7.文件操作：让程序读写文件 [特殊字符]
文件操作：让程序读写文件 📁
🎯 前言：程序也需要记事本
想象一下，如果你的大脑无法记住任何信息，每次重启（睡一觉）后就忘记了昨天学的Python，那该多可怕！程序也是如此，如果不能读写文件，那就是个\"金鱼记忆\"的程序——运行时热热闹闹，一关闭就什么都不记得了。
今天我们就来学习如何让程序拥有\"记忆力\"，学会读写文件。这就像给程序配备了一个超级记事本，不仅能记录信息，还能跨时空传递数据！
📚 目录
- 为什么需要文件操作
- 文件的打开与关闭
- 读取文件的各种姿势
- 写入文件的艺术
- 文件路径的奥秘
- CSV文件处理
- JSON文件操作
- 文件操作的最佳实践
- 实战项目：个人日记管理系统
- 常见错误与解决方案
🧠 为什么需要文件操作？
生活中的文件操作
就像我们需要：
- 📝 写日记记录生活点滴
- 📊 保存Excel表格数据
- 📷 存储照片和视频
- 📄 备份重要文档
程序也需要：
- 💾 保存用户数据
- 📈 记录运行日志
- ⚙️ 读取配置文件
- 🔄 导入导出数据
一个简单的例子
# 没有文件操作的程序name = input(\"请输入你的名字：\")print(f\"你好，{name}！\")# 程序结束后，name就消失了... 👻# 有文件操作的程序name = input(\"请输入你的名字：\")with open(\"user_info.txt\", \"w\") as file: file.write(name)print(f\"你好，{name}！你的名字已经被我记住了！\")# 下次运行时还能读取到这个名字 🎉📖 文件的打开与关闭
基本语法：open()函数
# 基本语法file = open(\"文件名\", \"模式\")# 使用文件file.close() # 别忘了关闭！文件模式大全
\'r\'\'w\'\'a\'\'r+\'\'x\'编码方式
# 指定编码（重要！）file = open(\"中文文件.txt\", \"r\", encoding=\"utf-8\")with语句：自动管家
# 传统方式（容易忘记关闭）file = open(\"test.txt\", \"r\")content = file.read()file.close() # 经常忘记这一行！# with语句（推荐）with open(\"test.txt\", \"r\") as file: content = file.read()# 文件会自动关闭，就像有个贴心的管家 🤵📚 读取文件的各种姿势
1. 一口气读完：read()
# 创建一个测试文件with open(\"story.txt\", \"w\", encoding=\"utf-8\") as file: file.write(\"从前有座山\\n山里有座庙\\n庙里有个老和尚\\n在给小和尚讲故事\")# 一次性读取所有内容with open(\"story.txt\", \"r\", encoding=\"utf-8\") as file: content = file.read() print(content) print(f\"文件大小：{len(content)} 个字符\")2. 一行一行读：readline()
# 逐行读取with open(\"story.txt\", \"r\", encoding=\"utf-8\") as file: line1 = file.readline() line2 = file.readline() print(f\"第一行：{line1.strip()}\") print(f\"第二行：{line2.strip()}\")3. 读取所有行：readlines()
# 读取所有行到列表中with open(\"story.txt\", \"r\", encoding=\"utf-8\") as file: lines = file.readlines() for i, line in enumerate(lines, 1): print(f\"第{i}行：{line.strip()}\")4. 优雅遍历：直接迭代
# 最优雅的方式with open(\"story.txt\", \"r\", encoding=\"utf-8\") as file: for line_num, line in enumerate(file, 1): print(f\"第{line_num}行：{line.strip()}\")5. 读取指定字符数
with open(\"story.txt\", \"r\", encoding=\"utf-8\") as file: first_10_chars = file.read(10) print(f\"前10个字符：{first_10_chars}\")✍️ 写入文件的艺术
1. 覆盖写入：write()
# 创建购物清单shopping_list = [\"苹果\", \"香蕉\", \"牛奶\", \"面包\"]with open(\"shopping_list.txt\", \"w\", encoding=\"utf-8\") as file: for item in shopping_list: file.write(f\"- {item}\\n\") print(\"购物清单已保存！\")2. 追加写入：append模式
# 添加新商品到清单new_items = [\"鸡蛋\", \"酸奶\"]with open(\"shopping_list.txt\", \"a\", encoding=\"utf-8\") as file: file.write(\"\\n--- 新添加的商品 ---\\n\") for item in new_items: file.write(f\"- {item}\\n\") print(\"新商品已添加到购物清单！\")3. 