Python 基础入门第十六讲 文件读写操作、上下文管理器
第十六讲
一、文件读写
通过python我们可以对一些文件数据进行操作，文件包括txt、doc、xls、ppt等众多类型。
对于文件的操作一般分为三步走：
- 打开文件；
- 操作文件；
- 关闭文件；
1. 打开文件 open()
打开文件可以采用python内置方法open()，用于对文件进行读写操作。open()方法的返回值是一个file对象，我们将其赋值给一个变量（文件句柄），其基本的语法格式为：
f = open(file,mode='r',encoding=None) # 还有许多参数未涉及，可自行查看
需要注意的是，file参数可以给定当前工作目录下的文件名，如果文件非当前工作目录，需要输入完整的路径。mode是模式，经常使用到的模式有’r’、‘w’、'a’等，可以ctrl左键自行查看。encoding是编码或解码的格式，如果文本内容中有汉字，需要采用encoding = 'utf-8’才可进行读写操作。
常见的模式为：
'r' open for reading (default) # 可读，文件如果不存在则会报错
'w' open for writing, truncating the file first # 可写
'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)
2. f.readable()、f.read()、f.redaline()
我们现在来看一个案例，学习一些具体的操作。
在工作目录下新建一个txt文档：
然后在业务程序中我们可以读取该文件，通过文件句柄接收，判断是否可读：
f = open('text.txt') # 默认mode = 'r'， encoding = None
print(f.readable()) # 判断程序是否可读，返回值为布尔值
---------------------
结果：
True
如果想要打印输出所有文本内容：
print(f.read()) # 读取全部内容，f.read()可传入参数n，代表读取前n个字符数的意思
-----------------
结果：
123
456
789
需要着重说一下n这个参数，还是接着上面的案例，我们来看一下不同的结果：
print(f.read(3))
--------------
结果：
123
我们将n = 4输入：
print(f.read(4))
--------------
结果：
123
当n = 3和4的时候，输出结果看似相同，实则不然。需要注意的是，换行符 \n 也算作一个字符，因而结果实则多了一个换行。并且还需要注意的是，打印输出内容后相应的光标位置也会发生变化，比如连续打印输出：
print(f.read(3))
print(f.read(3))
-----------------
结果：
123 # 在首句print之后，出发print默认参数end = \n，换行
# text文件内的光标已经挪至第3个字符之后，再次print，首个字符为\n。
45 # 到此共打印6个字符
假设我们更改一下text文件的内容，加上汉字：
此时若要顺利读取该文件，需要将encoding参数设置为utf-8：
f = open('text.txt',encoding='utf-8') # mode参数仍旧默认为'r'，只读
print(f.read())
-------------
结果：
123你好 # 汉字也只占用一个字符
456
789
如果我们想一行一行的读取也可以：
f = open('text.txt',encoding='utf-8')
print(f.readline()) # 通过该方法读取一行
---------------------------
结果：
123你好
3. f.tell()
通过该方法查看光标所在位置：
f = open('text.txt',encoding='utf-8')
print(f.tell())
print(f.readline(),end='') # 通过end=''取消多余的换行操作
print(f.tell())
-------------
结果：
0 # 刚开始光标在0字节的位置上
123你好 # 根据utf-8,数字占一个字节，汉字占三个字节，\n占两个字节。
11 # 现在光标在第11字节之后
需要注意下不同的字符所占字节数量。
4. f.readlines()
该方法也是读取全部字符，返回一个列表：
f = open('text.txt',encoding='utf-8')
print(f.readlines())
------------------------
结果：
['123你好\n', '456\n', '789']
做一个小练习，现在要在text第二行后面加一个"hello world""：
f = open('text.txt',encoding='utf-8')
res = f.readlines()
for i in range(len(res)): # 这里采用range，i的范围是[0,3)
if i == 1:
print(res[i].strip(),'hello world') # .strip()可以用来去掉行最后的换行符
else:
print(res[i],end='')
--------------------------------------
结果：
123你好
456 hello world
789
强调一下，.strip()方法是用来去掉字符串开头或者结尾的空格或者换行符。
二、其它模式
上面着重介绍了mode = ‘r’，也就是只读模式的一些应用，下面学习一下其它的模式。
1. 'w’只写模式，f.write()、f.writable()、f.writelines()
上节讲到，如果不存在文件，是无法采用’r’模式只读的。
如果是’w’模式，不存在文件则会创建一个新的文件。
f.writable()用以返回一个布尔值，判断文件是否可写。
f.write()是向文件中写入信息：
f = open('text.txt',mode='w')
f.write('hello world') # 向文件中写入字符串'hello world'
需要注意的是，f.write()方法执行完后光标仍然在最前端，也就是说，重复执行f.write()会将原先的内容覆盖，但是同时执行多个f.write()，各写入命令之间不会形成覆盖关系。用个例子解释一下：
f = open('text.txt',mode='w')
f.write('hello world')
-------------------------
执行一次，text文本内容为：
hello world
-------------------------
f.write('hello Tom')
-------------------------
