python/20-24/06file.py

# 概述
# Python 提供了丰富的内置函数和方法来处理文件，支持文本文件、二进制文件、CSV、JSON 等多种格式的读写操作。掌握文件操作是 Python 编程的重要技能。

# 2.核心概念
# 文件对象：通过 open() 函数创建，用于文件读写操作
# 文件模式：指定文件的打开方式（读取、写入、追加等）
# 编码：处理文本文件时指定字符编码，避免乱码
# 上下文管理：使用 with 语句自动管理文件资源

# 打开文件
# 3.1.基本语法
# 使用 open() 函数打开文件，返回文件对象用于后续操作：
# file = open(file, mode='r', encoding=None)
# 参数说明：
# file：文件路径（字符串），可以是相对路径或绝对路径
# mode：打开模式（字符串），默认为 'r'（只读）
# encoding：字符编码（字符串），文本文件推荐使用 'utf-8'
# 模式	    描述	            说明
# 'r'	        只读（默认）	     文件必须存在，否则报错
# 'w'	        写入	            覆盖已有文件，不存在则创建
# 'a'	        追加	            在文件末尾添加内容，不存在则创建
# 'x'	        创建	            创建新文件，已存在则失败
# 'b'	        二进制	            与上述模式组合使用（如 'rb', 'wb'）
# 't'	        文本（默认）	     文本模式，处理字符串
# '+'	        读写	            与上述模式组合使用（如 'r+', 'w+'）
# 只读模式打开文本文件
file = open("data.txt", "r", encoding="utf-8")

# 写入模式打开文件
file = open("output.txt", "w", encoding="utf-8")

# 二进制模式打开文件
file = open("image.png", "rb")

# 4.重要注意事项
# 文件关闭：操作完成后必须关闭文件，避免资源泄露
# 编码指定：处理中文等非ASCII字符时务必指定编码
# 异常处理：文件不存在或权限不足时会抛出异常
# 推荐使用 with 语句：自动管理文件资源，更安全可靠

# 4.读取文件内容
# 4.1.读取方法概述
# Python 提供了多种读取文件内容的方法：
# 方法	                描述	            适用场景
# read()	            读取整个文件	    小文件，需要完整内容
# readline()	        读取一行	        逐行处理，大文件
# readlines()	        读取所有行到列表	需要随机访问行
# for line in file	    遍历文件对象	    推荐方式，简洁高效
# 重要注意事项
# 使用 with 语句：自动管理文件资源，避免泄露
# 大文件处理：建议逐行读取，避免内存溢出
# 编码指定：处理中文时务必指定 encoding='utf-8'
# 异常处理：文件不存在或权限不足时会抛出异常

# 读取整个文件
# 读取整个文件内容
with open("example.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
    content = file.read()
    print(content)
# 适用场景：

# 文件较小，可以一次性加载到内存
# 需要完整的文件内容进行处理
# 配置文件、小文本文件等

# 逐行读取
# 逐行读取适合处理大文件或需要按行处理内容的场景

# 方法1：使用 readline()
# 使用 readline() 逐行读取
# with open("example.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
#     line = file.readline()
#     while line:
#         print(line.strip())
#         line = file.readline()

# 方法2：使用 readlines()
# 使用 readlines() 读取所有行
with open("example.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
    lines = file.readlines()
    for line in lines:
        print(line.strip())

# 方法3：直接遍历文件对象（推荐）
# 直接遍历文件对象（推荐方式）
# with open("example.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
#     for line in file:
#         print(line.strip())
# 方法对比：

# 方法	             优点	            缺点	        适用场景
# readline()	    内存效率高	        代码较复杂	    大文件逐行处理
# readlines()	    代码简洁	        内存占用大	    小文件，需要随机访问
# for line in file	代码最简洁，效率高	    -	        推荐使用

# 读取指定字节数
# 使用 read(size) 方法可以读取指定数量的字符或字节。
# 基本用法
# 读取前100个字符
with open("example.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
    chunk = file.read(100)
    print(chunk)
# 分块读取大文件
# 分块读取大文件
with open("large_file.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
    while True:
        chunk = file.read(1000)  # 每次读取1000个字符
        if not chunk:  # 读取结束
            break
        print(chunk)
# 二进制文件读取
# 读取二进制文件
with open("image.jpg", "rb") as file:
    chunk = file.read(1024)  # 读取1024字节
    print(chunk)
# 重要说明：
# 文本模式：size 参数表示字符数
# 二进制模式：size 参数表示字节数
# 适合处理大文件，避免内存溢出
# 结合循环可以实现流式处理


