文件相关操作及原理了解
文件操作
文件是什么？
文件是操作系统提供给我们操作硬盘的方式，我们可以通过文件来具象化的访问硬盘上的空间。
平常我们在win或者mac上，都是通过鼠标点击等方式来查看、编辑文件，而这篇文章将说明如何通过代码来实现这些文件的操作。
我们将通过代码实现：
- 打开关闭文件
- 读和写文件（查看和修改）
- 以不同的模式来读写文件
打开文件
什么是打开文件
我们将硬盘中的数据文件加载到内存中的过程就是打开文件。打开文件是为了能更快速的对它进行读写。在这个过程中，文件也会占用一部分的内存资源。
相对的，关闭文件就是释放被占用的内存资源并且保存文件，即将内存中的数据保存回硬盘中指定的位置。保存文件是为了能将内存中临时的数据长存于硬盘方便以后访问。
两种打开文件的方式
-
方式1 open、close
# open用某种模式和编码打开了指定路径的文件，并赋值给了变量，可以将open的结果看作文件类型的数据值。 f = open('file-road.txt', 'r', encoding='utf8') # 关闭文件，将内存中的内容保存到硬盘中，并回收内存中的资源 f.close()open括号中的三个参数分别代表：
- 文件路径
可以是绝对路径或者相对路径 - 模式——下文会详细说
- encoding 指定文本文件的编码格式
- 文件路径
-
方式2 with上下文管理
with open('file-road.txt', 'r', encoding='utf8') as f: pass # 子代码块open括号中的参数与上述方式1中一致，as f指将文件类型的数据值赋值给f这个变量。
with能按照open的方式打开文件，在子代码执行完毕后，会自动执行相应的
f.close()的操作
打开文件的模式
open()中的第二个参数，决定文件以什么方式加载到内存中。
文件读写
-
r模式
r-read读模式，指这个文件只读
"""a.txt放在同级目录下，用相对路径法可以找到 存储内容： 我是你的文件向导 这是你要读取的内容请查收 """ with open('a.txt', 'r', encoding='utf-8') as f: print(f.read())将f变量理解为文件类型的数据类型，则read就是文件类型的内置方法，指读取文件的所有数据。
拿到文件的所有数据我们可以print看一下效果。
# 运行结果 我是你的文件向导 这是你要读取的内容请查收文件路径存在时，我们可以顺利的读出文件的内容
但是文件路径不存在时，会报错！
-
w模式
w-write写模式，只写，指往文件中写入内容
# 针对文件是否存在的两种情况讨论 - 文件不存在 with open('a.txt', 'w', encoding='utf-8') as f: f.write('我来啦！') # 运行结果:同级目录下产生了新的文件，并写入了'我来啦！'的内容 - 文件存在 with open('a.txt', 'w', encoding='utf-8') as f: f.write('我又来啦！') # 运行结果：同级目录的a.txt依然存在，打开查看，发现原本的文本被替换成了'我又来啦！'write也是文件类型的内置方法之一，括号内为想要写入的内容。
根据上述两种情形的讨论，我们可以总结出，写模式下，文件不存在时则产生新的文件，如果文件原本存在，则会覆盖原本的文件。
ps：是写模式触发的新建文件和覆盖，而不是write，留给读者自己尝试。
-
a模式
a-add to 追加，在文件的末尾增加内容
with open('a.txt', 'a', encoding='utf-8') as f: f.write('我也加入进来了！') # 运行结果 打开a.txt文件查看，内容为： 我又来啦！我也加入进来了！我们发现在原本文件的基础上，在末尾加入了新的内容。
还有一个细节，它并没有像print一样自动换行，那是因为print默认以换行符结尾，而write写入的内容则不会自动带换行符。我们如果想写入多行内容则要手动加入
\n。
文件形式
-
t模式，文本形式，也是默认模式
其实上述的r、w、a模式的完整形式是rt、wt、at
在t模式下，硬盘中的数据将以文本的形式加载到内存中，需要注意：
- t模式只能编辑文本文件，其他文件会报错
- t模式下，单位是单个字符，如一个英文字母、一个汉字
- t模式下必须指定encoding字符编码格式
with open('a.txt', 'rt', encoding='utf8') as f: # r等同于rt，t模式下必写encoding pass -
b模式，二进制形式
配合r、w、a的形式是rb、wb、ab
- b模式可以编辑所有的文件，但是是以二进制的形式加载到内存中
- b模式下，单位是单个字节，1bytes
- b模式下不可以指定encoding，因为那是指定字符编码格式的
