Python3 文件操作详解

《Python3 文件操作详解》

文件操作是编程中不可或缺的基础技能，Python3 作为一门简洁高效的编程语言，提供了丰富的文件处理功能。无论是读取日志文件、写入配置文件，还是处理二进制数据，Python 都能通过内置模块和简单语法实现。本文将系统讲解 Python3 的文件操作，涵盖文件打开与关闭、读写模式、路径处理、异常处理等核心内容，帮助读者掌握文件操作的完整流程。

一、文件打开与关闭

在 Python 中，文件操作的第一步是使用 open() 函数打开文件。该函数的基本语法如下：

file_object = open(file_path, mode='r', encoding=None)

参数说明：

• file_path：文件路径，可以是相对路径或绝对路径。
• mode：打开模式，默认为只读模式 'r'。
• encoding：指定文件编码，如 'utf-8'，避免中文乱码。

打开文件后，必须显式关闭文件以释放资源。推荐使用 with 语句自动管理文件关闭：

with open('example.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
    content = f.read()
# 离开 with 块后，文件自动关闭

若未使用 with，需手动调用 close()：

f = open('example.txt', 'r')
try:
    content = f.read()
finally:
    f.close()  # 确保文件关闭

二、文件读写模式

Python 支持多种文件打开模式，常见模式如下：

模式	描述
'r'	只读模式（默认），文件必须存在。
'w'	写入模式，覆盖原有内容；文件不存在则创建。
'a'	追加模式，在文件末尾添加内容；文件不存在则创建。
'x'	独占创建模式，文件已存在则报错。
'b'	二进制模式，与 'r'/'w'/'a' 组合使用（如 'rb'）。
't'	文本模式（默认），与 'r'/'w'/'a' 组合使用。

示例：写入文件

with open('output.txt', 'w', encoding='utf-8') as f:
    f.write('Hello, Python!\n')
    f.write('这是第二行。')

示例：追加内容

with open('output.txt', 'a', encoding='utf-8') as f:
    f.write('\n追加的内容。')

三、文件读取方法

Python 提供了多种读取文件的方法，适用于不同场景：

1. 读取全部内容

with open('example.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
    content = f.read()  # 返回字符串（文本模式）或字节（二进制模式）

2. 逐行读取

方法一：使用 readline()

with open('example.txt', 'r') as f:
    while True:
        line = f.readline()
        if not line:
            break
        print(line.strip())  # 去除行尾换行符

方法二：直接迭代文件对象（更高效）

with open('example.txt', 'r') as f:
    for line in f:
        print(line.strip())

3. 读取所有行到列表

with open('example.txt', 'r') as f:
    lines = f.readlines()  # 返回包含所有行的列表

四、文件路径处理

文件路径操作需注意跨平台兼容性。Python 的 os.path 模块提供了跨平台的路径处理方法：

import os

# 拼接路径
file_path = os.path.join('folder', 'subfolder', 'file.txt')

# 获取当前工作目录
current_dir = os.getcwd()

# 检查路径是否存在
if os.path.exists(file_path):
    print('文件存在')

# 分离文件名和目录
dir_name, file_name = os.path.split(file_path)

Python 3.4+ 推荐使用 pathlib 模块（面向对象路径处理）：

from pathlib import Path

file_path = Path('folder') / 'subfolder' / 'file.txt'
if file_path.exists():
    print('文件存在')

五、二进制文件操作

处理图片、音频等二进制文件时，需使用二进制模式（'b'）：

# 复制图片文件
with open('source.jpg', 'rb') as src, open('copy.jpg', 'wb') as dst:
    dst.write(src.read())

六、文件编码与异常处理

文本文件需指定编码，否则可能因编码不匹配报错：

try:
    with open('example.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
        content = f.read()
except FileNotFoundError:
    print('文件不存在')
except UnicodeDecodeError:
    print('编码错误，请尝试其他编码（如 gbk）')

常用异常类型：

• FileNotFoundError：文件不存在。
• PermissionError：无文件操作权限。
• IsADirectoryError：操作对象是目录而非文件。

七、高级文件操作

1. 临时文件

使用 tempfile 模块创建临时文件：

import tempfile

with tempfile.NamedTemporaryFile(mode='w+', delete=True) as tmp:
    tmp.write('临时内容')
    tmp.seek(0)  # 移动指针到开头
    print(tmp.read())  # 输出: 临时内容

2. 文件压缩与解压

使用 zipfile 模块处理 ZIP 文件：

import zipfile

# 创建 ZIP 文件
with zipfile.ZipFile('archive.zip', 'w') as zipf:
    zipf.write('file1.txt')
    zipf.write('file2.txt')

# 解压 ZIP 文件
with zipfile.ZipFile('archive.zip', 'r') as zipf:
    zipf.extractall('extracted_files')

3. CSV 文件操作

使用 csv 模块读写 CSV 文件：

import csv

# 写入 CSV
data = [['Name', 'Age'], ['Alice', 25], ['Bob', 30]]
with open('data.csv', 'w', newline='', encoding='utf-8') as f:
    writer = csv.writer(f)
    writer.writerows(data)

# 读取 CSV
with open('data.csv', 'r', encoding='utf-8') as f:
    reader = csv.reader(f)
    for row in reader:
        print(row)

八、性能优化技巧

1. 大文件分块读取：避免内存不足

chunk_size = 1024 * 1024  # 1MB
with open('large_file.txt', 'r') as f:
    while True:
        chunk = f.read(chunk_size)
        if not chunk:
            break
        process(chunk)  # 处理分块数据

2. 缓冲写入：减少磁盘 I/O 次数

with open('output.txt', 'w', buffering=1024*1024) as f:  # 设置缓冲区大小
    for i in range(10000):
        f.write(f'Line {i}\n')

九、常见问题与解决方案

1. **中文乱码**：指定正确的编码（如 encoding='utf-8' 或 encoding='gbk'）。

2. **文件未关闭**：始终使用 with 语句或 try-finally。

3. **路径错误**：使用 os.path 或 pathlib 处理路径拼接。

4. **权限不足**：检查文件权限或以管理员身份运行程序。

十、总结

Python3 的文件操作体系涵盖了从基础读写到高级处理的完整功能。通过合理选择模式、处理路径、捕获异常，可以高效完成各类文件任务。掌握本文介绍的内容后，读者能够应对日志分析、数据存储、配置管理等常见场景，为后续学习更复杂的项目（如 Web 开发、数据分析）打下坚实基础。

关键词：Python3文件操作、open函数、文件模式、路径处理、异常处理、二进制文件、CSV处理、性能优化

简介：本文系统讲解Python3文件操作，涵盖文件打开与关闭、读写模式、路径处理、异常处理、二进制文件操作、CSV处理及性能优化技巧，适合初学者和进阶开发者掌握文件处理的核心方法。