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第7章 文件操作 ​

7.1 基本概念 ​

7.1.1 文件的概念 ​

在计算机中，文件是存储在磁盘上的数据集合。文件可以包含各种类型的数据，如文本、图像、音频、视频或程序代码。

在编写程序的时候，数据是以二进制的形式存储在内存的，将数据写到磁盘文件的过程称之为持久化。

7.1.2 文件路径和文件名 ​

文件系统通过文件路径和文件名来定位和管理文件。

（1）文件名通常包含文件的名称和扩展名。扩展名（又称为文件后缀名）用于表示文件的类型（例如 .txt 表示文本文件，.jpg 表示图像文件）。

（2）文件路径可以是绝对路径（从文件系统的根目录开始）或相对路径（相对于当前工作目录）。

  • 绝对路径：

    • 在windows系统，绝对路径从盘符开始，例如：D:\atguigu\hello.py
    • 在Linux、MacOS等其他系统，绝对路径从根目录/开始，例如：/users/hello.py

  • 相对路径：

    • 在windows系统，不是以盘符开始的都是相对路径，例如：./atguigu/hello.py 或 ../../hello.py
    • 在Linux、MacOS等其他系统，不是从根路径/开始的都是相对路径：例如：./atguigu/hello.py 或 ../../hello.py
    • ./代表当前路径，../代表上级目录

7.1.3 文件的分类 ​

1、纯文本文件

有统一的编码，可以被看做存储在磁盘上的长字符串。

纯文本文件编码格式常见的有ASCII、ISO-8859-1/Latin1、GB2312、GBK、UTF-8、UTF-16等。

2、二进制文件

没有字符编码的概念，直接由0与1组成。

如图片文件（jpg、png），视频文件（avi）等。

7.2 文件的打开和关闭 ​

7.2.1 open打开文件 ​

使用 open() 打开或创建文件，该方法执行完毕之后返回的是一个file对象。

open函数的完整形式：

python
open(file,mode="r",buffering=-1, encoding=None,errors=None,newline=None,closefd=True,opener=None)
参数说明是否必选
file指定要打开的文件位置 + 文件名，或传入一个整数型的文件描述符（操作系统层面标识打开文件的编号）必选
mode指定文件的操作类型（读 / 写 / 追加）和打开格式（文本 / 二进制）可选，默认是r
buffering控制 Python 对文件的读写缓冲机制，本质是减少磁盘 IO 次数（磁盘读写速度远慢于内存，缓冲先把数据存内存，达到阈值再一次性写入磁盘，提升效率）可选，默认-1
encoding指定文本模式（t）下文件的字符编码 / 解码规则，Python 会按该编码将磁盘上的字节转换为字符串（读），或把字符串转换为字节写入磁盘（写）。仅文本模式有效，二进制模式（b）设置encoding会直接报错。默认None表示使用当前系统的默认编码（Windows 多为 gbk，Linux/Mac 多为 utf-8）可选，默认 None
errors指定文本模式下，当编码 / 解码出现错误时的处理方式。仅文本模式有效，二进制模式无编码错误，设置无效。可选，默认 None
newline仅对文本模式有效，控制 Python 对文件读取时的换行符解析和写入时的换行符替换，解决跨平台换行符不一致的问题（Windows\r\n、Linux/Mac\n、旧 Mac\r）可选，默认 None
closefd控制调用文件对象的close()方法时，是否关闭底层的文件描述符。可选，默认 True
opener指定一个自定义的文件打开函数，替代 Python 内置的默认文件打开逻辑，实现自定义的文件访问控制（如权限校验、加密文件打开、自定义路径解析）。极高级的开发需求（如自定义文件权限、沙箱内打开文件、网络文件流），新手完全用不到。可选，默认 None

模式由基础操作符和格式符组合而成，核心基础符 3 个、格式符 2 个，还有扩展符 2 个，组合规则：格式符可省略（默认文本），扩展符按需加。

类型符号含义注意事项
基础操作r只读（默认）文件不存在则报错，文件指针在开头
w只写文件不存在则创建，存在则清空原有内容
a追加写文件不存在则创建，文件指针在末尾，不覆盖原内容
格式标识t文本模式（默认，可省略）读写的是字符串，需指定encoding，支持换行符处理
b二进制模式读写的是bytes 字节串，可以用于读写非文本文件（图片 / 视频 / 压缩包 / 可执行文件），也可以读写文本文件（读写字节内容，禁止指定 encoding）
扩展标识+读写模式（叠加在基础后）如r+（读 + 写，不清空）、w+（写 + 读，清空）、a+（追加 + 读）
x独占创建写文件不存在则创建，存在则报错（避免覆盖）

