明确什么时候跳出循环。
			break
		else:
			write_f.write(res)

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
with open('a.txt',mode='rt',encoding='utf-8') as f:
     data=f.read(3) # 读取3个字符


with open('a.txt',mode='rb') as f:
     data=f.read(3) # 读取3个Bytes


# 之前文件内指针的移动都是由读/写操作而被动触发的，若想读取文件某一特定位置的数据，则则需要用f.seek方法主动控制文件内指针的移动，详细用法如下：
# f.seek(指针移动的字节数,模式控制) 无论是t还是b模式移动的都是字节。
# 模式控制:
# 0: 默认的模式,该模式代表指针移动的字节数是以文件开头为参照的
# 1: 该模式代表指针移动的字节数是以当前所在的位置为参照的
# 2: 该模式代表指针移动的字节数是以文件末尾的位置为参照的

强调:无论0,1,2三个那个模式都可以应用于t和b两个文件操纵模式，但建议不要在t模式中使用，因为t是对文本文件，针对的是字符。

1、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

2、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

3、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 （实现tail -f的效果）
import time
with open('db.txt',mode='rb') as f:
    print(f.read().decode('utf-8'))
    f.seek(0,2)
    while True:
        res = f.readline()
        if len(res) == 0:
            time.sleep(0.5)
        else:
            print(res.decode('utf-8'),end='')
# 注意这个程序执行后，你不能通过键盘直接往db.txt里面写文件，这样它是无法实现tail -f的效果的。必须用程序往文件追加内容，才行。

4、指针移动须知

注：一般指针移动用于r、r+这两个模式，如果只是控制读就r模式，如果还要写就r+模式。w模式会清空文件，慎用，最重要的我想说下a模式，a模式指针移动，只能读，不能移动指针在指定位置写内容，写依旧是追加写。上面说的不论t模式还是b模式。

with open('db.txt',mode='at',encoding='utf-8') as f:
    f.seek(9,0)
    print(f.tell())
    f.write('妇女会长')
    print(f.tell())

运行结果：
结论：指针移动对a模式的写模式不起作用。a模式的写模式依然是追加，不论t还是b。

六、文件修改

1、文件修改问题引出

#db.txt文件内容:
张一蛋     山东    179    49    12344234523
李二蛋     河北    163    57    13913453521
王全蛋     山西    153    62    18651433422

#需求：我想在张一蛋后面加个妇女会会长，代码如下：
#采用t模式：
with open('db.txt',mode='r+t',encoding='utf-8') as f:
    f.seek(9,0)
    f.write('妇女会长')
    
#采用b模式：
with open('db.txt',mode='r+b') as f:
    f.seek(9,0)
    f.write('妇女会长'.encode('utf-8'))
    
#不论t、b运行结果都是一样的，如下：
张一蛋妇女会长   179    49    12344234523
李二蛋     河北    163    57    13913453521
王全蛋     山西    153    62    18651433422

根据上面这个代码运行结果我们可以看出来，在张一蛋后面添加内容，会覆盖原内容。我们在平常的文本编辑器，插入内容，是不会覆盖的，这是为什么了呢？

答：我们都知道read方法是通过文件对象从硬盘中把对应数据块读入到内存中，write方法是把数据直接写入硬盘相应位置。
f.write('haha')
# 强调：
# 硬盘中的内容是无法添加的,一添加，整个硬盘所有内容都要移位置。因此你添加的内容只能往后覆盖旧内容

但是内存中的数据是可以修改的。文本编辑器就是在内存中改的，再把整个修改后的文件覆盖回硬盘，在内存中修改有两种方式，如下。

2、文件修改方式一

# 实现思路：将文件内容发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('db.txt',mode='rt',encoding='utf-8') as f:
    res = f.read()
    res = list(res)
    
    #res[3] = '妇女会长' # 注意这样赋值，会少掉一个空格，不符合文本编辑器的功能，应该采用列表插入，多谢评论区的小兄弟纠正错误！
    res.insert(3,'妇女会长')
    
    res = ''.join(res) #列表转换成字符串
with open('db.txt',mode='w+t',encoding='utf-8') as f:
    f.write(res)
    f.seek(0)
    print(f.read())

运行结果：
文本编辑器便采用这个方法，因此打开大文件，文本编辑器就会很卡！

3、文件修改方式二

注：因为本方法实现添加妇女会长，比较稍显繁琐，不适合学习这个知识点作为例子，因此以替换字符作为例子。

# 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('db.txt',mode='rt',encoding='utf-8') as read_f,\
        open('.db.txt.swap',mode='wt',encoding='utf-8') as wrife_f:
    for line in read_f:
        wrife_f.write(line.replace('SB','kevin'))
os.remove('db.txt') #从硬盘中删除文件db.txt
os.rename('.db.txt.swap','db.txt') #将硬盘中的.db.txt.swap重命名成db.txt

注意：最后送大家一套2020最新企业Pyhon项目实战视频教程，点击此处 进来获取 跟着练习下，希望大家一起进步哦！