文件处理(完整)

引入

应用程序运行过程中产生的数据最先都是存放于内存中的，若想永久保存下来，必须要保存于硬盘中。应用程序若想操作硬件必须通过操作系统，而文件就是操作系统提供给应用程序来操作硬盘的虚拟概念，用户或应用程序对文件的操作，就是向操作系统发起调用，然后由操作系统完成对硬盘的具体操作。

基本流程

• 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（open()）：由应用程序向操作系统发起系统调用open(...)，操作系统打开该文件，对应一块硬盘空间，并返回一个文件对象赋值给一个变量f
  2.操作文件（f.read()/f.write()）：调用文件对象下的读/写方法，会被操作系统转换为读/写硬盘的操作
  3.关闭文件（f.close()）：向操作系统发起关闭文件的请求，回收系统资源

open函数

• 概念：用Python内置的open()函数打开一个文件，创建一个file对象，相关的方法才可以调用它进行读写
• 语法：

open(文件路径, 读写模式, 字符编码)

read方法

• read（）方法：从一个打开的文件中读取一个字符串
• 注意：Python字符串可以是二进制数据，而不是仅仅是文字
• 语法：

f.read()

write方法

• write()方法：可将任何字符串写入一个打开的文件
• 注意：
  • Python字符串可以是二进制数据，而不是仅仅是文字
  • write()方法不会在字符串的结尾添加换行符('\n')：
• 语法：

f.write()

close方法

• close()方法：刷新缓冲区里任何还没写入的信息，并关闭该文件，这之后便不能再进行写入
• 注意：当一个文件对象的引用被重新指定给另一个文件时，Python会关闭之前的文件，用 close()方法关闭文件是一个很好的习惯
• 语法：

f.write()

资源回收与with上下文管理

资源回收

• 打开一个文件包含两部分资源：应用程序的变量f和操作系统打开的文件。在操作完毕一个文件时，必须把与该文件的这两部分资源全部回收，回收方法为：
  1. f.close()：回收操作系统打开的文件资源
  2. del f：回收应用程序级的变量
     • 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无法关闭，白白占用资源，Python自动的垃圾回收机制决定了我们无需考虑del f
     • 在操作完毕文件后，一定要记住f.close()，但是大多数人还是会不由自主地忘记f.close()，考虑到这一点，python提供了with关键字来帮我们管理上下文

with方法

• 在执行完子代码块后，with 会自动执行f.close()

with open('a.txt','w') as f:
	pass
# pass 补全语法结构，本身没有任何功能（推荐使用）
# ... 补全语法结果，本身没有任何功能（不推荐使用）

• 可用用with同时打开多个文件，用逗号分隔开即可

with open('a.txt','r') as read_f,open('b.txt','w') as write_f:
	data = read_f.read()
	write_f.write(data)

文件操作模式

控制文件读写操作的模式

r模式

• r（read）模式：只读模式，只能读不能写

# 文件路径不存在: r模式直接报错
with open(r'c.txt', 'r', encoding='utf8') as f:
	pass
# 文件路径存在: r模式会打开文件等待读取文件内容
with open(r'a.txt', 'r', encoding='utf8') as f:
	# print(f.read())
	f.write('123')

w模式

• w（write）模式：只写模式，只能写不能读
• 在文件不关闭的情况下,连续的写入，后写的内容一定跟在前写内容的后面
• 如果重新以w模式打开文件，则会清空文件内容

# 文件路径不存在: w模式会自动创建该文件
with open(r'c.txt', 'w', encoding='utf8') as f:
	pass
# 文件路径存在: w模式会先清空该文件内容 之后等待填写新内容
with open(r'a.txt', 'w', encoding='utf8') as f:
	pass

a模式

• a（append）模式：只追加模式，在文件末尾添加内容

# 文件路径不存在: a模式会自动创建该文件
with open(r'd.txt', 'a', encoding='utf8') as f:
	pass
# 文件路径存在: a模式不会先清空该文件内容 只在在文件末尾等待填写新内容
with open(r'b.txt', 'a', encoding='utf8') as f:
	f.write('阿巴阿巴\n')
 
# 小练习：实现注册功能:
 name=input('username>>>: ').strip()
 pwd=input('password>>>: ').strip()
 with open('db1.txt',mode='a',encoding='utf-8') as f:
     info='%s:%s\n' %(name,pwd)
     f.write(info)