写入多行：writelines()
# 写入多行数据poems = [ \"床前明月光\\n\", \"疑是地上霜\\n\", \"举头望明月\\n\", \"低头思故乡\\n\"]with open(\"poem.txt\", \"w\", encoding=\"utf-8\") as file: file.writelines(poems)4. 格式化写入
# 写入格式化数据students = [ {\"name\": \"小明\", \"age\": 20, \"score\": 95}, {\"name\": \"小红\", \"age\": 19, \"score\": 87}, {\"name\": \"小刚\", \"age\": 21, \"score\": 92}]with open(\"students.txt\", \"w\", encoding=\"utf-8\") as file: file.write(\"学生成绩单\\n\") file.write(\"=\" * 30 + \"\\n\") for student in students: file.write(f\"姓名：{student[\'name\']:4} 年龄：{student[\'age\']:2} 分数：{student[\'score\']:3}\\n\")🗂️ 文件路径的奥秘
绝对路径 vs 相对路径
import os# 绝对路径（从根目录开始）abs_path = r\"C:\\Users\\YourName\\Documents\\data.txt\" # Windowsabs_path = \"/home/username/documents/data.txt\" # Linux/Mac# 相对路径（从当前目录开始）rel_path = \"data.txt\" # 当前目录rel_path = \"folder/data.txt\" # 子目录rel_path = \"../data.txt\" # 上级目录# 获取当前工作目录current_dir = os.getcwd()print(f\"当前目录：{current_dir}\")路径操作技巧
import os# 拼接路径（推荐方式）data_dir = \"data\"filename = \"test.txt\"full_path = os.path.join(data_dir, filename)print(f\"完整路径：{full_path}\")# 检查路径是否存在if os.path.exists(full_path): print(\"文件存在\")else: print(\"文件不存在\") # 创建目录if not os.path.exists(data_dir): os.makedirs(data_dir) print(f\"已创建目录：{data_dir}\")使用pathlib（Python 3.4+推荐）
from pathlib import Path# 创建路径对象data_path = Path(\"data\")file_path = data_path / \"test.txt\"# 创建目录data_path.mkdir(exist_ok=True)# 写入文件file_path.write_text(\"Hello, pathlib!\", encoding=\"utf-8\")# 读取文件content = file_path.read_text(encoding=\"utf-8\")print(content)📊 CSV文件处理
什么是CSV？
CSV（Comma-Separated Values）就像Excel的简化版，用逗号分隔数据：
姓名,年龄,城市张三,25,北京李四,30,上海王五,28,广州手动处理CSV
# 创建CSV文件csv_data = [ [\"姓名\", \"年龄\", \"城市\", \"薪资\"], [\"张三\", \"25\", \"北京\", \"8000\"], [\"李四\", \"30\", \"上海\", \"12000\"], [\"王五\", \"28\", \"广州\", \"10000\"]]with open(\"employees.csv\", \"w\", encoding=\"utf-8\") as file: for row in csv_data: file.write(\",\".join(row) + \"\\n\")# 读取CSV文件with open(\"employees.csv\", \"r\", encoding=\"utf-8\") as file: for line_num, line in enumerate(file): data = line.strip().split(\",\") if line_num == 0: print(f\"表头：{data}\") else: print(f\"员工{line_num}：姓名={data[0]}, 年龄={data[1]}, 城市={data[2]}, 薪资={data[3]}\")使用csv模块（推荐）
import csv# 写入CSVemployees = [ [\"姓名\", \"年龄\", \"城市\", \"薪资\"], [\"张三\", 25, \"北京\", 8000], [\"李四\", 30, \"上海\", 12000], [\"王五\", 28, \"广州\", 10000]]with open(\"employees_v2.csv\", \"w\", newline=\"\", encoding=\"utf-8\") as file: writer = csv.writer(file) writer.writerows(employees)# 读取CSVwith open(\"employees_v2.csv\", \"r\", encoding=\"utf-8\") as file: reader = csv.reader(file) for row_num, row in enumerate(reader): if row_num == 0: print(f\"表头：{row}\") else: print(f\"员工数据：{row}\")字典方式处理CSV
