Python 文件及目录操作

在变量、序列和对象中存储的数据是暂时的，程序结束后就会丢失。为了能够长时间地保存程序中的数据，需要将程序中的数据保存到磁盘文件中。

10.1 基本文件操作
在Python中，内置了文件（File）对象。在使用文件对象时，首先需要通过内置的open()方法创建一个文件对象，然后通过该对象提供的方法进行一些基本文件操作。

10.1.1 创建和打开文件
在Python中，想要操作文件需要先创建或者打开指定的文件并创建文件对象，可以通过内置的open()函数实现。open()函数的基本语法格式如下：file = open(filename[,mode[,buffering]])
参数说明：

■ file：被创建的文件对象。

■ filename：要创建或打开文件的文件名称，需要使用单引号或双引号括起来。如果要打开的文件和当前文件在同一个目录下，那么直接写文件名即可，否则需要指定完整路径。例如，要打开当前路径下的名称为status.txt的文件，可以使用“status.txt”。

■ mode：可选参数，用于指定文件的打开模式，其参数值如表所示。默认的打开模式为只读（即r）。

 ■ buffering：可选参数，用于指定读写文件的缓冲模式，值为0表达式不缓存；值为1表示缓存；如果大于1，则表示缓冲区的大小。默认为缓存模式。
使用open()方法可以实现以下几个功能：
1．打开一个不存在的文件时先创建该文件
在默认的情况下，使用open()函数打开一个不存在的文件，会抛出异常。

 ■ 在当前目录下（即与执行的文件相同的目录）创建一个名称为status.txt的文件。

■ 在调用open()函数时，指定mode的参数值为w、w+、a、a+。这样，当要打开的文件不存在时，就可以创建新的文件了。

实例创建并打开记录蚂蚁庄园动态的文件
在IDLE中创建一个名称为antmanor_message.py的文件，然后在该文件中，首先输出一条提示信息，然后再调用open()函数创建或打开文件，最后再输出一条提示信息，代码如下：

01 print("\n","="*10,"蚂蚁庄园动态","="*10)

02 file = open('message.txt','w') # 创建或打开保存蚂蚁庄园动态信息的文件

03 print("\n 即将显示……\n")
执行上面的代码，在antmaner_message.py文件所在的目录下创建一个名称为message.txt的文件，该文件没有任何内容。

2．以二进制形式打开文件
使用open()函数不仅可以以文本的形式打开文本文件，而且还可以以二进制形式打开非文本文件，如图片文件、音频文件、视频文件等。例如，创建一个名称为picture.png的图片文件，并且应用open()函数以二进制方式打开该文件。

以二进制方式打开该文件，并输出创建的对象的代码如下：file = open('picture.png','rb') # 以二进制方式打开图片文件print(file) # 输出创建的对象。

3．打开文件时指定编码方式
在使用open()函数打开文件时，默认采用GBK编码，当被打开的文件不是GBK编码时，将抛出异常。

解决该问题的方法有两种，一种是直接修改文件的编码，另一种是在打开文件时，直接指定使用的编码方式。

在调用open()函数时，通过添加encoding='utf-8'参数即可实现将编码指定为UTF-8。

例如，打开采用UTF-8编码保存的notice.txt文件，可以使用下面的代码：file = open('notice.txt','r',encoding='utf-8')

10.1.2 关闭文件
打开文件后，需要及时关闭，以免对文件造成不必要的破坏。关闭文件可以使用文件对象的close()方法实现。

close()方法的语法格式如下：

file.close()
其中，file为打开的文件对象。

说明：close()方法先刷新缓冲区中还没有写入的信息，然后再关闭文件，这样可以将没有写入到文件的内容写入到文件中。在关闭文件后，便不能再进行写入操作了。

10.1.3 打开文件时使用with语句
打开文件后，要及时将其关闭，如果忘记关闭可能会带来意想不到的问题。

为了更好地避免此类问题发生，可以使用Python提供的with语句，从而实现在处理文件时，无论是否抛出异常，都能保证with语句执行完毕后关闭已经打开的文件。with语句的基本语法格式如下：
with expression as target:    with-body
参数说明：

