Python文件操作与输入输出：从基础到高级应用

引言

Python作为一门功能强大且易于学习的编程语言，在文件操作和输入输出方面提供了丰富的功能和工具。本文将从基础知识开始，逐步深入探讨Python中的文件操作和输入输出技术，帮助读者在编程过程中更好地利用这些功能。

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文件操作基础

在Python中，文件操作是一项重要的任务。我们首先要了解如何打开、读取和写入文件。

• 打开文件：
  使用open()函数可以打开一个文件，并返回一个文件对象。你可以指定文件路径、文件名以及打开模式（读取、写入等）。

file_path = 'example.txt'
file = open(file_path, 'r')  # 以只读模式打开文件

• 读取文件内容：
  通过文件对象的read()方法可以读取文件的内容。你可以一次性读取整个文件，也可以逐行读取。

content = file.read()  # 读取整个文件内容

• 写入文件内容
  使用文件对象的write()方法可以将数据写入文件。需要注意的是，写入操作默认会覆盖文件原有内容，如果要追加内容，可以使用追加模式。

output_file = open('output.txt', 'w')  # 以写入模式打开文件
output_file.write("Hello, world!")

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上下文管理器与文件自动关闭

Python引入了上下文管理器，让文件操作更加便捷。通过with语句打开文件，当代码块执行完毕后，文件会自动关闭，避免了手动关闭文件可能引发的问题。

with open('example.txt', 'r') as file:
    content = file.read()
# 文件会在代码块执行完毕后自动关闭

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文件的迭代与逐行读取

Python允许你将文件对象当作迭代器来使用，逐行读取文件内容

with open('example.txt', 'r') as file:
    for line in file:
        print(line)

文件的其他常见操作

除了基本的读写操作，还有其他有用的文件操作方法，比如获取文件大小、判断文件是否存在等。

import os

file_size = os.path.getsize('example.txt')  # 获取文件大小
file_exists = os.path.exists('example.txt')  # 判断文件是否存在

输入输出基础

在Python中，通过标准输入和标准输出可以进行基本的输入和输出操作。

• 标准输入：
  使用input()函数可以从标准输入获取用户输入的内容。

name = input("请输入你的名字：")
print("你好，", name)

• 标准输出：
  使用print()函数可以将内容输出到标准输出。

print("Hello, world!")

文件输入输出

with open('output.txt', 'w') as file:
    file.write("Hello, world!")

格式化输出

使用格式化字符串，你可以将变量的值插入到输出文本中。

age = 25
print("我今年{}岁。".format(age))

高级文件操作

Python的标准库和第三方库提供了更多高级的文件操作功能，例如处理CSV、JSON、XML等格式的文件，以及在网络上下载文件等

学生管理系统案例

功能要求：

添加学生姓名和成绩。
显示所有学生的姓名和成绩。
将学生信息保存到文件。
从文件中加载学生信息。

class Student:
    def __init__(self, name, score):
        self.name = name
        self.score = score

    def __str__(self):
        return f"姓名: {self.name}, 成绩: {self.score}"


def add_student(students):
    name = input("请输入学生姓名: ")
    score = float(input("请输入学生成绩: "))
    student = Student(name, score)
    students.append(student)
    print("学生信息已添加。")


def display_students(students):
    print("学生信息:")
    for student in students:
        print(student)


def save_to_file(students, file_path):
    with open(file_path, 'w') as file:
        for student in students:
            file.write(f"{student.name},{student.score}\n")
    print("学生信息已保存。")


def load_from_file(file_path):
    students = []
    try:
        with open(file_path, 'r') as file:
            for line in file:
                name, score = line.strip().split(',')
                students.append(Student(name, float(score)))
    except FileNotFoundError:
        pass
    return students


def main():
    students = load_from_file('students.txt')
    while True:
        print("\n学生成绩管理系统")
        print("1. 添加学生信息")
        print("2. 显示学生信息")
        print("3. 保存学生信息到文件")
        print("4. 退出")
        choice = input("请选择操作：")
        
        if choice == '1':
            add_student(students)
        elif choice == '2':
            display_students(students)
        elif choice == '3':
            save_to_file(students, 'students.txt')
        elif choice == '4':
            print("感谢使用学生成绩管理系统！")
            break
        else:
            print("无效的选择，请重新输入。")


if __name__ == "__main__":
    main()

运行结果如下

这个案例实现了一个简单的学生成绩管理系统，你可以根据提示选择不同的操作。通过输入和输出，你可以添加学生信息、显示学生信息、保存学生信息到文件，并从文件加载学生信息。这个案例综合应用了前面介绍的文件操作、输入输出以及类的概念。
在运行案例时，你可以输入学生的姓名和成绩，然后选择显示学生信息、保存信息到文件或退出系统。学生信息会被保存到文件中，下次运行程序时可以加载之前保存的信息。
通过这个案例，你可以更好地理解文件操作和输入输出在实际项目中的应用，同时也加深对类和对象的理解。你可以根据这个案例的基础上进行拓展，添加更多功能，如成绩统计、成绩排序等。

结语

文件操作和输入输出是Python编程中不可或缺的一部分。本文介绍了文件操作的基本方法，以及如何使用上下文管理器来确保文件的正确关闭。此外，我们还探讨了输入输出的基本方法和格式化输出。通过掌握这些基础知识，你将能够更自如地处理文件和数据输入输出，为你的Python编程之旅奠定坚实的基础。

无论是处理文本文件、日志文件，还是与用户进行交互，Python的文件操作和输入输出功能都将伴随着你的编程旅程，为你提供强大的支持。在掌握了这些基础之后，你还可以深入学习更多高级的文件处理技术，为你的项目开发带来更多可能性。

挑战与创造都是很痛苦的，但是很充实。