再执行一次，text文本内容变为：
hello Tom
-------------------------
f.write('hello world')
f.write('hello Tom')
-------------------------
同时执行，text文本内容为： # 同时执行，各写入操作之间不会覆盖
hello worldhello Tom # 没有\n，所以不美观
同时写入多行可以采用f.writelines([list])：
f = open('text.txt',mode='w')
f.writelines(['hello world\n','hello Tom'])
--------------------
text文本内容为：
hello world
hello Tom
2. 'a’追加模式， f.write()
'a’模式被认为是追加模式，是单词append的首字母。追加模式同样可以创建一个原本不存在的文件。
追加模式可以向文件中追加内容，同样使用f.write()方法添加，不会覆盖原内容。
3. ‘r+’、'w+'模式
许多模式后加上一个“+”可以增加一些功能。
'r+'模式表示可读可写，以r为主导，并且拥有w和a模式的权限。以r为主导体现在不可以通过’r+'模式创建新文件，但是可以改写、添加内容。
'w+'模式不仅可写，还可读。
但是本人亲测了一下，**上述两个模式在经过f.write()方法调用后，再次读取就读不出内容了。**这个可能与f.write()方法的光标永远是在最前端有关，目前还无法厘清应用场景，日后再谈。
三、一些零碎的知识
1. 字节和字符
在python中，字节转为字符叫解码（decode），字符转为字节叫编码（encode），字节为bytes，是给计算机看的、保存或者运输的，字符是给人看的，用来操作的。
-
字节的概念：
字节（Byte ）是计算机信息技术用于计量存储容量的一种计量单位，作为一个单位来处理的一个二进制数字串，是构成信息的一个小单位。最常用的字节是八位的字节，即它包含八位的二进制数。
位（bit）：是计算机 内部数据 储存的最小单位，11001100是一个八位二进制数。
字节（byte）：是计算机中 数据处理 的基本单位，习惯上用大写 B 来表示,1B（byte,字节）= 8bit（位）。 -
字符的概念：
字符是指计算机中使用的字母、数字、字和符号。在UTF-8编码 中，一个英文字母字符存储需要1个字节，一个汉字字符储存需要3个字节。
我们从网上获取的图片、音频都是二进制的数据形式。当我们需要将str模式的字符转化为bytes字节时，只需要在前面加上一个b：
a = b'hello world' # a为字节类型的对象
对于字节类型的数据，是否可以写进’w’模式的文件中呢？
a = b'hello world'
f = open('text.txt','w')
f.write(a)
---------------------
结果：
TypeError: write() argument must be str, not bytes
答案是否定的，'w’模式不可以写入字节类型的数据，因而我们需要换一下模式。在方法说明文档中有一个’b’模式，是专门服务于二进制数据的，我们将模式更改为’wb’即可。
a = b'hello world'
f = open('text.txt','wb')
f.write(a)
2. json数据的一些补充案例
在以后业务中会经常和json数据打交道。json是一种数据格式，也是可以作为文件的后缀名。它类似于将字典变为str后的数据格式，但一定是双引号加持。我们再实际工作中可以向json文件中写入数据，如：
import json
data = {
"name":"Tom"} # 这是一个字典
f = open('Json_doc.json','w') # 模式为'w'
json.dump(data,f) # json.dump()是将字典数据写入json文件中的方法
需要说明的是，json.dump(obj,fp)的两个参数obj和fp，obj是数据对象，即要传入的数据；fp是json文件，这里用文件句柄指代。还有其它很多参数没有了解，以后有需要的时候再做补充。
当我们需要读取处理json文件中的数据时，我们通常选择将其内容转化为字典的形式，这样可以通过key和value的对应关系来进行便捷处理：
import json
f = open('Json_doc.json','r') # 模式为'r'
res = json.load(f) # 用一个变量来接收json文件的内容，通过json.load方法，res此时为字典格式
print(res)
可以看出，在面对json文件的时候，我们的读写工作没有用到f.write()和f.read()，目的都是为了更加方便的处理数据。
四、文件关闭和上下文管理器
1. 文件关闭
f.close() 方法用于关闭一个已打开的文件，关闭后的文件不能再进行读写操作， 否则会触发 ValueError 错误。 close() 方法允许调用多次。
当file对象，被引用到操作另外一个文件时，Python 会自动关闭之前的 file 对象。使用 close() 方法关闭文件是一个好的习惯。
在这里说几个有意思的点。
之前在讲述f.write()的时候，当我们向空文件text.txt写入内容，再次读取，发现读不出内容：
f = open('text.txt','r+')
f.write('hello')
print(f.read())
---------------------
结果为空，但是查阅文件已经有内容hello写入，且光标在最前方
这是因为，f.write()是在所有程序执行完毕才写入，也就是发生在print(f.read())之后，咱也不明白为啥，可以通过time.sleep睡个几秒来验证一下，的确是这样的。
那么如何来实现写入文件内容后再次打印输出呢？巧用f.close()：
f = open('text.txt','r+')
f.write('hello')
f.close()
f = open('text.txt','r+') # 重新打开文件
print(f.read())
---------------------------
结果：
hello
2. 上下文管理器
如果每次都需要关闭文件，在实际应用中遇到相对复杂的业务时就会显得较为麻烦。使用with open语句就可以省略f.close()这一步：
with open() as f:
pass
- with 自动调用__ enter__()，将方法的返回值赋给as后面的变量，相当于 f = open()；
- with 后面的代码块全部执行完毕后，将调用前面返回对象的__ exit__()方法，相当于f.close()。
这个就叫做上下文管理器。与open()方法使用没有区别，只是最后打开的文件会自动关闭。