■ expression：用于指定一个表达式，这里可以是打开文件的open()函数。

■ target：用于指定一个变量，并且将expression的结果保存到该变量中。

■ with-body：用于指定with语句体，其中可以是执行with语句后相关的一些操作语句。如果不想执行任何语句，可以直接使用pass语句代替。

例如，将实例修改为在打开文件时使用with语句，修改后的代码如下：print("\n","="*10,"蚂蚁庄园动态","="*10)with open('message.txt','w') as file: # 创建或打开保存蚂蚁庄园动态信息的文件    passprint("\n 即将显示……\n")

10.1.4 写入文件内容
在实例01中，虽然创建并打开一个文件，但是该文件中并没有任何内容，它的大小是0KB。Python的文件对象提供了write()方法，可以向文件中写入内容。write()方法的语法格式如下：file.write(string)
其中，file为打开的文件对象；string为要写入的字符串。注意：在调用write()方法向文件中写入内容的前提是在打开文件时，指定的打开模式为w（可写）或者a（追加），否则，将抛出异常。

注意：在写入文件后，一定要调用close()方法关闭文件，否则写入的内容不会保存到文件中。这是因为当我们在写入文件内容时，操作系统不会立刻把数据写入磁盘，而是先缓存起来，只有调用close()方法时，操作系统才会保证把没有写入的数据全部写入磁盘。

多学两招：在Python的文件对象中除了提供了write()方法，还提供了writelines()方法，可以实现把字符串列表写入文件，但是不添加换行符。

10.1.5 读取文件
在Python中打开文件后，除了可以向其写入或追加内容，还可以读取文件中的内容。读取文件内容主要分为以下几种情况：
1．读取指定字符
文件对象提供了read()方法读取指定个数的字符，语法格式如下：

file.read([size])
参数说明：

■ file：为打开的文件对象。

■ size：可选参数，用于指定要读取的字符个数，如果省略，则一次性读取所有内容。

注意：在调用read()方法读取文件内容的前提是在打开文件时，指定的打开模式为r（只读）或者r+（读写），否则，将抛出的异常。

多学两招：在向文件中写入内容后，如果不想马上关闭文件，也可以调用文件对象提供的flush()方法，把缓冲区的内容写入文件，这样也能保证数据全部写入磁盘。

使用read(size)方法读取文件时，是从文件的开头读取的。如果想要读取部分内容，可以先使用文件对象的seek()方法将文件的指针移动到新的位置，然后再应用read(size)方法读取。seek()方法的基本语法格式如下：file.seek(offset[,whence])
参数说明：

■ file：表示已经打开的文件对象。

■ offset：用于指定移动的字符个数，其具体位置与whence参数有关。

■ whence：用于指定从什么位置开始计算。值为0表示从文件头开始计算，值为1表示从当前位置开始计算，值为2表示从文件尾开始计算，默认为0。注意：对于whence参数，如果在打开文件时，没有使用b模式（即rb），那么只允许从文件头开始计算相对位置，从文件尾计算时就会抛出异常。

说明：在使用seek()方法时，如果采用GBK编码，那么offset的值是按一个汉字（包括中文标点符号）占两个字符计算，而采用UTF-8编码，则一个汉字占3个字符，不过无论采用何种编码英文和数字都是按一个字符计算的。这与read(size)方法不同。

2．读取一行
在使用read()方法读取文件时，如果文件很大，一次读取全部内容到内存，容易造成内存不足，所以通常会采用逐行读取。文件对象提供了readline()方法用于每次读取一行数据。readline()方法的基本语法格式如下：file.readline()
其中，file为打开的文件对象。同read()方法一样，打开文件时，也需要指定打开模式为r（只读）或者r+（读写）。

3．读取全部行
读取全部行的作用同调用read()方法时不指定size类似，只不过读取全部行时，返回的是一个字符串列表，每个元素为文件的一行内容。读取全部行，使用的是文件对象的readlines()方法，其语法格式如下：file.readlines()
其中，file为打开的文件对象。同read()方法一样，打开文件时，也需要指定打开模式为r（只读）或者r+（读写）。

