第四章 文件处理
一、文件操作
1. 介绍
计算机系统分为：计算机硬件，系统操作，应用程序三部分。
我们用python或其他语言编写的应用程序若想要把数据永久保存下来，必须要保存于硬盘，这就涉及到应用程序要操作硬件，众所周知，所有应用程序是无法直接操作的硬件的，这就用到了操作系统。操作系统把复杂的硬件操作封装成简单的借口给用户/应用程序使用，其中文件就是操作系统提供给应用程序来操作硬盘虚拟概念，用户或应用程序通过操作文件，可以将自己的数据永久保存下来。
有了文件的概念，我们无需再去考虑操作硬盘的细节，只需要关注操作文件的流程：
#1. 打开文件，得到文件句柄并赋值给一个变量
#2. 通过句柄对文件进行操作
#3. 关闭文件
2. 在python中
#1. 打开文件，得到文件句柄并赋值给一个变量
f=open('a.txt','r',encoding='utf-8') #默认打开模式就为r
#2. 通过句柄对文件进行操作
data=f.read()
#3. 关闭文件
f.close()
3. f=open('a.txt','r')的过程分析
#1、由应用程序向操作系统发起系统调用open(...)
#2、操作系统打开该文件，并返回一个文件句柄给应用程序
#3、应用程序将文件句柄赋值给变量f
4. 强调
资源回收：
#强调第一点：
打开一个文件包含两部分资源：操作系统级打开的文件+应用程序的变量。在操作完毕一个文件时，必须把与该文件的这两部分资源一个不落地回收，回收方法为：
1、f.close() #回收操作系统级打开的文件
2、del f #回收应用程序级的变量
其中del f一定要发生在f.close()之后，否则就会导致操作系统打开的文件还没有关闭，白白占用资源，
而python自动的垃圾回收机制决定了我们无需考虑del f，这就要求我们，在操作完毕文件后，一定要记住f.close()
虽然我这么说，但是很多同学还是会很不要脸地忘记f.close(),对于这些不长脑子的同学，我们推荐傻瓜式操作方式：使用with关键字来帮我们管理上下文
with open('a.txt','w') as f:
pass
with open('a.txt','r') as read_f,open('b.txt','w') as write_f:
data=read_f.read()
write_f.write(data)
强调第一点：资源回收
字符编码：
#强调第二点：
f=open(...)是由操作系统打开文件，那么如果我们没有为open指定编码，那么打开文件的默认编码很明显是操作系统说了算了，操作系统会用自己的默认编码去打开文件，在windows下是gbk，在linux下是utf-8。
这就用到了上节课讲的字符编码的知识：若要保证不乱码，文件以什么方式存的，就要以什么方式打开。
f=open('a.txt','r',encoding='utf-8')
5. python2中的file与open
#首先在python3中操作文件只有一种选择，那就是open()
#而在python2中则有两种方式：file()与open()
两者都能够打开文件，对文件进行操作，也具有相似的用法和参数，但是，这两种文件打开方式有本质的区别，file为文件类，用file()来打开文件，相当于这是在构造文件类，而用open()打开文件，是用python的内建函数来操作，我们一般使用open()打开文件进行操作，而用file当做一个类型，比如type(f) is file
二、打开文件的模式
文件句柄 = open('文件路径'，'模式')
模式可以是以下方式以及他们之间的组合：
#1. 打开文件的模式有(默认为文本模式)：
r ，只读模式【默认模式，文件必须存在，不存在则抛出异常】
w，只写模式【不可读；不存在则创建；存在则清空内容】
a， 之追加写模式【不可读；不存在则创建；存在则只追加内容】
#2. 对于非文本文件，我们只能使用b模式，"b"表示以字节的方式操作（而所有文件也都是以字节的形式存储的，使用这种模式无需考虑文本文件的字符编码、图片文件的jgp格式、视频文件的avi格式）
rb
wb
ab
注：以b方式打开时，读取到的内容是字节类型，写入时也需要提供字节类型，不能指定编码
#3. 了解部分
"+" 表示可以同时读写某个文件
r+， 读写【可读，可写】
w+，写读【可读，可写】
a+， 写读【可读，可写】
x， 只写模式【不可读；不存在则创建，存在则报错】
x+ ，写读【可读，可写】
xb
三、 操作文件的方法
#掌握
f.read() #读取所有内容,光标移动到文件末尾
f.readline() #读取一行内容,光标移动到第二行首部