with open('a.txt', 'rb') as f: # b模式一定不能写encoding print(f.read()) # 默认读出来是二进制形式 with open('a.txt', 'rb') as f: print(f.read().decode('utf8')) # 将read出来的内容按照utf8解码一下,可以读原本的文件 with open('b.jpg', 'rb') as f: # 也可以读图片 print(f.read()) # 但是想查看图片必须通过图片软件，不能在python解释器中读
文件操作补充
-
read()的参数
一次性读取文件所有内容，并且光标停留在文件末尾，继续读取则没有内容。
文件内容比较多的时候，该方法还可能会造成计算机内存溢出。
# 括号内还可以填写数字，在文本模式下，表示读取几个字符。 f.read(3) # 这里f为t模式的文件类型，read的3表示读三个字符 f1.read(3) # 这里f1为b模式的文件类型，read的3表示读三个字节 -
for循环读取文件
一行行读取文件内容，避免内存溢出现象的产生。
with open('a.txt', 'r', encoding='utf8') as f:
for line in f: # line按行依次取f中的内容
print(line, end='') # 将行的内容打印出来
按行划分后，得到的字符串以\n换行符结束
- readline()和readlines()
### 文件a.txt
第一行
第二行
第三行
###
# 一次只读一行内容
with open('a.txt', 'r', encoding='utf8')as f:
f.readline() # 第一行
# 一次性读取文件内容，会按照行数组织成列表的一个个数据值
with open('a.txt', 'r', encoding='utf8')as f:
f.readlines() # ['第一行\n'，'第二行\n'，'第三行']
-
readable()
判断文件是否具备读数据的能力with open('a.txt', 'r', encoding='utf8')as f: f.readable() # True with open('a.txt', 'w', encoding='utf8')as f: f.readable() # False '''补充：执行完上述语句后，a文件的内容变空了，因为w模式一开启，就覆盖了原文件，验证了我们上文的说法''' -
write()
写入数据，在w模式下可以执行，可以看做文件类型数据的内置方法。f.write('要写入的内容') # write括号中的参数就是要写入文件的内容 -
writeable()
判断文件是否具备写数据的能力with open('a.txt', 'r', encoding='utf8')as f: f.writeable() # False with open('a.txt', 'w', encoding='utf8')as f: f.writeable() # True -
writelines()
接收一个列表,一次性将列表中所有的数据值写入with open('a.txt', 'w', encoding='utf8')as f: f.writelines(['我一马当先'，'我紧随其后', '我稳稳当当']) ###a文件内容 我一马当先我紧随其后我稳稳当当 ###同样要注意，列表写入并不会自动换行。
-
flush()
将内存中文件数据立刻刷到硬盘，等价于我们平常的快捷键ctrl + s之前的一系列的read和write都是对内存数据的读写。
了解：光标操作
光标又可以理解为游标，是我们读写位置的依据。我们可以通过下面的例子感知光标的存在。
### 文件a.txt
第一行
第二行
第三行
###
# 在文件打开时，光标在文件的开头
with open('a.txt', 'r', encoding='utf8')as f:
f.readline() # 第一行
f.readlines() # ['第二行\n'，'第三行']
读出一行后，光标停在了文件的第二行开头，紧接这readlines再读出全部内容组成的列表，而读出的内容并不包含第一行，read系列的实际含义是从当前光标的位置开始读，readlines则读从当前位置到文件结尾。
-
f.seek( ) —— 移动光标
seek会基于文件的某个位置，移动光标，光标移动的单位只有字节，无论在b模式还是t模式下 f.seek(偏移量，坐标系编号) - 坐标系编号有3个： """ 0：文件开头 1：光标现在所在位置 2：光标现在 """ - 偏移量为正数则向后移动几个字节，为负则向前移动，为0不移动 ###a文件 汉字一个字符三个字节 ### with open('a.txt', 'r', encoding='utf8')as f: f.read() # hello world f.read() # '' f.seek(0,0) # 光标移动到开头 f.read() # hello world -
f.tell( ) —— 拿到光标坐标