从该运行结果中可以看出readlines()方法的返回值为一个字符串列表。在这个字符串列表中，每个元素记录一行内容。如果文件比较大时，采用这种方法输出读取的文件内容会很慢。这时可以将列表的内容逐行输出。例如，下面的代码可以修改为以下内容。

print("\n","="*25,"蚂蚁庄园动态","="*25,"\n")

with open('message.txt','r') as file: # 打开保存蚂蚁庄园动态信息的文件    

messageall = file.readlines() # 读取全部动态信息  

 for message in messageall:        

print(message) # 输出一条动态信息

10.2 目录操作
目录也称文件夹，用于分层保存文件。通过目录可以分门别类地存放文件。我们也可以通过目录快速找到想要的文件。在Python中，并没有提供直接操作目录的函数或者对象，而是需要使用内置的os和os.path模块实现。

说明：os模块是Python内置的与操作系统功能和文件系统相关的模块。该模块中的语句的执行结果通常与操作系统有关，在不同操作系统上运行，可能会得到不一样的结果。

10.2.1 os和os.path模块
在Python中，内置了os模块及其子模块os.path用于对目录或文件进行操作。在使用os模块或者os.path模块时，需要先应用import语句将其导入，然后才可以应用它们提供的函数或者变量。
导入os模块可以使用下面的代码：import os说明：导入os模块后，也可以使用其子模块os.path。
导入os模块后，可以使用该模块提供的通用变量获取与系统有关的信息。常用的变量有以下几个：