buffering仅支持整数，分 3 种情况，新手一般无需修改，用默认值 - 1 即可：

取值含义
-1默认缓冲：文本模式用系统默认缓冲区大小（一般 4096/8192 字节），二进制模式用固定块缓冲
0无缓冲：数据直接读写磁盘，仅对二进制模式（b）有效，文本模式设置 0 会报错
≥11 表示行缓冲（仅文本模式有效，遇到\n就刷盘）；
≥2 表示固定大小缓冲（单位：字节，如 buffering=4096 表示 4K 缓冲）

errors常用取值：

取值含义
strict严格模式（默认）：出现编码错误直接抛出UnicodeError，终止程序
ignore忽略模式：跳过错误的字符，继续处理，可能导致字符丢失
replace替换模式：将错误的字符替换为�（占位符），不会终止程序，避免乱码
backslashreplace转义替换：将错误字符替换为 Python 转义序列（如\x80）
surrogateescape代理转义：适合读取系统文件，将无法解码的字节存为代理字符，写入时还原

7.2.2 close关闭文件 ​

python
f.close()

7.3 文件读写操作 ​

7.3.1 文件写操作 ​

1、覆盖写 ​

python
def write_one():
    fw = open("./documents/test.txt", "w",encoding="utf-8")
    fw.write("hello world\n")
    fw.write("hello atguigu\n")
    fw.close()

def write_two():
    fw = open("./documents/test.txt", "w",encoding="utf-8")
    fw.write("你好，世界\n")
    fw.write("你好，尚硅谷\n")
    fw.close()

# write_one()
write_two()

image-20260204193845931

2、追加写 ​

python
def write_append():
    fw = open("./documents/test.txt", "a",encoding="utf-8")
    fw.write("python\n")
    fw.write("ai\n")
    fw.close()

write_append()

7.3.2 文件读操作 ​

1、read([size]) ​

  • read()表示读取文件所有内容
  • read([size]) 可以从文件中读取数据，size 表示要从文件中读取的数据的长度。文本文件中换行符也算作一个字符。
python
print("一次读取所有内容".center(50, "-"))
fr = open("documents/test.txt", "r", encoding="utf-8")
print(fr.read())
fr.close()

print("一次读取10个字符".center(50, "-"))
fr = open("documents/test.txt", "r", encoding="utf-8")
print(fr.read(10))
fr.close()

2、readLine([size]) ​

  • readLine()可以从纯文本文件读取一行
  • readLine(size)可以从纯文本文件读取一行中的size个字符。如果一行不够size个字符，只读一行。
python
print("一次读一行".center(50,"-"))
fr = open("documents/test.txt", "r", encoding="utf-8")
print(fr.readline())
fr.close()

print("一次读一行".center(50,"-"))
fr = open("documents/test.txt", "r", encoding="utf-8")
print(fr.readline(3)) # 读取3个字符
fr.close()

print("一次读一行".center(50,"-"))
fr = open("documents/test.txt", "r", encoding="utf-8")
print(fr.readline(30)) # 读取30个字符，如果一行的字符数小于30，则返回该行所有字符
fr.close()

3、readLines([size]) ​

  • readLines()：读取所有行并返回列表
  • readLines(size)：可以从纯文本文件读取size个字符所在的所有行。例如：第1行有5个字符，第2行有10个字符，第3行有5个字符，size为8则会读取2行。
python
print("一次读取所有行，返回列表".center(50, "-"))
fr = open("documents/test.txt", "r", encoding="utf-8")
print(fr.readlines())
fr.close()

print("一次读取一行或多行".center(50, "-"))
fr = open("documents/test.txt", "r", encoding="utf-8")
print(fr.readlines(3)) # 读取3个字符所在的行
fr.close()

print("一次读取一行或多行".center(50, "-"))
fr = open("documents/test.txt", "r", encoding="utf-8")
print(fr.readlines(30)) # 读取30个字符所在的行
fr.close()

7.3.3 案例：拷贝文件 ​

python
# 复制小文件
def copy_small_file(src, dst):
    fr = open(src, "rb")
    fw = open(dst, "wb")
    fw.write(fr.read())
    fr.close()
    fw.close()

# 测试
copy_small_file("documents/test.txt", "copy/test_copy.txt")
copy_small_file("documents/dog.jpg", "copy/dog_copy.jpg")