import csv# 写入CSV（字典方式）fieldnames = [\"姓名\", \"年龄\", \"城市\", \"薪资\"]employees = [ {\"姓名\": \"张三\", \"年龄\": 25, \"城市\": \"北京\", \"薪资\": 8000}, {\"姓名\": \"李四\", \"年龄\": 30, \"城市\": \"上海\", \"薪资\": 12000}, {\"姓名\": \"王五\", \"年龄\": 28, \"城市\": \"广州\", \"薪资\": 10000}]with open(\"employees_dict.csv\", \"w\", newline=\"\", encoding=\"utf-8\") as file: writer = csv.DictWriter(file, fieldnames=fieldnames) writer.writeheader() # 写入表头 writer.writerows(employees)# 读取CSV（字典方式）with open(\"employees_dict.csv\", \"r\", encoding=\"utf-8\") as file: reader = csv.DictReader(file) for row in reader: print(f\"员工：{row[\'姓名\']}, 年龄：{row[\'年龄\']}, 薪资：{row[\'薪资\']}\")🔧 JSON文件操作
什么是JSON？
JSON（JavaScript Object Notation）就像Python的字典，但是以文本形式保存：
{ \"name\": \"张三\", \"age\": 25, \"hobbies\": [\"读书\", \"游泳\", \"编程\"], \"address\": { \"city\": \"北京\", \"district\": \"朝阳区\" }}JSON基本操作
import json# Python对象person = { \"name\": \"张三\", \"age\": 25, \"hobbies\": [\"读书\", \"游泳\", \"编程\"], \"address\": { \"city\": \"北京\", \"district\": \"朝阳区\" }, \"is_student\": False}# 写入JSON文件with open(\"person.json\", \"w\", encoding=\"utf-8\") as file: json.dump(person, file, ensure_ascii=False, indent=2)# 读取JSON文件with open(\"person.json\", \"r\", encoding=\"utf-8\") as file: loaded_person = json.load(file) print(f\"姓名：{loaded_person[\'name\']}\") print(f\"爱好：{\', \'.join(loaded_person[\'hobbies\'])}\") print(f\"地址：{loaded_person[\'address\'][\'city\']}{loaded_person[\'address\'][\'district\']}\")JSON字符串操作
import json# 转换为JSON字符串json_string = json.dumps(person, ensure_ascii=False, indent=2)print(\"JSON字符串：\")print(json_string)# 从JSON字符串解析parsed_person = json.loads(json_string)print(f\"解析后的姓名：{parsed_person[\'name\']}\")处理复杂JSON数据
import json# 学生管理系统数据school_data = { \"school_name\": \"阳光中学\", \"students\": [ { \"id\": 1, \"name\": \"小明\", \"grades\": { \"math\": 95, \"english\": 87, \"chinese\": 92 } }, { \"id\": 2, \"name\": \"小红\", \"grades\": { \"math\": 88, \"english\": 94, \"chinese\": 89 } } ]}# 保存到文件with open(\"school_data.json\", \"w\", encoding=\"utf-8\") as file: json.dump(school_data, file, ensure_ascii=False, indent=2)# 读取并分析数据with open(\"school_data.json\", \"r\", encoding=\"utf-8\") as file: data = json.load(file) print(f\"学校：{data[\'school_name\']}\") print(\"学生成绩：\") for student in data[\'students\']: name = student[\'name\'] grades = student[\'grades\'] avg_score = sum(grades.values()) / len(grades) print(f\" {name}: 平均分 {avg_score:.1f}\")🎯 文件操作的最佳实践
1. 异常处理