■ name：用于获取操作系统类型。

■ linesep：用于获取当前操作系统上的换行符。

■ sep：用于获取当前操作系统所使用的路径分隔符。

os模块还提供了一些操作目录的函数，如表所示。

 os.path模块也提供了一些操作目录的函数，如表所示。

 10.2.2 路径
用于定位一个文件或者目录的字符串被称为一个路径。在程序开发时，通常涉及两种路径，一种是相对路径，另一种是绝对路径。
1．相对路径
在学习相对路径之前，需要先了解什么是当前工作目录。当前工作目录是指当前文件所在的目录。在Python中，可以通过os模块提供的getcwd()函数获取当前工作目录。例如，在E:\program\Python\Code\demo.py文件中，编写以下代码：import osprint(os.getcwd()) # 输出当前目录
执行上面的代码后，将显示以下目录，该路径就是当前工作目录。E:\program\Python\Code
相对路径就是依赖于当前工作目录的。如果在当前工作目录下，有一个名称为message.txt的文件，那么在打开这个文件时，就可以直接写上文件名，这时采用的就是相对路径，message.txt文件的实际路径就是当前工作目录“E:\program\Python\Code”+相对路径“message.txt”，即“E:\program\Python\Code\message.txt”。
如果在当前工作目录下，有一个子目录demo，并且在该子目录下保存着文件message.txt，那么在打开这个文件时就可以写上“demo/message.txt”，例如下面的代码：with open("demo/message.txt") as file: # 通过相对路径打开文件    pass说明：在Python中，指定文件路径时需要对路径分隔符“\”进行转义，即将路径中的“\”替换为“\\”。例如对于相对路径“demo\message.txt”需要使用“demo\\message.txt”代替。另外，也可以将路径分隔符“\”采用“/”代替。多学两招：在指定文件路径时，也可以在表示路径的字符串前面加上字母r（或R），那么该字符串将原样输出，这时路径中的分隔符就不需要再转义了。例如，上面的代码也可以修改为以下内容：with open(r"demo\message.txt") as file: # 通过相对路径打开文件    pass
2．绝对路径
绝对路径是指在使用文件时指定文件的实际路径。它不依赖于当前工作目录。在Python中，可以通过os.path模块提供的abspath()函数获取一个文件的绝对路径。abspath()函数的基本语法格式如下：os.path.abspath(path)
其中，path为要获取绝对路径的相对路径，可以是文件也可以是目录。
例如，要获取相对路径“demo\message.txt”的绝对路径，可以使用下面的代码：import osprint(os.path.abspath(r"demo\message.txt")) # 获取绝对路径
如果当前工作目录为“E:\program\Python\Code”，那么将得到以下结果：E:\program\Python\Code\demo\message.txt
3．拼接路径
如果想要将两个或者多个路径拼接到一起组成一个新的路径，可以使用os.path模块提供的join()函数实现。join()函数基本语法格式如下：os.path.join(path1[,path2[,……]])
其中，path1、path2用于代表要拼接的文件路径，这些路径间使用逗号进行分隔。如果在要拼接的路径中，没有一个绝对路径，那么最后拼接出来的将是一个相对路径。注意：使用os.path.join()函数拼接路径时，并不会检测该路径是否真实存在。
例如，需要将“E:\program\Python\Code”和“demo\message.txt”路径拼接到一起，可以使用下面的代码。import osprint(os.path.join("E:\program\Python\Code","demo\message.txt")) # 拼接字符串
执行上面的代码，将得到以下结果：E:\program\Python\Code\demo\message.txt说明：在使用join()函数时，如果要拼接的路径中，存在多个绝对路径，那么以从左到右为序最后一次出现的路径为准，并且该路径之前的参数都将被忽略。例如，执行下面的代码：import osprint(os.path.join("E:\\code","E:\\python\\mr","Code","C:\\","demo")) # 拼接字符串
将得到拼接后的路径为“C:\demo”。注意：把两个路径拼接为一个路径时，不要直接使用字符串拼接，而是使用os.path.join()函数，这样可以正确处理不同操作系统的路径分隔符。
10.2.3 判断目录是否存在
在Python中，有时需要判断给定的目录是否存在，这时可以使用os.path模块提供的exists()函数实现。exists()函数的基本语法格式如下：os.path.exists(path)
其中，path为要判断的目录，可以采用绝对路径，也可以采用相对路径。
返回值：如果给定的路径存在，则返回True，否则返回False。
例如，要判断绝对路径“C:\demo”是否存在，可以使用下面的代码：import osprint(os.path.exists("C:\\demo")) # 判断目录是否存在
执行上面的代码，如果在C盘根目录下没有demo子目录，则返回False，否则返回True。说明：os.path.exists()函数除了可以判断目录是否存在，还可以判断文件是否存在。例如，如果将上面代码中的“C:\\demo”替换为“C:\\demo\\test.txt”，则用于判断C:\demo\test.txt文件是否存在。
10.2.4 创建目录
在Python中，os模块提供了两个创建目录的函数，一个用于创建一级目录，另一个用于创建多级目录。
1．创建一级目录
创建一级目录是指一次只能创建一级目录。在Python中，可以使用os模块提供的mkdir()函数实现。通过该函数只能创建指定路径中的最后一级目录，如果该目录的上一级不存在，则抛出FileNotFoundError异常。mkdir()函数的基本语法格式如下：os.mkdir(path, mode=0o777)
参数说明：

■ path：用于指定要创建的目录，可以使用绝对路径，也可以使用相对路径。

■ mode：用于指定数值模式，默认值为0777。该参数在非UNIX系统上无效或被忽略。
例如，在Windows系统上创建一个C:\demo目录，可以使用下面的代码：import osos.mkdir("C:\\demo") # 创建C:\demo目录

注意：如果指定的目录有多级，而且最后一级的上级目录中有不存在的，则抛出FileNotFoundError异常，并且目录创建不成功。要解决该问题有两种方法，一种是使用创建多级目录的方法（将在后面进行介绍）。另一种是编写递归函数调用os.mkdir()函数实现，具体代码如下：

import os # 导入标准模块osdef mkdir(path): # 定义递归创建目录的函数  

 if not os.path.isdir(path): # 判断是否为有效路径        

mkdir(os.path.split(path)[0]) # 递归调用    else: # 如果目录存在，直接返回        

return    os.mkdir(path) # 创建目录

mkdir("D:/mr/test/demo") # 调用mkdir递归函数

2．创建多级目录
使用mkdir()函数只能创建一级目录，如果想创建多级目录，可以使用os模块提供的makedirs()函数，该函数用于采用递归的方式创建目录。makedirs()函数的基本语法格式如下：os.makedirs(name, mode=0o777)
参数说明：