7.3.4 复制大文件 ​

优化方向：如果文件比较大，一次读取整个文件，内存压力比较大

1、使用shutil.copy/shutil.copy2 ​

shutil 是 Python 内置的文件操作工具库。

  • shutil.copy(src, dst)：仅复制文件内容和文件权限；
  • shutil.copy2(src, dst)：复制文件内容 + 权限 +元数据（创建时间、修改时间等，更推荐，接近系统复制）。
python
import shutil
shutil.copy2(r"documents/哈希表.mp4", r"copy/哈希表_copy.mp4")

2、使用shutil.copyfileobj ​

copyfileobj 专门为文件对象复制设计，默认分块大小是 8192 字节，可手动设置更大的分块（比如 1024*1024=1MB，大文件建议设 1MB~16MB），进一步提升速度。copy/copy2底层直接依赖copyfileobj实现核心的文件内容复制。

python
import shutil
shutil.copyfileobj(open("documents/哈希表.mp4", "rb"), open("copy/哈希表_copy.mp4","wb"), 1024*1024)

3、使用read(size) ​

python
import os
# 复制大文件
def copy_big_file(src, dst):
    fr = open(src, "rb")
    fw = open(dst, "wb")
    # 获取源文件大小（字节）
    file_size = os.path.getsize(src)
    copied_size = 0  # 已复制大小
    while True:
        data = fr.read(1024*1024)
        if not data:
            break
        fw.write(data)
        # 更新已复制大小并打印进度
        copied_size += len(data)
        progress = (copied_size / file_size) * 100
        print(f"\r复制进度：{progress:.2f}% ({copied_size}/{file_size} 字节)", end="")
    print("\n复制完成！")
    fr.close()
    fw.close()

# 测试
copy_big_file("documents/哈希表.mp4", "copy/哈希表_copy.mp4")

7.3.5 复制目录 ​

shutil库的copytree()是官方推荐的方法，能递归复制目录下的所有内容，还能保留文件元数据，无需自己写递归逻辑，简单又高效。

python
import shutil

shutil.copytree("documents","documents_copy")

7.4 其他常用函数 ​

函数说明
file.seek(offset[,from])移动偏移量并返回新的绝对位置。 offset：移动的字节数，如果是负数表示从倒数第几位开始。 from：从哪个位置开始移动；0为开头，1为当前位置，2为末尾。from不为0时需使用'b'二进制模式打开文件。
file.tell()返回当前偏移量
file.truncate([size])从开头开始截断文件为size个字符，无size表示从当前位置截断。windows系统下的换行大小2个字符
file.writelines(seq)将序列中字符串写入文件，需要自己加入换行符
file.readable()如果可以读取文件则返回True
file.writeable()如果可以写入文件则返回True
file.seekable()如果文件支持随机访问则返回True
os.rename(old,new)重命名文件
os.remove(file)删除文件
os.mkdir(dir)创建目录，不支持递归创建
os.makedirs(dir)递归创建目录
os.getcwd()获取当前路径
os.chdir(dir)进入指定目录
os.listdir(dir)获取目录下文件和目录列表
os.rmdir(dir)删除空目录
os.removedirs(dir)递归删除空目录
os.path.abspath(path)将相对路径转换为绝对路径
os.path.basename(path)获取路径中的文件名部分
os.path.dirname(path)获取路径中的目录部分
os.path.join(*paths)拼接多个路径，自动处理路径分隔符
os.path.split(path)将路径分割为目录和文件名的元组
os.path.splitext(path)将路径分割为文件名和扩展名的元组
os.path.exists(path)判断路径是否存在
os.path.isfile(path)判断路径是否为文件
os.path.isdir(path)判断路径是否为目录
os.path.getsize(path)获取文件的大小，以字节为单位
os.path.getatime(path)获取文件的最后访问时间
os.path.getmtime(path)获取文件的最后修改时间