# 写入文件
# 方法	        描述	        特点
# write()	        写入字符串	    不自动换行，需要手动添加 \n
# writelines()	写入字符串序列	不自动换行，需要序列中自带 \n
# 写入模式
# 覆盖写入（'w'）：清空原内容，重新写入
# 追加写入（'a'）：在文件末尾添加内容
# 创建写入（'x'）：创建新文件，已存在则失败
# 5.3.重要注意事项
# 使用 with 语句：自动管理文件资源，避免数据丢失
# 编码指定：处理中文时务必指定 encoding='utf-8'
# 换行符：写入方法不会自动添加换行符，需要手动添加
# 异常处理：权限不足或磁盘空间不够时会抛出异常

# 写入字符串
# 单独写入字符串
# 覆盖写入模式
with open("output.txt", "w", encoding="utf-8") as file:
    file.write("Hello, World!\n")
    file.write("This is a new line.\n")

# 追加写入模式
with open("output.txt", "a", encoding="utf-8") as file:
    file.write("This line is appended.\n")

# 批量写入字符串
# 准备要写入的字符串列表
lines = ["Line 1\n", "Line 2\n", "Line 3\n"]

# 使用 writelines() 批量写入
with open("output.txt", "w", encoding="utf-8") as file:
    file.writelines(lines)

# 或者使用循环写入
with open("output.txt", "w", encoding="utf-8") as file:
    for line in lines:
        file.write(line)

# 写入要点：
# 写入方法不会自动添加换行符
# 需要手动在字符串末尾添加 \n
# 使用 with 语句确保文件正确关闭
# 指定编码避免中文乱码


# 使用 with 语句（推荐）
# 基本用法
# with 语句是 Python 推荐的文件操作方式，可以自动管理文件资源：
# 使用 with 语句自动管理文件资源
with open("example.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
    content = file.read()
    print(content)
# 文件会自动关闭，无需手动调用 file.close()
# 优势
# 自动关闭：无论是否发生异常，文件都会被正确关闭
# 代码简洁：无需手动管理文件资源
# 异常安全：即使发生异常也能确保资源释放
# 推荐使用：Python 官方推荐的文件操作方式

# 对比传统方式
# 传统方式（不推荐）
file = open("example.txt", "r", encoding="utf-8")
try:
    content = file.read()
    print(content)
finally:
    file.close()  # 必须手动关闭

# with 语句（推荐）
with open("example.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
    content = file.read()
    print(content)
# 自动关闭，更简洁安全

# 文件位置操作
# 获取当前位置
# 使用 tell() 方法获取文件指针的当前位置：
with open("example.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
    print(f"初始位置: {file.tell()}")  # 0
    content = file.read(5)
    print(f"读取后位置: {file.tell()}")  # 5

# 移动文件指针
# 使用 seek() 方法移动文件指针到指定位置：
with open("example.txt", "rb") as file:
    # 移动到文件开头
    file.seek(0)
    print(f"位置: {file.tell()}")  # 0

    # 移动到第10个字节
    file.seek(10)
    print(f"位置: {file.tell()}")  # 10

    # 从当前位置向后移动5个字节
    file.seek(5, 1)
    print(f"位置: {file.tell()}")  # 15

    # 从文件末尾向前移动10个字节
    file.seek(-10, 2)
    print(f"位置: {file.tell()}")  # 文件大小-10

# seek() 参数说明
# offset：偏移量（字节为单位）
# whence：相对位置
# 0：从文件开头计算（默认）
# 1：从当前位置计算
# 2：从文件末尾计算

# 重要注意事项
# 文本模式：seek() 行为可能受编码影响，建议使用二进制模式
# 二进制模式：seek() 行为更可预测，适合精确定位
# 应用场景：断点续传、日志处理、大文件分块处理

# 文件属性检查
# 基本属性检查
# 使用 os.path 模块检查文件的基本属性：
import os

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

# 判断是文件还是目录
if os.path.isfile("demo.txt"):
    print("是文件")
if os.path.isdir("test_folder"):
    print("是目录")

# 获取文件大小
size = os.path.getsize("demo.txt")
print(f"文件大小: {size} 字节")

# 详细属性信息
# 使用 os.stat() 获取文件的详细信息：
import os
from datetime import datetime

# 获取文件详细信息
info = os.stat("demo.txt")

print(f"文件大小: {info.st_size} 字节")
print(f"创建时间: {datetime.fromtimestamp(info.st_ctime)}")
print(f"最后访问: {datetime.fromtimestamp(info.st_atime)}")
print(f"最后修改: {datetime.fromtimestamp(info.st_mtime)}")
print(f"文件权限: {oct(info.st_mode)}")


# 常用属性检查方法
# 方法	                    描述	            返回值
# os.path.exists()	        检查路径是否存在	 True/False
# os.path.isfile()	        检查是否为文件	     True/False
# os.path.isdir()	        检查是否为目录	     True/False
# os.path.getsize()	        获取文件大小	     字节数
# os.stat()	获取详细信息      stat_result         对象