■ name：用于指定要创建的目录，可以使用绝对路径，也可以使用相对路径。

■ mode：用于指定数值模式，默认值为0777。该参数在非UNIX系统上无效或被忽略。
例如，在Windows系统上，刚刚创建的C:\demo目录下，再创建子目录test\dir\mr（对应的目录为：C:\demo\test\dir\mr），可以使用下面的代码。import osos. makedirs ("C:\\demo\\test\\dir\\mr ") # 创建C:\demo\test\dir\mr目录

10.2.5 删除目录
删除目录可以通过使用os模块提供的rmdir()函数实现。通过rmdir()函数删除目录时，只有当要删除的目录为空时才起作用。rmdir()函数的基本语法格式如下：os.rmdir(path)
其中，path为要删除的目录，可以使用相对路径，也可以使用绝对路径。
例如，要删除刚刚创建的“C:\demo\test\dir\mr”目录，可以使用下面的代码：

import osos.rmdir("C:\\demo\\test\\dir\\mr") # 删除C:\demo\test\dir\mr目录
执行上面的代码后，将删除“C:\demo\test\dir”目录下的mr目录。

注意：如果要删除的目录不存在，那么将抛出“FileNotFoundError: [WinError 2] 系统找不到指定的文件”异常。因此，在执行os.rmdir()函数前，建议先判断该路径是否存在，可以使用os.path.exists()函数判断。具体代码如下：

import ospath = "C:\\demo\\test\\dir\\mr" # 指定要创建的目录

if os.path.exists(path): # 判断目录是否存在  

 os.rmdir("C:\\demo\\test\\dir\\mr") # 删除目录    

print("目录删除成功！")else:    print("该目录不存在！")

多学两招：使用rmdir()函数只能删除空的目录，如果想要删除非空目录，则需要使用Python内置的标准模块shutil的rmtree()函数实现。

例如，要删除不为空的“C:\\demo\\test”目录，可以使用下面的代码：import shutilshutil.rmtree("C:\\demo\\test") # 删除C:\demo目录下的test子目录及其内容

10.2.6 遍历目录
遍历在汉语中的意思是全部走遍，到处周游。在Python中，遍历是将指定的目录下的全部目录（包括子目录）及文件访问一遍。在Python中，os模块的walk()函数用于实现遍历目录的功能。walk()函数的基本语法格式如下：os.walk(top[, topdown][, onerror][, followlinks])
参数说明：

■ top：用于指定要遍历内容的根目录。

■ topdown：可选参数，用于指定遍历的顺序，如果值为True，表示自上而下遍历（即先遍历根目录）；如果值为False，表示自下而上遍历（即先遍历最后一级子目录）。默认值为True。

■ onerror：可选参数，用于指定错误处理方式，默认为忽略，如果不想忽略也可以指定一个错误处理函数。通常情况下采用默认设置。

■ followlinks：可选参数，默认情况下，walk()函数不会向下转换成解析到目录的符号链接，将该参数值设置为True，表示用于指定在支持的系统上访问由符号链接指向的目录。

■ 返回值：返回一个包括3个元素(dirpath, dirnames, filenames)的元组生成器对象。其中，dirpath表示当前遍历的路径，是一个字符串；dirnames表示当前路径下包含的子目录，是一个列表；filenames表示当前路径下包含的文件，也是一个列表。
例如，要遍历指定目录“E:\program\Python\Code\01”，可以使用下面的代码：

import os # 导入os模块

tuples = os.walk("E:\\program\\Python\\Code\\01") # 遍历“E:\program\Python\Code\01”目录