f.readlines() #读取每一行内容,存放于列表中
f.write('1111\n222\n') #针对文本模式的写,需要自己写换行符
f.write('1111\n222\n'.encode('utf-8')) #针对b模式的写,需要自己写换行符
f.writelines(['333\n','444\n']) #文件模式
f.writelines([bytes('333\n',encoding='utf-8'),'444\n'.encode('utf-8')]) #b模式
#了解
f.readable() #文件是否可读
f.writable() #文件是否可读
f.closed #文件是否关闭
f.encoding #如果文件打开模式为b,则没有该属性
f.flush() #立刻将文件内容从内存刷到硬盘
f.name
练习，利用b模式，编写一个cp工具，要求如下：
1. 既可以拷贝文本又可以拷贝视频，图片等文件
2. 用户一旦参数错误，打印命令的正确使用方法，如usage: cp source_file target_file
提示：可以用import sys，然后用sys.argv获取脚本后面跟的参数
import sys
if len(sys.argv) != 3:
print('usage: cp source_file target_file')
sys.exit()
source_file,target_file=sys.argv[1],sys.argv[2]
with open(source_file,'rb') as read_f,open(target_file,'wb') as write_f:
for line in read_f:
write_f.write(line)
四、 文件内光标移动
一、read(3):
- 文件打开方式为文本模式时，代表读取3个字符
2. 文件打开方式为b模式时，代表读取3个字节
二: 其余的文件内光标移动都是以字节为单位如seek，tell，truncate
注意：
1. seek有三种移动方式0，1，2，其中1和2必须在b模式下进行，但无论哪种模式，都是以bytes为单位移动的
2. truncate是截断文件，所以文件的打开方式必须可写，但是不能用w或w+等方式打开，因为那样直接清空文件了，所以truncate要在r+或a或a+等模式下测试效果
import time
with open('test.txt','rb') as f:
f.seek(0,2)
while True:
line=f.readline()
if line:
print(line.decode('utf-8'))
else:
time.sleep(0.2)
练习：基于seek实现tail -f功能
五、文件的修改
文件的数据是存放于硬盘上的，因而只存在覆盖、不存在修改这么一说，我们平时看到的修改文件，都是模拟出来的效果，具体的说有两种实现方式：
方式一：将硬盘存放的该文件的内容全部加载到内存，在内存中是可以修改的，修改完毕后，再由内存覆盖到硬盘（word，vim，nodpad++等编辑器）
import os
with open('a.txt') as read_f,open('.a.txt.swap','w') as write_f:
data=read_f.read() #全部读入内存,如果文件很大,会很卡
data=data.replace('alex','SB') #在内存中完成修改
write_f.write(data) #一次性写入新文件
os.remove('a.txt')
os.rename('.a.txt.swap','a.txt')
方式二：将硬盘存放的该文件的内容一行一行地读入内存，修改完毕就写入新文件，最后用新文件覆盖源文件
import os
with open('a.txt') as read_f,open('.a.txt.swap','w') as write_f:
for line in read_f:
line=line.replace('alex','SB')
write_f.write(line)
os.remove('a.txt')
os.rename('.a.txt.swap','a.txt')
练习题：
1. 文件a.txt内容：每一行内容分别为商品名字，价钱，个数，求出本次购物花费的总钱数
apple 10 3
tesla 100000 1
mac 3000 2
lenovo 30000 3
chicken 10 3
2. 修改文件内容，把文件中的alex都替换成SB
