昨天，我们学习了列表推导式，掌握了Python中最优雅的数据处理方式。今天，我们将学习文件操作 — Python中读写文件的基础技能。

文件操作是编程中的核心技能，无论是读取配置文件、保存用户数据，还是处理日志文件，都离不开文件操作。

今天您将学习什么

• 文件操作的基本概念和模式
• 读取文件的多种方法
• 写入文件的技巧
• 文件路径和目录操作
• 真实世界示例：日志记录、配置管理、数据处理

什么是文件操作？

文件操作是指程序与计算机文件系统进行交互的过程，包括创建、读取、写入、修改和删除文件。

Python提供了内置的open()函数来处理文件操作，支持多种文件模式。

1. 文件操作基础

文件打开模式

# 基本语法
file = open(filename, mode)

# 常用模式
# 'r' - 读取模式（默认）
# 'w' - 写入模式（覆盖）
# 'a' - 追加模式
# 'x' - 独占创建模式
# 'b' - 二进制模式
# 't' - 文本模式（默认）

基本文件操作流程

# 1. 打开文件
file = open('example.txt', 'r')

# 2. 操作文件
content = file.read()

# 3. 关闭文件
file.close()

2. 读取文件

读取整个文件

# 方法1：基本读取
with open('example.txt', 'r', encoding='utf-8') as file:
    content = file.read()
    print(content)

# 方法2：读取为列表（按行分割）
with open('example.txt', 'r', encoding='utf-8') as file:
    lines = file.readlines()
    for line in lines:
        print(line.strip())  # strip()去除换行符

逐行读取

# 方法1：for循环
with open('example.txt', 'r', encoding='utf-8') as file:
    for line in file:
        print(line.strip())

# 方法2：readline()
with open('example.txt', 'r', encoding='utf-8') as file:
    line = file.readline()
    while line:
        print(line.strip())
        line = file.readline()

读取指定字节数

with open('example.txt', 'r', encoding='utf-8') as file:
    # 读取前100个字符
    content = file.read(100)
    print(content)

3. 写入文件

覆盖写入

# 写入模式会覆盖原文件
with open('output.txt', 'w', encoding='utf-8') as file:
    file.write("Hello, World!\n")
    file.write("This is a test file.\n")
    file.write("Python is awesome!")

print("文件写入完成！")

追加写入

# 追加模式不会覆盖原文件
with open('output.txt', 'a', encoding='utf-8') as file:
    file.write("\n\n这是追加的内容。")
    file.write("\n文件操作很有趣！")

print("内容追加完成！")

写入多行

lines = [
    "第一行内容",
    "第二行内容", 
    "第三行内容",
    "第四行内容"
]

with open('multiline.txt', 'w', encoding='utf-8') as file:
    file.writelines(line + '\n' for line in lines)

print("多行写入完成！")

4. 文件路径操作

使用os模块

import os

# 获取当前工作目录
current_dir = os.getcwd()
print(f"当前目录：{current_dir}")

# 拼接路径
file_path = os.path.join(current_dir, 'data', 'example.txt')
print(f"文件路径：{file_path}")

# 检查文件是否存在
if os.path.exists(file_path):
    print("文件存在")
else:
    print("文件不存在")

# 获取文件信息
if os.path.exists(file_path):
    file_size = os.path.getsize(file_path)
    print(f"文件大小：{file_size} 字节")

使用pathlib模块（推荐）

from pathlib import Path

# 创建Path对象
file_path = Path('data/example.txt')

# 检查文件是否存在
if file_path.exists():
    print(f"文件存在，大小：{file_path.stat().st_size} 字节")
else:
    print("文件不存在")

# 创建目录
file_path.parent.mkdir(parents=True, exist_ok=True)

# 读取文件
if file_path.exists():
    content = file_path.read_text(encoding='utf-8')
    print(content)

真实世界示例1：日志记录系统

import datetime
from pathlib import Path

class Logger:
    def __init__(self, log_file='app.log'):
        self.log_file = Path(log_file)
        self.log_file.parent.mkdir(parents=True, exist_ok=True)
    
    def log(self, message, level='INFO'):
        """记录日志"""
        timestamp = datetime.datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')
        log_entry = f"[{timestamp}] {level}: {message}\n"
        
        with open(self.log_file, 'a', encoding='utf-8') as file:
            file.write(log_entry)
    
    def read_logs(self, lines=None):
        """读取日志"""
        if not self.log_file.exists():
            return []
        
        with open(self.log_file, 'r', encoding='utf-8') as file:
            if lines:
                return file.readlines()[-lines:]
            else:
                return file.readlines()
    
    def clear_logs(self):
        """清空日志"""
        self.log_file.write_text('', encoding='utf-8')

# 使用示例
logger = Logger('logs/application.log')

# 记录一些日志
logger.log("应用程序启动")
logger.log("用户登录成功", "INFO")
logger.log("数据库连接失败", "ERROR")
logger.log("处理完成", "INFO")

# 读取最近的5行日志
recent_logs = logger.read_logs(5)
print("最近的日志：")
for log in recent_logs:
    print(log.strip())

真实世界示例2：配置管理系统

import json
from pathlib import Path

class ConfigManager:
    def __init__(self, config_file='config.json'):
        self.config_file = Path(config_file)
        self.config = self.load_config()
    
    def load_config(self):
        """加载配置文件"""
        if self.config_file.exists():
            try:
                with open(self.config_file, 'r', encoding='utf-8') as file:
                    return json.load(file)
            except json.JSONDecodeError:
                print("配置文件格式错误，使用默认配置")
                return self.get_default_config()
        else:
            print("配置文件不存在，创建默认配置")
            default_config = self.get_default_config()
            self.save_config(default_config)
            return default_config
    