for tuple1 in tuples: # 通过for循环输出遍历结果    

print(tuple1 ,"\n") # 输出每一级目录的元组

注意：walk()函数只在Unix系统和Windows系统中有效。

10.3 高级文件操作
Python内置的os模块除了可以对目录进行操作，还可以对文件进行一些高级操作，具体函数如表所示。

 10.3.1 删除文件
Python没有内置删除文件的函数，但是在内置的os模块中提供了删除文件的函数remove()，该函数的基本语法格式如下：os.remove(path)
其中，path为要删除的文件路径，可以使用相对路径，也可以使用绝对路径。
例如，要删除当前工作目录下的mrsoft.txt文件，可以使用下面的代码：import os # 导入os模块os.remove("mrsoft.txt") # 删除当前工作目录下的mrsoft.txt文件
执行上面的代码后，如果在当前工作目录下存在mrsoft.txt文件，即可将其删除。

10.3.2 重命名文件和目录
os模块提供了重命名文件和目录的函数rename()，如果指定的路径是文件的，则重命名文件，如果指定的路径是目录，则重命名目录。rename()函数的基本语法格式如下：os.rename(src,dst)
其中，src用于指定要进行重命名的目录或文件；dst用于指定重命名后的目录或文件。
同删除文件一样，在进行文件或目录重命名时，如果指定的目录或文件不存在，也将抛出FileNotFoundError异常，所以在进行文件或目录重命名时，也建议先判断文件或目录是否存在，只有存在时才进行重命名操作。
例如，想要将“C:\demo\test\dir\mr\mrsoft.txt”文件重命名为“C:\demo\test\dir\mr\mr.txt”，可以使用下面的代码：

01 import os # 导入os模块

02 src = "C:\\demo\\test\\dir\\mr\\mrsoft.txt" # 要重命名的文件

03 dst = "C:\\demo\\test\\dir\\mr\\mr.txt" # 重命名后的文件

04 if os.path.exists(src): # 判断文件是否存在

05     os.rename(src,dst) # 重命名文件

06     print("文件重命名完毕！")

07 else:

08     print("文件不存在！")

使用rename()函数重命名目录与命名文件基本相同，只要把原来的文件路径替换为目录即可。例如，想要将当前目录下的demo目录重命名为test，可以使用下面的代码：

01 import os # 导入os模块

02 src = "demo" # 重命名的当前目录下的demo

03 dst = "test" # 重命名为test

04 if os.path.exists(src): # 判断目录是否存在

05     os.rename(src,dst) # 重命名目录

06     print("目录重命名完毕！")

07 else:

08     print("目录不存在！")

注意：在使用rename()函数重命名目录时，只能修改最后一级的目录名称。

10.3.3 获取文件基本信息
在计算机上创建文件后，该文件本身就会包含一些信息。例如，文件的最后一次访问时间、最后一次修改时间、文件大小等基本信息。通过os模块的stat()函数可以获取到文件的这些基本信息。stat()函数的基本语法如下：os.stat(path)
其中，path为要获取文件基本信息的文件路径，可以是相对路径，也可以是绝对路径。
stat()函数的返回值是一个对象，该对象包含如表所示的属性。通过访问这些属性可以获取文件的基本信息。

 实例获取文件基本信息
在IDLE中创建一个名称为fileinfo.py的文件，首先在该文件中导入os模块，然后调用os模块的stat()函数获取文件的基本信息，最后输出文件的基本信息，代码如下：

01 import os # 导入os模块

02 fileinfo = os.stat("mr.png") # 获取文件的基本信息

03 print("文件完整路径：", os.path.abspath("mr.png")) # 获取文件的完整数路径

04 # 输出文件的基本信息

05 print("索引号：",fileinfo.st_ino)

06 print("设备名：",fileinfo.st_dev)

07 print("文件大小：",fileinfo.st_size," 字节")

08 print("最后一次访问时间：",fileinfo.st_atime)

09 print("最后一次修改时间：",fileinfo.st_mtime)

10 print("最后一次状态变化时间：",fileinfo.st_ctime)

10.5 小结
本章首先介绍了如何应用Python自带的函数进行基本文件操作，然后介绍了如何应用Python内置的os模块及其子模块os.path进行目录相关的操作，最后又介绍了如何应用os模块进行高级文件操作，例如删除文件、重命名文件和目录，以及获取文件基本信息等。