+模式

• r+/w+/a+：可读可写
• 在平时工作中，我们只单纯使用r/w/a，要么只读，要么只写，一般不用可读可写的模式

w模式与a模式异同

• 相同点：在打开的文件不关闭的情况下，连续的写入，新写的内容总会跟在前写的内容之后
• 不同点：以a模式重新打开文件，不会清空原文件内容，会将文件指针直接移动到文件末尾，新写的内容永远写在最后

控制文件读写内容的模式

t模式

• t模式（rt/wt/at 可以省略t）：文本模式（文件操作的默认模式）
  1.只能操作文本文件
  2.必须要指定encoding参数
  3.读写都是以字符串为单位

# t 模式：如果我们指定的文件打开模式为r/w/a，其实默认就是rt/wt/at
with open('a.txt',mode='rt',encoding='utf-8') as f:
    res=f.read() 
 
with open('a.txt',mode='wt',encoding='utf-8') as f:
    s='abc'
    f.write(s) # 写入的也必须是字符串类型

b模式

• b模式（rb/wb/ab 不能省略b）：二进制模式（可以操作任意类型的文件）
  1.能够操作所有类型的文件
  2.不需要指定encoding参数
  3.读写都是以bytes为单位

# b: 读写都是以二进制位单位
 with open('1.mp4',mode='rb') as f:
     data=f.read()
     print(type(data)) # 输出结果为：<class 'bytes'>
 
 with open('a.txt',mode='wb') as f:
	 msg="你好"
     res=msg.encode('utf-8') # res为bytes类型
     f.write(res) # 在b模式下写入文件的只能是bytes类型
 
# 小练习： 编写拷贝工具
src_file=input('源文件路径: ').strip()
dst_file=input('目标文件路径: ').strip()
with open(r'%s' %src_file,mode='rb') as read_f,open(r'%s' %dst_file,mode='wb') as write_f:
    for line in read_f:
        # print(line)
        write_f.write(line)

b模式对比t模式

• 纯文本文件：t模式省去编码和解码的环节，b模式需要手动编码和解码，t模式更方便
• 非文本文件（图片、视频、音频）：只能使用b模式
• t/b模式都不可以单独使用，必须与r/w/a之一结合使用

控制文件内指针移动

• 文本模式：read()括号内的数字表示读取几个字符

with open(r'a.txt', 'r', encoding='utf8') as f:
	data = f.read(3)
	print(data)

• 二进制模式：read()括号内的数字表示读取及格字节（英文1字节，中文3字节）

with open(r'a.txt', 'rb') as f:
	data = f.read(3)
	print(data.decode('utf8'))

tell方法

• .tell()：获取光标移动的字节数

seek方法

• 之前文件内指针的移动都是由读/写操作而被动触发的，若想读取文件某一特定位置的数据，则需要用seek方法主动控制文件内指针的移动
• .seek(offset,whence)
  • offset:指针移动的字节数
  • whence:模式控制
    • 0模式（默认模式）：基于文件开头移动的多少字节
    • 1模式：基于光标当前所在位置移动多少字节（只能在二进制模式（b模式）下使用）
    • 2模式：基于文件末尾移动多少字节（只能在二进制模式（b模式）下使用）

0模式详解

# a.txt用utf-8编码，内容如下（abc各占1个字节，中文“你好”各占3个字节）
abc你好
 
# 0模式的使用
with open('a.txt',mode='rt',encoding='utf-8') as f:
    f.seek(3,0)     # 参照文件开头移动了3个字节
    print(f.tell()) # 查看当前文件指针距离文件开头的位置，输出结果为3
    print(f.read()) # 从第3个字节的位置读到文件末尾，输出结果为：你好
    # 注意：由于在t模式下，会将读取的内容自动解码，所以必须保证读取的内容是一个完整中文数据，否则解码失败
 
with open('a.txt',mode='rb') as f:
    f.seek(6,0)
    print(f.read().decode('utf-8')) #输出结果为: 好

1模式详解

# 1模式的使用
with open('a.txt',mode='rb') as f:
    f.seek(3,1) # 从当前位置往后移动3个字节，而此时的当前位置就是文件开头
    print(f.tell()) # 输出结果为：3
    f.seek(4,1)     # 从当前位置往后移动4个字节，而此时的当前位置为3
    print(f.tell()) # 输出结果为：7

2模式详解

# a.txt用utf-8编码，内容如下（abc各占1个字节，中文“你好”各占3个字节）
abc你好
 
# 2模式的使用
with open('a.txt',mode='rb') as f:
    f.seek(0,2)     # 参照文件末尾移动0个字节， 即直接跳到文件末尾
    print(f.tell()) # 输出结果为：9
    f.seek(-3,2)     # 参照文件末尾往前移动了3个字节
    print(f.read().decode('utf-8')) # 输出结果为：好
 