    def save_config(self, config=None):
        """保存配置文件"""
        if config is None:
            config = self.config
        
        with open(self.config_file, 'w', encoding='utf-8') as file:
            json.dump(config, file, indent=2, ensure_ascii=False)
    
    def get_default_config(self):
        """获取默认配置"""
        return {
            "database": {
                "host": "localhost",
                "port": 5432,
                "name": "myapp"
            },
            "server": {
                "host": "0.0.0.0",
                "port": 8000,
                "debug": True
            },
            "features": {
                "enable_cache": True,
                "enable_logging": True
            }
        }
    
    def get(self, key, default=None):
        """获取配置值"""
        keys = key.split('.')
        value = self.config
        
        for k in keys:
            if isinstance(value, dict) and k in value:
                value = value[k]
            else:
                return default
        
        return value
    
    def set(self, key, value):
        """设置配置值"""
        keys = key.split('.')
        config = self.config
        
        for k in keys[:-1]:
            if k not in config:
                config[k] = {}
            config = config[k]
        
        config[keys[-1]] = value
        self.save_config()

# 使用示例
config = ConfigManager('myapp_config.json')

# 获取配置值
db_host = config.get('database.host', 'localhost')
server_port = config.get('server.port', 8000)
print(f"数据库主机：{db_host}")
print(f"服务器端口：{server_port}")

# 设置配置值
config.set('database.host', '192.168.1.100')
config.set('features.enable_cache', False)

print("配置已更新")

真实世界示例3：数据处理工具

import csv
from pathlib import Path

class DataProcessor:
    def __init__(self, input_file, output_file):
        self.input_file = Path(input_file)
        self.output_file = Path(output_file)
    
    def process_csv(self):
        """处理CSV文件"""
        if not self.input_file.exists():
            print(f"输入文件不存在：{self.input_file}")
            return
        
        processed_data = []
        
        # 读取CSV文件
        with open(self.input_file, 'r', encoding='utf-8', newline='') as file:
            reader = csv.DictReader(file)
            
            for row in reader:
                # 处理每一行数据
                processed_row = self.process_row(row)
                if processed_row:
                    processed_data.append(processed_row)
        
        # 写入处理后的数据
        if processed_data:
            self.write_csv(processed_data)
            print(f"处理完成，共处理 {len(processed_data)} 行数据")
    
    def process_row(self, row):
        """处理单行数据"""
        # 示例：过滤空值，转换数据类型
        processed = {}
        
        for key, value in row.items():
            if value and value.strip():  # 过滤空值
                # 尝试转换为数字
                try:
                    if '.' in value:
                        processed[key] = float(value)
                    else:
                        processed[key] = int(value)
                except ValueError:
                    processed[key] = value.strip()
        
        return processed if processed else None
    
    def write_csv(self, data):
        """写入CSV文件"""
        if not data:
            return
        
        # 确保输出目录存在
        self.output_file.parent.mkdir(parents=True, exist_ok=True)
        
        # 获取字段名
        fieldnames = data[0].keys()
        
        with open(self.output_file, 'w', encoding='utf-8', newline='') as file:
            writer = csv.DictWriter(file, fieldnames=fieldnames)
            writer.writeheader()
            writer.writerows(data)

# 创建示例CSV文件
def create_sample_csv():
    sample_data = [
        {'name': 'Alice', 'age': '25', 'score': '85.5'},
        {'name': 'Bob', 'age': '30', 'score': '92.0'},
        {'name': 'Charlie', 'age': '', 'score': '78.5'},
        {'name': 'David', 'age': '28', 'score': '88.0'}
    ]
    
    with open('sample_data.csv', 'w', encoding='utf-8', newline='') as file:
        writer = csv.DictWriter(file, fieldnames=['name', 'age', 'score'])
        writer.writeheader()
        writer.writerows(sample_data)
    
    print("示例CSV文件已创建")

# 使用示例
create_sample_csv()
processor = DataProcessor('sample_data.csv', 'processed_data.csv')
processor.process_csv()

文件操作的最佳实践

推荐做法：

• 使用with语句自动管理文件
• 指定正确的编码格式
• 使用pathlib处理路径
• 适当处理文件异常

避免的做法：

• 忘记关闭文件
• 不处理文件不存在的情况
• 使用硬编码的文件路径
• 忽略编码问题

文件操作的高级技巧

二进制文件操作

# 复制文件
def copy_file(source, destination):
    with open(source, 'rb') as src:
        with open(destination, 'wb') as dst:
            dst.write(src.read())

# 读取图片文件信息
def get_file_info(file_path):
    with open(file_path, 'rb') as file:
        content = file.read()
        return {
            'size': len(content),
            'first_bytes': content[:10]
        }

临时文件操作

import tempfile
import os

# 创建临时文件
with tempfile.NamedTemporaryFile(mode='w', delete=False) as temp_file:
    temp_file.write("临时数据")
    temp_path = temp_file.name

# 使用临时文件
print(f"临时文件路径：{temp_path}")

# 清理临时文件
os.unlink(temp_path)

回顾

今天您学习了：

• 文件操作的基本概念和模式
• 读取文件的多种方法
• 写入文件的技巧
• 文件路径和目录操作
• 真实世界应用：日志记录、配置管理、数据处理

文件操作是Python编程中的基础技能，掌握这些知识将让您能够处理各种文件相关的任务！