Python提供了多个强大的内置模块用于文件和系统操作，下面我将详细介绍最常用的几个模块及其核心功能。

1.os模块 - 操作系统交互

os模块提供了与操作系统交互的接口，包括文件/目录操作、进程管理、环境变量等。

常用功能

文件和目录操作

import os
# 获取当前工作目录
current_dir = os.getcwd()
# 改变当前工作目录
os.chdir('/path/to/directory')
# 列出目录内容
files = os.listdir('.') # 返回当前目录下的文件和子目录列表
# 创建目录
os.mkdir('new_dir') # 创建单个目录
os.makedirs('path/to/new_dir') # 递归创建多级目录
# 删除目录或文件
os.remove('file.txt') # 删除文件
os.rmdir('empty_dir') # 删除空目录
os.removedirs('path/to/empty_dir') # 递归删除空目录
# 重命名文件或目录
os.rename('old.txt', 'new.txt')
# 获取文件/目录信息
file_stat = os.stat('file.txt') # 返回包含文件大小、修改时间等信息的对象
file_size = file_stat.st_size # 文件大小(字节)
mod_time = file_stat.st_mtime # 最后修改时间(时间戳)

路径操作

# 路径拼接(跨平台兼容)
full_path = os.path.join('dir', 'subdir', 'file.txt')

# 路径拆分
dirname, filename = os.path.split('/path/to/file.txt')
basename = os.path.basename('/path/to/file.txt')  # 'file.txt'
dirname = os.path.dirname('/path/to/file.txt')    # '/path/to'

# 获取绝对路径
abs_path = os.path.abspath('relative/path')

# 检查路径是否存在
exists = os.path.exists('/path/to/file')

# 检查是否是文件或目录
is_file = os.path.isfile('/path/to/file')
is_dir = os.path.isdir('/path/to/dir')

# 获取文件扩展名
ext = os.path.splitext('file.txt')[1]  # '.txt'

系统信息

# 获取环境变量
home_dir = os.environ['HOME']

# 执行系统命令(不推荐，建议用subprocess)
os.system('ls -l')

# 获取当前进程ID
pid = os.getpid()

2.sys模块 - 系统相关功能

sys模块提供与Python解释器和系统环境交互的功能。

常用功能

import sys

# 命令行参数
args = sys.argv  # 第一个参数是脚本名，后面是传入的参数

# 标准输入/输出/错误
sys.stdout.write('Hello\n')  # 等同于print()
sys.stderr.write('Error message\n')

# 退出程序
sys.exit(0)  # 0表示成功，非0表示错误

# Python模块搜索路径
print(sys.path)  # 可以修改此列表来添加模块搜索路径

# Python版本信息
print(sys.version)
print(sys.platform)  # 操作系统平台，如'linux', 'win32', 'darwin'(Mac)

3.pathlib模块(Python 3.4+) - 面向对象的路径操作

pathlib提供了更直观、面向对象的路径操作方式。

基本用法

from pathlib import Path

# 创建Path对象
p = Path('/path/to/file.txt')

# 获取路径各部分
print(p.parent)    # 父目录
print(p.name)      # 文件名(含扩展名)
print(p.stem)      # 文件名(不含扩展名)
print(p.suffix)    # 扩展名

# 路径拼接
new_path = p.parent / 'new_file.txt'

# 文件操作
p.exists()         # 检查是否存在
p.is_file()        # 是否是文件
p.is_dir()         # 是否是目录

# 读写文件
content = p.read_text()  # 读取文本
p.write_text('Hello')    # 写入文本

# 目录操作
dir_p = Path('mydir')
dir_p.mkdir(exist_ok=True)  # 创建目录，exist_ok=True避免目录已存在时报错

# 遍历目录
for file in dir_p.iterdir():  # 遍历目录内容
    print(file)

# 递归查找文件
for py_file in dir_p.rglob('*.py'):  # 递归查找所有.py文件
    print(py_file)

4.shutil模块 - 高级文件操作

shutil模块提供了对文件和目录的高级操作，如复制、移动、归档等。

常用功能

import shutil

# 复制文件
shutil.copy('src.txt', 'dst.txt')  # 复制文件内容
shutil.copy2('src.txt', 'dst.txt') # 复制文件内容和元数据(如修改时间)

# 复制目录
shutil.copytree('src_dir', 'dst_dir')  # 递归复制整个目录树

# 移动文件/目录
shutil.move('src.txt', 'dst.txt')  # 可以用于重命名

# 删除目录树
shutil.rmtree('dir_to_remove')  # 删除目录及其所有内容

# 归档操作
shutil.make_archive('backup', 'zip', 'dir_to_archive')  # 创建zip归档
shutil.unpack_archive('backup.zip', 'extract_to')  # 解压归档

# 磁盘空间信息(Unix-like系统)
total, used, free = shutil.disk_usage('/')  # 返回字节数

5.glob模块 - 文件模式匹配

glob模块用于查找符合特定模式的文件路径。

import glob

# 查找当前目录下所有.py文件
py_files = glob.glob('*.py')

# 递归查找所有子目录中的.py文件
all_py_files = glob.glob('**/*.py', recursive=True)

# 使用iglob获取迭代器(节省内存)
for py_file in glob.iglob('*.py'):
    print(py_file)

6.tempfile模块 - 临时文件和目录

import tempfile

# 创建临时文件
with tempfile.NamedTemporaryFile(delete=False) as tmp:
    tmp.write(b'Hello')  # 写入内容
    tmp_path = tmp.name  # 获取临时文件路径

# 创建临时目录
with tempfile.TemporaryDirectory() as tmpdir:
    print(f'临时目录: {tmpdir}')
    # 目录会在with块结束后自动删除

最佳实践建议

1. 路径处理：
2. 新项目优先使用pathlib，它更现代、更安全
3. 需要兼容旧版Python时使用os.path
4. 文件操作：
5. 使用with语句确保文件正确关闭
6. 大文件操作时考虑使用迭代方式避免内存问题
7. 跨平台兼容：
8. 使用os.path.join()或pathlib的路径拼接
9. 避免硬编码路径分隔符(/或\)
10. 错误处理：
11. 文件操作时总是处理可能的异常(如FileNotFoundError, PermissionError)

这些模块的组合使用可以满足绝大多数文件和系统操作需求，从简单的文件读写到复杂的目录遍历和系统管理任务。

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