Python I/O（读写）详解 [文件路径][绝对路径][相对路径][打开指定文件][读写文件][关闭指定文件]

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1 Python 文件路径

1.1 文件路径概述

程序运行，数据传递，数据都是暂时存储在变量、序列以及对象中的，程序结束，数据就丢失了。

为了在程序结束后数据仍然存在，就需要将数据保存到文件中。

Python 提供了内置的文件对象，以及对文件、目录（文件夹）进行操作的内置模块，通过这些支持就可以很方便地将数据保存到文件中了。

文件的两个属性，如下所示，

• 文件名：为文件定义的名称。
• 路径：用来指明文件在计算机上的位置。在 Windows 上，路径书写使用反斜杠 \ 作为文件夹之间的分隔符。例如，D:\Data\demo，这个路径中 D:\ 表示根文件夹，根文件夹包含所有其他文件夹，根文件夹也可叫做“D 盘”。

1.2 绝对路径和相对路径

路径是用来指明一个文件在计算机上的位置，文件的路径有以下两种表示方式，

• 绝对路径：总是从根文件夹开始，Windows 系统中是以盘符（例如C：、D：等）作为根文件夹。
• 相对路径：指的是文件（要查找的文件 A）相对于当前工作目录（当前操作的文件 B 所在的目录）所在的位置。例如：如果文件 A 在当前工作目录中，文件 A 路径为文件名.扩展名；如果文件 A 在当前工作目录的下一级，文件路径为下级目录名\文件名.扩展名，以此类推；如果文件在当前工作目录的上一级目录中，文件路径为..\文件名.扩展名，以此类推，每多一级目录多加一个 ..\。

2 Python 文件的基本操作

2.1 文件基本操作概述

Python 中，对文件的操作有很多种，常见的基本操作有作用于文件本身的，例如创建文件、删除文件、修改文件权限等；也有作用于文件内容的，例如对文件进行读写操作等。

• 对文件本身的操作：对文件本身的操作功能比较单一，实现较简单，Python 给予了很好的支持，有专用模块（例如 os、sys 等），并调用模块中的指定函数就可以实现。请参见博文《Python os 模块详解》。更新中 …
• 对文件内容的操作，通常需要按照固定的步骤进行操作，具体步骤如下所示，
  第一步，打开文件：使用 open() 函数，该函数会返回一个文件对象；
  第二步，对已打开文件做读/写操作：读取文件内容可使用 read()、readline() 以及 readlines() 函数；向文件中写入内容，可以使用 write() 函数。
  第三步，关闭文件：对文件的读/写操作完成之后，需要关闭文件，可以使用 close() 函数。

2.2 打开指定文件

在 Python 中，操作文件首先需要创建或者打开指定的文件，并创建一个文件对象，可以通过 Python 的内置函数 open() 实现。

使用格式如下所示：

file = open(file_name, mode='r', buffering=-1, encoding=None, errors=None, newline=None, closefd=True, opener=None)

对以上格式说明（参考 python-3.8.2-docs），

• 返回值：open() 函数用于创建或打开指定文件，返回一个文件对象。

• file：是变量名，会把 open() 函数返回的文件对象赋值给这个变量。

• file_name：是文件名称，要创建或打开的文件名称。此参数接收一个字符串参数，意指要把文件名用引号（单引号或双引号）括起来。

• mode：可选参数，用于指定文件的打开模式。可选的打开模式有很多，常用参数值如下表所示（仅供参考，以具体效果为准）。如果不写，则默认为 r 模式打开文件，即只读模式打开文件。

  字符	意义
  ‘r’	操作的文件必须存在。读取（默认），只读模式打开文件
  ‘rb’	操作的文件必须存在。以二进制格式、采用只读模式打开文件，通常用于非文本文件
  ‘w’	若文件存在，会清空其原有内容（覆盖文件）；若文件不存在，则创建新文件。以只写模式打开文件
  ‘wb’	若文件存在，会清空其原有内容（覆盖文件）；若文件不存在，则创建新文件。以二进制格式、只写模式打开文件，通常用于非文本文件
  ‘x’	排它性创建，如果文件已存在则失败
  ‘a’	只写，如果文件存在则在末尾追加；如果文件不存在，则创建新文件
  ‘b’	二进制模式
  ‘t’	文本模式（默认）
  ‘+’	打开用于更新（读取与写入）

• buffering：可选参数，对文件做读写操作时，是否使用缓冲区（建议打开缓冲区）。如果 buffing 参数的值为 0（或者 False），则表示在打开指定文件时不使用缓冲区；如果 buffing 参数值为大于 1 的整数，该整数用于指定缓冲区的大小（单位是字节）；如果 buffing 参数的值为负数，则代表使用默认的缓冲区大小。对于以文本格式打开的文件，必须使用缓冲区，否则 Python 解释器会报 ValueError 错误。以二进制格式打开的文件，可以不使用缓冲区，写入的数据会直接进入磁盘文件