def safe_read_file(filename): \"\"\"安全地读取文件\"\"\" try: with open(filename, \"r\", encoding=\"utf-8\") as file: return file.read() except FileNotFoundError: print(f\"文件 {filename} 不存在\") return None except PermissionError: print(f\"没有权限读取文件 {filename}\") return None except Exception as e: print(f\"读取文件时发生错误：{e}\") return None# 使用示例content = safe_read_file(\"nonexistent.txt\")if content: print(content)2. 文件备份
import shutilfrom datetime import datetimedef backup_file(original_file): \"\"\"创建文件备份\"\"\" if not os.path.exists(original_file): print(f\"原文件 {original_file} 不存在\") return False # 生成备份文件名 timestamp = datetime.now().strftime(\"%Y%m%d_%H%M%S\") backup_name = f\"{original_file}.backup_{timestamp}\" try: shutil.copy2(original_file, backup_name) print(f\"备份已创建：{backup_name}\") return True except Exception as e: print(f\"备份失败：{e}\") return False# 使用示例backup_file(\"important_data.txt\")3. 文件监控
import osfrom datetime import datetimedef get_file_info(filename): \"\"\"获取文件信息\"\"\" if not os.path.exists(filename): return None stat = os.stat(filename) return { \"size\": stat.st_size, \"modified\": datetime.fromtimestamp(stat.st_mtime), \"created\": datetime.fromtimestamp(stat.st_ctime) }# 使用示例info = get_file_info(\"test.txt\")if info: print(f\"文件大小：{info[\'size\']} 字节\") print(f\"修改时间：{info[\'modified\']}\")🚀 实战项目：个人日记管理系统
让我们创建一个完整的个人日记管理系统：
import jsonimport osfrom datetime import datetimefrom pathlib import Pathclass DiaryManager: def __init__(self, diary_dir=\"diary\"): self.diary_dir = Path(diary_dir) self.diary_dir.mkdir(exist_ok=True) self.config_file = self.diary_dir / \"config.json\" self.load_config() def load_config(self): \"\"\"加载配置文件\"\"\" if self.config_file.exists(): with open(self.config_file, \"r\", encoding=\"utf-8\") as file: self.config = json.load(file) else: self.config = { \"author\": \"匿名用户\", \"created_date\": datetime.now().strftime(\"%Y-%m-%d\"), \"diary_count\": 0 } self.save_config() def save_config(self): \"\"\"保存配置文件\"\"\" with open(self.config_file, \"w\", encoding=\"utf-8\") as file: json.dump(self.config, file, ensure_ascii=False, indent=2) def write_diary(self, content, title=None): \"\"\"写日记\"\"\" date_str = datetime.now().strftime(\"%Y-%m-%d\") time_str = datetime.now().strftime(\"%H:%M:%S\") # 生成文件名 diary_file = self.diary_dir / f\"{date_str}.txt\" # 如果没有标题，自动生成 if not title: title = f\"{date_str} 的日记\" # 写入日记 with open(diary_file, \"a\", encoding=\"utf-8\") as file: file.write(f\"\\n{\'=\'*50}\\n\") file.write(f\"标题：{title}\\n\") file.write(f\"时间：{date_str} {time_str}\\n\") file.write(f\"作者：{self.config[\'author\']}\\n\") file.write(f\"{\'=\'*50}\\n\") file.write(content) file.write(f\"\\n{\'=\'*50}\\n\") # 