# 小练习：实现动态查看最新一条日志的效果
import time
with open('access.log',mode='rb') as f:
    f.seek(0,2)
    while True:
        line=f.readline()
        if len(line) == 0:
            # 没有内容
            time.sleep(0.5)
        else:
            print(line.decode('utf-8'),end='')

文件的其他操作方法

• read()方法：读取所有内容
  -执行完读取内容之后，光标在文件末尾，继续读取没有内容
  -当文件内容特别大的时候，容易造成内存溢出（满了），不推荐一次性读取

• readline()方法：一次只读取一行内容,光标移动到第二行首部

• readlines()方法：读取每一行内容,存放于列表中

• readable()方法：判断当前文件是否可读

• write()方法：填写文件内容（字符串或者bytes类型）

• writeable()方法：判断当前是否可写

• writelines()方法：支持填写内容容器类型（内部可以存放多个数据值的数据类型）多个数据值

• flush方法：将内存中的文件数据立刻刷到硬盘（相当于主动按Ctrl+s）

文件数据修改

覆盖写

• 实现思路：先读取文件的内容一次性全部读入到内存，在内存中完成修改再覆盖写回原文件
• 优点：硬盘只占用一块空间
• 缺点：数据量较大的时候会造成内存溢出

with open(r'demo.txt','r',encoding='utf8') as f:
    data = f.read()
new_data = data.replace('DSB','NB')
with open(r'demo.txt','w',encoding='utf8') as f1:
    f1.write(new_data)

重命名和删除文件

重命名rename方法

• rename()方法：需要两个参数，当前文件名和新文件名
• 实现思路：先读取文件内容到内存，在内存中完成修改，之后保存到另一个文件中再将原文件删除，将新的文件重命名为原文件
• 优点：不会占用过多的内存（不会造成内存溢出）
• 缺点：在文件修改过程中同一份数据存了两份，也可能是在内存中创建没有刷到硬盘

import os
 
with open('demo.txt', 'r', encoding='utf8') as read_f, \
        open('.demo.txt.swap', 'w', encoding='utf8') as wrife_f:
    for line in read_f:
        wrife_f.write(line.replace('NB', 'SB'))
os.rename('.demo.txt.swap', 'demo.txt')  # 重命名文件

删除文件remove方法

• remove()方法：需要提供要删除的文件名作为参数

import os
 
with open('demo.txt', 'r', encoding='utf8') as read_f, \
        open('.demo.txt.swap', 'w', encoding='utf8') as wrife_f:
    for line in read_f:
        wrife_f.write(line.replace('NB', 'SB'))
os.remove('demo.txt')  # 删除文件

重点例题

# 利用文件充当数据库编写用户登录、注册功能
# 	文件名称:userinfo.txt
# 	基础要求:
# 		用户注册功能>>>:文件内添加用户数据(用户名、密码等)
#        用户登录功能>>>:读取文件内用户数据做校验
#       ps:上述功能只需要实现一次就算过关(单用户) 文件内始终就一个用户信息
#  	拔高要求:
#        用户可以连续注册
#    		用户可以多账号切换登录(多用户)  文件内有多个用户信息
#       ps:思考多用户数据情况下如何组织文件内数据结构较为简单
#    	提示:本质其实就是昨天作业的第二道题 只不过数据库由数据类型变成文件
 
while True:
    print("""
    1.用户注册
    2.用户登录
    3.退出
    """)
    choice = input('请输入您想要操作的指令：')
    if choice == '1':
        user_name = input('请输入用户名：').strip()
        with open(r'userinfo.txt', 'r', encoding='utf8') as f:
            for line in f:
                real_name = line.split('|')[0]
                if real_name == user_name:
                    print('用户名已存在，请重新输入')
                    break
            else:
                user_pwd = input('请输入密码：').strip()
                user_data = '%s|%s\n' % (user_name, user_pwd)
                with open(r'userinfo.txt', 'a', encoding='utf8') as f:
                    f.write(user_data)
                print(f'用户{user_name}注册成功')
    elif choice == '2':
        user_name = input('请输入用户名：').strip()
        user_pwd = input('请输入密码：').strip()
        with open(r'userinfo.txt', 'r', encoding='utf8') as f:
            for line in f:
                real_name, real_pwd = line.split('|')
                if user_name == real_name and user_pwd == real_pwd.rstrip('\n'):
                    print('用户登录成功')
                    break
            else:
                print('用户名或密码错误，用户登录失败')
    elif choice == '3':
        print('退出成功')
        break
    else:
        print('输入指令错误，请重新输入')