7.4.1 获取文件或目录属性 ​

python
"""
    演示获取文件或目录信息
"""
import os.path
import time

print("test.txt文件大小：", os.path.getsize("documents/test.txt"))
print("test.txt文件创建时间：", os.path.getctime("documents/test.txt"))
print("test.txt文件最后访问时间：", os.path.getatime("documents/test.txt"))
print("test.txt文件最后修改时间：", os.path.getmtime("documents/test.txt"))
mtime = time.localtime(os.path.getmtime("documents/test.txt"))
print("test.txt文件最后修改时间：", time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", mtime))

print("test.txt文件是否是文件：", os.path.isfile("documents/test.txt"))
print("test.txt文件是否是目录：", os.path.isdir("documents/test.txt"))
print("test.txt文件是否存在：", os.path.exists("documents/test.txt"))

print("文件名：", os.path.basename("documents/test.txt"))
print("文件所在目录名：", os.path.dirname("documents/test.txt"))
print("文件绝对路径：", os.path.abspath("documents/test.txt"))

tuple_result = os.path.split("documents/test.txt")
print("文件所在目录名：", tuple_result[0])
print("文件名：", tuple_result[1])
print("文件名（不带扩展名）：", os.path.splitext(tuple_result[1])[0])

7.4.2 操作目录 ​

1、获取当前工作目录 ​

python
import os

current_working_directory = os.getcwd()
print("当前工作目录：", current_working_directory)

2、切换目录 ​

python
import os

print("获取当前工作目录：", os.getcwd())

os.chdir("..")
print("切换工作目录：", os.getcwd())

3、创建目录 ​

python
import os

if not os.path.exists("code"):
    os.mkdir("code")
    print("创建目录code成功")

if not os.path.exists("code/python/section/one"):
    os.makedirs("code/python/section/one")
    print("创建目录code/python/section/one成功")

4、重命名目录 ​

python
import os

os.rename("code","python_code")
print("重命名code为python_code成功")

5、遍历目录 ​

  • os.listdir：不递归遍历子目录

  • os.walk：递归遍历子目录

    python
    # 返回一个3元组(dirpath文件夹路径, dirnames文件夹名字, filenames文件名)
os.walk(
    top,  # 要遍历的目录
    topdown=True,  # 可选，默认为True:自顶向下，False:自底向上
    onerror=None,  # 可选，指定遍历过程中发生异常时的处理函数，用于捕获 / 处理遍历错误（如权限不足、文件被占用）
    followlinks=False,  # 可选，控制是否跟随目录的软链接 / 快捷方式进行递归遍历（Python3.5 + 正式支持）
)

示例代码：

python
# 1、不递归遍历子目录
print("遍历当前目录下的所有文件和目录（不递归）：")
project_dir = os.path.dirname(os.getcwd())
for s in os.listdir(project_dir):
    print(s)
print()
python
# 2、递归遍历子目录
print("遍历当前目录下的所有文件和目录（递归）：")
current_dir = os.getcwd()
for root, dirs, files in os.walk(current_dir):
    print("当前目录：",root)
    print("当前目录的子目录：",dirs)
    print("当前目录下的子文件：",files)
    print("-" * 20)

6、删除目录 ​

  • os.rmdir：删除一级空目录
  • os.removedirs：删除多级空目录
  • shutil.rmtree：递归删除非空目录（谨慎使用）
python
import os
import shutil

# 删除一级空目录
one_dir = "./python_code/python/section/one"
if os.path.exists(one_dir):
    os.rmdir(one_dir)

# 依次删除多级空目录
dirs = "./python_code/python/section"
if os.path.exists(dirs):
    os.removedirs(dirs)
    # section是空目录，删除
    # python是空目录，删除
    # python_code是空目录，删除

copy_dir = "./copy"
if os.path.exists(copy_dir):
#      os.rmdir(copy_dir) # 报错，因为copy_dir不是空目录
    shutil.rmtree(copy_dir) # 删除目录及其子目录，请谨慎使用，删除后不在回收站

7.4.3 操作文件 ​

1、创建文件 ​

python
# 创建文件
open("documents/test1.txt", "w").close()

2、重命名文件 ​

python
# 重命名文件
os.rename("documents/test1.txt", "documents/test2.txt")

3、删除文件 ​

python
# 删除文件
os.remove("documents/test2.txt")

7.4.4 获取目录大小 ​

python
import os

# 定义函数：递归统计目录大小
def get_dir_size(path):
    if not os.path.exists(path):
        return 0
    if os.path.isfile(path):
        return os.path.getsize(path)
    total_size = 0
    for inner_sub in os.listdir(path):
        sub_path = os.path.join(path, inner_sub)
        total_size += get_dir_size(sub_path)
    return total_size
# 调用函数
print("documents目录大小：", get_dir_size('./documents'), "字节")

# 使用os.walk+生成器 ：获取目录大小
# total_size = sum(os.path.getsize(os.path.join(r, f)) for r, _, fs in os.walk(r"documents") for f in fs if not os.path.islink(os.path.join(r, f)))
# print(f"目录总大小：{total_size} 字节")

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