• encoding：是用于解码或编码文件的编码的名称。指的是手动设置打开文件时所使用的编码格式。不同平台的 ecoding 参数值也不同，以 Windows 为例，其默认为 cp936（实际上就是 GBK 编码）。手动修改 encoding 参数的值，仅限于文件以文本的形式打开，也就是说，以二进制格式打开时，不能对 encoding 参数的值做任何修改，否则程序会抛出 ValueError 异常。

• errors：是一个可选的字符串参数，用于指定如何处理编码和解码错误，不能在二进制模式下使用。可以使用各种标准错误处理程序，但是使用 codecs.register_error() 注册的任何错误处理名称也是有效的。标准名称包括:
  （1）如果存在编码错误，‘strict’ 会引发 ValueError 异常。 默认值 None 具有相同的效果。
  （2）‘ignore’ 忽略错误。请注意，忽略编码错误可能会导致数据丢失。
  （3）‘replace’ 会将替换标记（例如 ‘?’ ）插入有错误数据的地方。
  （4）‘surrogateescape’ 将表示任何不正确的字节作为 Unicode 专用区中的代码点，范围从U+DC80到U+DCFF。当在写入数据时使用 surrogateescape 错误处理程序时，这些私有代码点将被转回到相同的字节中。这对于处理未知编码的文件很有用。
  （6）只有在写入文件时才支持 ‘xmlcharrefreplace’。编码不支持的字符将替换为相应的 XML 字符引用 &#nnn;。
  （7）‘backslashreplace’ 用 Python 的反向转义序列替换格式错误的数据。
  （8）‘namereplace’ （也只在编写时支持）用 \N{...} 转义序列替换不支持的字符。

• newline： 控制 universal newlines 模式如何生效（它仅适用于文本模式）。它可以是 None，''，\n，\r 和 \r\n。它的工作原理:
  （1）从流中读取输入时，如果 newline 为 None，则启用通用换行模式。输入中的行可以以 \n，\r 或 \r\n 结尾，这些行被翻译成 \n 在返回呼叫者之前。如果它是 ''，则启用通用换行模式，但行结尾将返回给调用者未翻译。如果它具有任何其他合法值，则输入行仅由给定字符串终止，并且行结尾将返回给未调用的调用者。
  （2）将输出写入流时，如果 newline 为 None，则写入的任何 \n 字符都将转换为系统默认行分隔符 os.linesep。如果 newline 是 '' 或 \n，则不进行翻译。如果 newline 是任何其他合法值，则写入的任何 \n 字符将被转换为给定的字符串。

• closefd：如果 closefd 是 False 并且给出了文件描述符而不是文件名，那么当文件关闭时，底层文件描述符将保持打开状态。如果给出文件名则 closefd 必须为 True （默认值），否则将引发错误。

• opener：可以通过传递可调用的 opener 来使用自定义开启器。然后通过使用参数（ file，flags ）调用 opener 获得文件对象的基础文件描述符。 opener 必须返回一个打开的文件描述符（使用 os.open as opener 时与传递 None 的效果相同）。

举例如下图所示：

例一，输出了 file 文件对象的相关信息，包括打开文件的名称、打开模式、打开文件时所使用的编码格式。

例二，open() 文件对象的常用属性

成功打开文件之后，可以调用文件对象本身拥有的属性获取当前文件的部分信息，其常见的属性为：

• name：返回文件的名称。
• mode：返回打开文件时，采用的文件打开模式。
• encoding：返回打开文件时使用的编码格式。
• closed：判断文件是否己经关闭。

举例如下图所示：

注意：使用 open() 函数打开的文件对象，必须手动进行关闭（在 2.4 小节 关闭指定文件，会介绍），Python 垃圾回收机制无法自动回收打开文件所占用的资源。

2.3 对文件做 I/O (读写)操作

（1）读取文件中的数据。

Python read() 函数：逐个字节或者字符读取文件中的内容

使用 read() 函数读取文件内容，除了严格遵守 read() 的语法外，其还要求 open() 函数必须以可读默认（包括 r、r+、rb、rb+）打开文件。

• 对于文件是以文本模式（非二进制模式）打开的，则 read() 函数会逐个字符进行读取。
• 对于文件以二进制模式打开的，则 read() 函数会逐个字节进行读取。

注意：当操作文件结束后，必须调用 close() 函数手动将打开的文件进行关闭，这样可以避免程序发生不必要的错误。

使用 read() 函数的基本语法格式如下所示：

file.read([size])

对以上格式说明，

• file：变量名，open() 函数的返回值（文件对象）会赋值给它。
• size：可选参数，用于指定一次最多可读取的字符（字节）个数，如果省略，则默认一次性读取所有内容。