更新配置 self.config[\"diary_count\"] += 1 self.save_config() print(f\"日记已保存到 {diary_file}\") def read_diary(self, date_str): \"\"\"读取指定日期的日记\"\"\" diary_file = self.diary_dir / f\"{date_str}.txt\" if not diary_file.exists(): print(f\"没有找到 {date_str} 的日记\") return None with open(diary_file, \"r\", encoding=\"utf-8\") as file: content = file.read() print(content) return content def list_diaries(self): \"\"\"列出所有日记\"\"\" diary_files = list(self.diary_dir.glob(\"*.txt\")) diary_files.sort() print(f\"\\n共有 {len(diary_files)} 篇日记：\") for diary_file in diary_files: date_str = diary_file.stem print(f\"- {date_str}\") return [f.stem for f in diary_files] def search_diary(self, keyword): \"\"\"搜索日记内容\"\"\" results = [] diary_files = list(self.diary_dir.glob(\"*.txt\")) for diary_file in diary_files: with open(diary_file, \"r\", encoding=\"utf-8\") as file: content = file.read() if keyword.lower() in content.lower(): results.append(diary_file.stem) if results: print(f\"\\n在以下日记中找到关键词 \'{keyword}\'：\") for date_str in results: print(f\"- {date_str}\") else: print(f\"没有找到包含关键词 \'{keyword}\' 的日记\") return results def export_diary(self, output_file=\"all_diaries.txt\"): \"\"\"导出所有日记到一个文件\"\"\" diary_files = list(self.diary_dir.glob(\"*.txt\")) diary_files.sort() with open(output_file, \"w\", encoding=\"utf-8\") as output: output.write(f\"《{self.config[\'author\']}的日记集》\\n\") output.write(f\"导出时间：{datetime.now().strftime(\'%Y-%m-%d %H:%M:%S\')}\\n\") output.write(f\"共包含 {len(diary_files)} 篇日记\\n\") output.write(\"=\"*80 + \"\\n\\n\") for diary_file in diary_files: with open(diary_file, \"r\", encoding=\"utf-8\") as file: content = file.read() output.write(content) output.write(\"\\n\\n\") print(f\"所有日记已导出到 {output_file}\")# 使用示例def main(): diary = DiaryManager() while True: print(\"\\n=== 个人日记管理系统 ===\") print(\"1. 写日记\") print(\"2. 读日记\") print(\"3. 列出所有日记\") print(\"4. 搜索日记\") print(\"5. 导出日记\") print(\"6. 退出\") choice = input(\"请选择操作（1-6）：\") if choice == \"1\": title = input(\"请输入日记标题（回车跳过）：\") print(\"请输入日记内容（输入 \'END\' 结束）：\") content_lines = [] while True: line = input() if line.strip() == \"END\": break content_lines.append(line) content = \"\\n\".join(content_lines) diary.write_diary(content, title if title else None) elif choice == \"2\": date_str = input(\"请输入日期（格式：YYYY-MM-DD）：\") diary.read_diary(date_str) elif choice == \"3\": diary.list_diaries() elif choice == \"4\": keyword = input(\"请输入搜索关键词：\") diary.search_diary(keyword) elif choice == \"5\": output_file = input(\"请输入导出文件名（默认：all_diaries.txt）：\") if not output_file: output_file = \"all_diaries.txt\" diary.export_diary(output_file) elif choice == \"6\": print(\"再见！\") break else: print(\"无效的选择，请重试\")if __name__ == \"__main__\": main()🚨 常见错误与解决方案