###a文件 汉字一个字符三个字节 ### with open('a.txt', 'r', encoding='utf8')as f: f.read() # 汉字一个字符三个字节 f.tell() # 30
文件在硬盘上的存在形式及修改的底层原理
文件在硬盘上实际上就是一串二进制，而且记录了在硬盘上的位置，但是对于每一比特（bit）的硬盘空间而言，它只有两个状态，1或者0，所以无论硬盘上有没有文件，每个比特位都会保持在一个1或者0的状态。
所谓文件就是将硬盘上的某一块区域的标记出来，进行占用，在文件占用的这块硬盘空间，不能再被挪用了。
而当文件被写入硬盘时，除了将数据记录到硬盘的某个位置以外，还要画地为牢，标记这块区域，并只能通过打开文件等方式查看和编辑文件，不能其他方式不小心覆盖掉数据。
而删除文件时，就比较偷懒，操作系统会直接解除对文件原本占用的硬盘空间的限制，变得可以利用，但是上面的数据还是以原本的二进制排列放在原本的位置。利用这点，我们就可以恢复一些数据，也涉及到已经被删除文件的安全问题，所以在删除文件时，旧硬盘不要随便扔，随便填点无关紧要的东西覆盖一下原本的数据是必要的。
编辑文件时，有两种修改的策略：
-
直接在硬盘原本的位置覆盖掉源文件
with open(r'a.txt', 'r', encoding='utf8') as f: data = f.read() with open(r'a.txt', 'w', encoding='utf8') as f1: f1.write(data.replace('jason', 'tony')) -
在硬盘另外的位置写入一份，然后释放（删除）源文件，再快速的将命名改成源文件
import os # 后续才会学习到的模块，按照注释理解功能即可 with open('a.txt', 'r', encoding='utf8') as read_f, \ open('.a.txt.swap', 'w', encoding='utf-8') as write_f: for line in read_f: write_f.write(line.replace('tony', 'lalisa')) os.remove('a.txt') # 删除a.txt os.rename('.a.txt.swap', 'a.txt') # 重命名文件
练习
练习一
编写简易版本的拷贝工具
- 自己输入想要拷贝的数据路径，自己输入拷贝到哪个地方的目标路径
- 可以拷贝所有的文件类型
- 可能有c盘需要管理员权限不好访问，可以换个文件路径尝试
source_file = input('源文件路径及名称：')
copy_file = input('副本文件路径及名称：')
with open(rf'{source_file}', 'rb')as f1,\
open(rf'{copy_file}', 'wb')as f2:
f2.write(f1.read())
练习二
利用文件充当数据库编写用户数据库编写用户登录、注册功能
- 用户信息暂时用 用户|密码 格式
- 用户注册功能要求不能注册用户名相同的用户
while True:
choice = input('1注册|2登录|q退出：')
if choice == '1':
# 注册功能
while True:
# 输入用户名和密码
username = input('注册的用户名：')
password = input('请输入密码：')
# 判断用户名是否存在
with open(r'userinfo.txt', 'r', encoding='utf8') as f:
for line in f:
user, pwd = line.strip().split('|')
if user == username:
print('用户名已经存在，请更换用户名')
break
else:
# 注册，把用户和密码存到文件里
with open(r'userinfo.txt', 'a', encoding='utf8') as f1:
f1.write(f'{username}|{password}\n')
print(f'用户{username}注册成功')
break
elif choice == '2':
# 登录功能
while True:
# 输入用户密码
username = input('请输入用户名：')
password = input('请输入密码：')
# 核验密码登录
with open(r'userinfo.txt', 'r',encoding='utf8')as f:
for line in f:
user, pwd = line.strip().split('|')
if user == username and pwd == password:
print('登录成功')
break
else:
print('用户名或密码输入错误，请重新输入')
break
pass
elif choice == 'q':
break
else:
print('请输入有效的编号！')