举例如下所示：

例一，
创建一个 test.txt 文本文件，内容如下所示：

码农阿杰

在与 test.txt 文件同目录下创建 demo.py Python 文件，如下图所示：

我用的 PyCharm 工具，默认编码格式为 UTF-8 。

例二，
使用 size 参数，指定 read() 每次可读取的最大字符（或者字节）数。
创建一个 test.txt 文本文件，内容如下所示：

码农阿杰

在与 test.txt 文件同目录下创建 demo.py Python 文件，如下图所示：

例三，
对于以二进制格式打开的文件，read() 函数会逐个字节读取文件中的内容。

如果输出到控制台的话，数据为 bytes 字节序列。我们可以调用 decode() 方法，将其转换成我们认识的字符串。对于字节序列，可参见博文《Python 二进制序列（字节序列）类型之一：bytes 》。

创建一个 test.txt 文本文件，内容如下所示：

码农阿杰

在与 test.txt 文件同目录下创建 demo.py Python 文件，如下图所示：

Python readline() 函数：逐行读取文件中的内容

readline() 函数用于读取文件中的一行，包含最后的换行符\n。

使用 open() 函数指定打开文件的模式必须为可读模式（包括 r、rb、r+、rb+ 4 种），否则此函数无法成功读取文件数据。

使用此函数的基本语法格式如下所示：

file.readline([size])

对以上格式说明，

• file：表示文件对象。
• size：为可选参数，用于指定读取每一行时，一次最多读取的字符（字节）数。

举例如下所示：

例一，
创建一个 test.txt 文本文件，内容如下所示：

码农阿杰
https://blog.csdn.net/manongajie

在与 test.txt 文件同目录下创建 demo.py Python 文件，如下图所示：

例二，
使用 size 参数，指定 readline() 每次可读取的最大字符（或者字节）数。
创建一个 test.txt 文本文件，内容如下所示：

码农阿杰
https://blog.csdn.net/manongajie

在与 test.txt 文件同目录下创建 demo.py Python 文件，如下图所示：

Python readlines() 函数：一次性读取文件中多行内容

readlines() 函数用于读取文件中的所有行，返回的是一个字符串列表，其中每个元素为文件中的一行内容。

readlines() 函数在读取每一行时，会连同行尾的换行符 \n 一起读取。

要想成功读取文件中的数据，打开文件的模式必须为可读模式（包括 r、rb、r+、rb+ 4 种）。

使用 readlines() 函数的基本语法格式如下所示：

file.readlines()

对以上格式说明，

• file：表示文件对象。

举例如下所示：

创建一个 test.txt 文本文件，内容如下所示：

码农阿杰
https://blog.csdn.net/manongajie

在与 test.txt 文件同目录下创建 demo.py Python 文件，如下图所示：

（2）向文件中写入数据

Python write() 函数

Python 文件对象（open() 函数的返回值）提供了 write() 函数，可以向文件中写入指定内容。

在使用 write() 函数向文件中写入数据时，要保证使用 open() 函数是以 r+、w、w+、a 或 a+ 的模式打开文件，否则执行 write() 函数会抛出 io.UnsupportedOperation 错误。

使用语法格式如下所示：

file.write(string)

对以上语法格式说明，

• file：变量名，已打开的文件对象会赋值给它。
• string： 表示要写入文件的字符串。注意：写入二进制文件的是字节序列。

举例如下所示：

创建一个 test.txt 文件，该文件内容如下所示：

码农阿杰

然后，在和 test.txt 文件同级目录下，创建一个 demo.py 文件，内容如下图所示：

再打开 test.txt 文件，看到的内容如下所示：

大帅哥

因为，如果打开文件模式为 w（写入），那么向文件中写入内容时，会先清空原文件中的内容，然后再写入新的内容。
如果打开文件模式为 a（追加），则不会清空原有内容，而是将新写入的内容追加到原内容后边。就不再举例了，读者可以根据上例自己去修改一下。

Python writelines() 函数

Python 文件对象提供的 writelines() 函数，可以实现将字符串列表写入文件中。

举例如下所示：

创建一个 test.txt 文件，该文件内容如下所示：

大帅哥

然后，在和 test.txt 文件同级目录下，创建一个 demo.py 文件，内容如下图所示：

再打开 test.txt 文件，看到的内容如下所示：

码农阿杰
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2.4 关闭指定文件

close() 函数是专门用来关闭已打开文件对象的。

语法格式如下所示：

file.close()

对以上格式说明，

• file：表示已打开的文件对象。

使用 open() 函数打开的文件，在操作完成之后，一定要调用 close() 函数将其关闭，否则程序的运行可能出现问题。

举例如下所示：

创建一个 test.txt 文本文件，内容如下所示：

码农阿杰

并在同级目录中创建 demo.py Python 文件，内容如下图所示：

从上面的运行结果可以看出，报错了，是因为使用 open() 函数打开了 test.txt 文件，但没有及时关闭，直接导致后面的 remove() 函数运行出现错误。

使用 open() 函数打开 test.txt 文件，并及时关闭，如下图所示：

从运行结果看，没有报错，并且 test.txt 文件也被删除了。

【友情链接】

微信公众号：码农阿杰

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【参考资料】

Python 官网

Python 3.8.2 documentation