1. 编码问题
# 错误示例try: with open(\"中文.txt\", \"r\") as file: # 没有指定编码 content = file.read()except UnicodeDecodeError as e: print(f\"编码错误：{e}\")# 正确做法with open(\"中文.txt\", \"r\", encoding=\"utf-8\") as file: content = file.read()2. 文件路径问题
# 错误示例filename = \"data\\\\test.txt\" # 硬编码路径分隔符# 正确做法import osfilename = os.path.join(\"data\", \"test.txt\") # 跨平台兼容# 或使用pathlibfrom pathlib import Pathfilename = Path(\"data\") / \"test.txt\"3. 忘记关闭文件
# 错误示例file = open(\"test.txt\", \"w\")file.write(\"Hello\")# 忘记关闭文件！# 正确做法with open(\"test.txt\", \"w\") as file: file.write(\"Hello\")# 自动关闭4. 文件权限问题
def safe_write_file(filename, content): \"\"\"安全地写入文件\"\"\" try: with open(filename, \"w\", encoding=\"utf-8\") as file: file.write(content) return True except PermissionError: print(f\"没有权限写入文件 {filename}\") return False except Exception as e: print(f\"写入文件时发生错误：{e}\") return False🔧 性能优化技巧
1. 大文件处理
def process_large_file(filename): \"\"\"处理大文件的高效方法\"\"\" with open(filename, \"r\", encoding=\"utf-8\") as file: for line_num, line in enumerate(file, 1): # 逐行处理，不会占用大量内存 process_line(line) # 每处理1000行显示进度 if line_num % 1000 == 0: print(f\"已处理 {line_num} 行\")def process_line(line): \"\"\"处理单行数据\"\"\" # 实际的处理逻辑 pass2. 缓冲区优化
# 调整缓冲区大小with open(\"large_file.txt\", \"r\", buffering=8192) as file: content = file.read()3. 批量操作
def batch_write_lines(filename, lines, batch_size=1000): \"\"\"批量写入行数据\"\"\" with open(filename, \"w\", encoding=\"utf-8\") as file: for i in range(0, len(lines), batch_size): batch = lines[i:i + batch_size] file.writelines(batch) file.flush() # 强制写入磁盘📖 扩展阅读
相关模块推荐
pathlib：面向对象的文件路径处理shutil：高级文件操作（复制、移动、删除）tempfile：临时文件处理pickle：Python对象序列化configparser：配置文件处理
进阶主题
- 文件锁定和并发访问
- 内存映射文件处理
- 压缩文件操作（zip、tar）
- 二进制文件处理
- 网络文件系统操作
🎬 下集预告
下一篇文章我们将学习异常处理：优雅地处理错误。想象一下，如果程序遇到错误就崩溃，那用户体验该多糟糕！我们将学习如何让程序像一个专业的服务员，即使遇到意外情况也能优雅地处理，给用户最好的体验。
我们将探讨：
- 🚨 异常的本质和类型
- 🛡️ try-except语句的各种用法
- 🔄 自定义异常的创建
- 📝 日志记录的最佳实践
- 🎯 调试技巧和工具
📝 总结与思考题
核心要点总结
- 文件操作是程序的\"记忆力\"：让程序能够持久化数据
- with语句是最佳实践：自动管理文件的打开和关闭
- 编码很重要：处理中文文件时要指定UTF-8编码
- 路径处理要跨平台：使用os.path.join()或pathlib
- 异常处理不能忘：文件操作容易出错，要做好异常处理
实践作业
- 基础练习：创建一个简单的记账本程序，能够记录收支并保存到文件
- 进阶练习：实现一个通讯录管理系统，支持增删改查和数据导出
- 挑战练习：编写一个日志分析工具，能够分析Web服务器日志文件
思考题
- 为什么推荐使用with语句而不是手动open/close？
- 处理大文件时，为什么要逐行读取而不是一次性读取？
- JSON和CSV各有什么优缺点？什么情况下选择哪种格式？
- 如何设计一个程序来监控文件的变化？
记住：文件操作就像给程序配备了一个超级大脑，不仅能思考，还能记忆！ 🧠✨
掌握了文件操作，你就掌握了程序的\"记忆术\"。无论是保存用户数据、记录程序日志，还是处理各种格式的文件，你都能游刃有余。下一步，让我们学习如何让程序在面对错误时也能保持优雅！