# 完整实例
# 1. 创建并写入文件
with open("demo.txt", "w", encoding="utf-8") as file:
    file.write("这是第一行\n")
    file.write("这是第二行\n")
    file.write("这是第三行\n")

# 2. 读取并显示文件内容
print("文件内容:")
with open("demo.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
    for line_num, line in enumerate(file, 1):
        print(f"第{line_num}行: {line.strip()}")

# 3. 追加内容到文件
with open("demo.txt", "a", encoding="utf-8") as file:
    file.write("这是追加的内容\n")

# 4. 显示追加后的内容
print("\n追加后的内容:")
with open("demo.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
    print(file.read())


# 处理不同类型的文件
# CSV 文件
# CSV（逗号分隔值）文件是常见的表格数据格式，适合数据交换和存储。
# CSV 文件格式示例
# 姓名, 年龄, 城市
# 张三, 25, 北京
# 李四, 30, 上海

# 读写 CSV 文件
# import csv

# # 写入 CSV 文件
# with open("data.csv", "w", newline="", encoding="utf-8") as file:
#     writer = csv.writer(file)
#     writer.writerow(["姓名", "年龄", "城市"])  # 写入表头
#     writer.writerow(["张三", "25", "北京"])  # 写入数据
#     writer.writerow(["李四", "30", "上海"])

# # 读取 CSV 文件
# with open("data.csv", "r", newline="", encoding="utf-8") as file:
#     reader = csv.reader(file)
#     for row in reader:
#         print(row)
# CSV 文件特点
# 格式简单：逗号分隔字段，换行分隔记录
# 兼容性好：Excel、数据库等广泛支持
# 易于处理：Python csv 模块提供便捷操作
# 注意编码：处理中文时务必指定 utf-8 编码

# SON 文件
# JSON（JavaScript 对象表示法）是轻量级的数据交换格式，广泛用于数据存储和传输。
# JSON 文件特点
# 格式简洁：易于阅读和编写
# 跨平台：支持多种编程语言
# 结构化：支持复杂的数据结构
# 广泛应用：网络通信、配置文件等
# 读取JSON文件
import json

# 准备数据
data = {"name": "张三", "age": 25, "cities": ["北京", "上海", "广州"]}

# 写入 JSON 文件
with open("data.json", "w", encoding="utf-8") as file:
    json.dump(data, file, ensure_ascii=False, indent=4)

# 读取 JSON 文件
with open("data.json", "r", encoding="utf-8") as file:
    loaded_data = json.load(file)
    print(loaded_data)
# JSON 文件优势
# 数据完整性：保持 Python 对象的完整结构
# 可读性强：格式化后易于阅读和调试
# 兼容性好：与 Web API 和数据库无缝对接
# 类型安全：自动处理数据类型转换

# 错误处理
# 11.1.常见文件操作异常
# 文件操作中可能遇到的各种异常
# 异常类型	             描述	        常见原因
# FileNotFoundError	    文件不存在	    路径错误、文件被删除
# PermissionError	    权限不足	    文件被占用、无写入权限
# IOError	            输入输出错误	磁盘空间不足、设备错误
# UnicodeDecodeError	编码错误	    文件编码与指定编码不匹配

# 异常处理示例
try:
    with open("nonexistent.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
        content = file.read()
        print(content)
except FileNotFoundError:
    print("文件不存在！")
except PermissionError:
    print("权限不足，无法访问文件！")
except IOError as e:
    print(f"文件操作错误: {e}")
except UnicodeDecodeError:
    print("文件编码错误！")
finally:
    print("文件操作完成")


# 错误处理最佳实践
# 具体异常：捕获具体的异常类型，避免使用过于宽泛的 except
# 异常信息：提供有意义的错误信息，便于调试
# 资源清理：使用 with 语句自动管理资源
# 日志记录：记录异常信息，便于问题排查
# 用户友好：向用户提供清晰的错误提示

# 12.最佳实践
# 12.1.文件操作原则
# 使用 with 语句：自动管理文件资源，确保正确关闭
# 指定编码：处理中文等非ASCII字符时务必指定 utf-8
# 异常处理：捕获并处理文件操作异常，提高程序健壮性
# 选择合适模式：根据需求选择读取、写入或追加模式
# 考虑文件大小：大文件使用分块读取，避免内存溢出

# 12.2.性能优化建议
# 大文件处理：使用生成器或分块读取
# 批量操作：使用 writelines() 批量写入
# 内存管理：及时释放不需要的文件对象
# 缓存策略：合理使用文件缓存提高性能

# 12.3.安全注意事项
# 路径验证：检查文件路径的有效性
# 权限检查：确保有足够的文件操作权限
# 资源清理：使用 with 语句确保资源释放
# 异常处理：妥善处理各种异常情况