文件与 I/O

文件操作

打开和关闭文件

在进行文件操作时，首先要打开文件，操作完成后要关闭文件。Python 提供了内置的 open() 函数来打开文件。

• open() 函数: 用于打开文件，并返回文件对象。

  file = open('filename', 'mode')

  • filename：文件的路径或名称。
  • mode：文件的操作模式，如只读、写入、追加等。

常用的文件操作模式：

• 'r'：只读模式，文件必须存在。
• 'w'：写入模式，文件不存在时创建，存在时清空内容。
• 'a'：追加模式，文件不存在时创建，存在时内容添加到末尾。
• 'b'：以二进制模式打开文件，结合 'rb', 'wb' 等模式使用。

关闭文件

使用完文件后，应该调用 close() 方法关闭文件，释放资源：

file.close()

使用 with 语句

with 语句会自动处理文件关闭问题，是处理文件的推荐方式：

with open('example.txt', 'r'）as file:
    content = file.read()
    print(content)
# 文件在with语句块结束后自动关闭

文件的读写操作

读文件

• read()：读取文件的全部内容。
• readline()：每次读取文件的一行。
• readlines()：读取所有行并返回一个列表。

# 读取文本文件的内容
with open('example.txt', 'r'）as file:
    content = file.read(） # 读取整个文件
    print(content)

# 按行读取文件
with open('example.txt', 'r'）as file:
    for line in file:
        print(line.strip()） # 去除每行末尾的换行符

写文件

• write()：将字符串写入文件。
• writelines()：将一个字符串列表写入文件。

# 写入文件
with open('output.txt', 'w'）as file:
    file.write("Hello, world!\n")
    file.write("This is a new line.")

# 写入多个行
lines = ["Line 1\n", "Line 2\n", "Line 3\n"]
with open('output.txt', 'w'）as file:
    file.writelines(lines)

二进制文件的读写

• 以 二进制模式（'rb', 'wb'）读写文件时，数据是以字节形式读写的。

# 读取二进制文件（如图片、音频）
with open('image.jpg', 'rb'）as file:
    binary_data = file.read()

# 写入二进制文件
with open('copy.jpg', 'wb'）as file:
    file.write(binary_data)

文件指针与操作模式

文件指针指向文件的当前位置，所有的读写操作都从当前指针位置开始。

• seek(offset, whence)：移动文件指针到指定位置。
  • offset：偏移量。
  • whence：起始位置（0 代表文件开头，1 代表当前位置，2 代表文件末尾）。

# 移动指针到文件开头
with open('example.txt', 'r'）as file:
    file.seek(0)
    first_char = file.read(1） # 读取第一个字符
    print(first_char)

• tell()：返回文件指针的当前位置。

with open('example.txt', 'r'）as file:
    file.read(5)
    position = file.tell(） # 返回当前位置
    print(f"Current file pointer position: {position}")

序列化与反序列化

序列化是指将对象转换为字节流或字符串，以便保存到文件或传输；反序列化则是将字节流或字符串还原为对象。Python 支持通过 pickle 和 json 模块进行序列化与反序列化。

pickle 模块

pickle 模块用于将任意 Python 对象序列化为二进制格式，或将其反序列化为 Python 对象。它常用于将对象保存到文件或从文件中加载对象。

• pickle.dump()：将Python对象序列化并写入文件。
• pickle.load()：从文件中读取序列化的数据并将其反序列化为Python对象。

import pickle

# 序列化对象并写入文件
data = {'name': 'Alice', 'age': 25, 'city': 'New York'}
with open('data.pkl', 'wb'）as file:
    pickle.dump(data, file)

# 从文件中读取并反序列化对象
with open('data.pkl', 'rb'）as file:
    loaded_data = pickle.load(file)
    print(loaded_data)

输出：

{'name': 'Alice', 'age': 25, 'city': 'New York'}

json 模块

json 模块用于处理 JSON 格式的数据，JSON 是一种轻量级的数据交换格式，常用于Web开发中。与 pickle 不同，json 仅支持基本数据类型（如字典、列表、字符串、整数等）的序列化。

• json.dump()：将 Python 对象序列化为 JSON 格式并写入文件。
• json.load()：从文件中读取 JSON 数据并反序列化为 Python 对象。
• json.dumps()：将 Python 对象序列化为 JSON 格式的字符串。
• json.loads()：将 JSON 字符串反序列化为 Python 对象。

import json

# 序列化对象并写入文件
data = {'name': 'Bob', 'age': 30, 'city': 'Los Angeles'}
with open('data.json', 'w'）as file:
    json.dump(data, file)

# 从文件中读取并反序列化对象
with open('data.json', 'r'）as file:
    loaded_data = json.load(file)
    print(loaded_data)

输出：

{'name': 'Bob', 'age': 30, 'city': 'Los Angeles'}

# JSON字符串的序列化与反序列化
json_str = json.dumps(data)
print(json_str） # 输出为JSON格式字符串

# 将JSON字符串反序列化为Python对象
python_data = json.loads(json_str)
print(python_data)

总结

• 文件操作：open() 函数用于打开文件，文件操作模式包括读取、写入、追加等；with 语句是处理文件的推荐方式。
• 文件指针：使用 seek() 和 tell() 来操作和获取文件指针位置。
• 序列化与反序列化：pickle 用于处理 Python 的任意对象，json 则用于处理 JSON 格式的数据，适合 Web 应用。