Python 文件操作详解：从基础到实践

在 Python 编程中，文件操作是一项至关重要的技能。它能够让我们和外部存储设备里的数据进行交互，实现数据的读取、写入和修改。无论是处理配置文件、记录日志，还是进行数据持久化，文件操作都必不可少。接下来，我们会详细介绍 Python 中文件操作的各个方面。

一、文件打开

在 Python 里，借助内置的open()函数来打开文件，其基本语法如下：

file = open(file, mode='r', buffering=-1, encoding=None, errors=None, newline=None, closefd=True, opener=None)

• file：要打开的文件的路径，可以是相对路径或绝对路径。
• mode：打开文件的模式，常见的模式有：
  • 'r'：只读模式（默认），如果文件不存在则会引发 FileNotFoundError。
  • 'w'：写入模式，如果文件已存在则会覆盖原有内容；如果文件不存在则创建新文件。
  • 'a'：追加模式，在文件末尾追加内容，如果文件不存在则创建新文件。
  • 'x'：独占创建模式，如果文件已存在则会引发 FileExistsError。
  • 'b'：二进制模式，用于处理二进制文件，如图片、音频等。
  • 't'：文本模式（默认），用于处理文本文件。
• buffering：指定缓冲策略，默认值 -1 表示使用系统默认的缓冲机制。
• encoding：指定文件的编码方式，如 'utf-8'、'gbk' 等。
• errors：指定如何处理编码错误。
• newline：控制换行符的处理方式。
• closefd：如果为 True（默认），则在关闭文件时会关闭文件描述符。
• opener：自定义打开文件的方式。

1. 相对路径与绝对路径

• 相对路径：是相对于当前工作目录的路径。例如，当前工作目录为/home/user/project，若文件test.txt在project目录下的data子目录中，那么相对路径可写成data/test.txt。
• 绝对路径：是从根目录开始的完整路径。在上述例子中，若系统根目录为/，则绝对路径是/home/user/project/data/test.txt 。

2. 打开模式

模式	描述
'r'	以只读模式打开文件。文件指针会置于文件开头，若文件不存在则抛出FileNotFoundError异常。
'w'	以写入模式打开文件。若文件已存在，会清空文件原有内容；若文件不存在，则创建新文件。
'a'	以追加模式打开文件。文件指针会放在文件末尾，若文件不存在，则创建新文件。
'x'	以独占创建模式打开文件。若文件已存在，则抛出FileExistsError异常；若文件不存在，则创建新文件。
'b'	以二进制模式打开文件，可与其他模式组合使用，如'rb'、'wb'等，用于处理非文本文件，如图像、音频等。
't'	以文本模式打开文件（默认模式），可与其他模式组合使用，如'rt'、'wt'等，用于处理文本文件 。
'+'	以读写模式打开文件，可与其他模式组合使用，如'r+'、'w+'、'a+'等。

详细模式讲解

• 'r'（只读模式）：
  当你使用'r'模式打开文件时，意味着你只能读取文件内容，而不能对其进行修改。文件指针会被自动定位到文件的起始位置。例如：

try:file = open('test.txt', 'r')content = file.read()print(content)file.close()
except FileNotFoundError:print("文件未找到，请检查文件路径。")

在这个例子中，如果test.txt文件存在，就会读取其全部内容并打印；若文件不存在，则会捕获FileNotFoundError异常并输出提示信息。

• 'w'（写入模式）：
  使用'w'模式打开文件时，若文件已经存在，其原有内容会被全部清空；若文件不存在，则会创建一个新文件。例如：

file = open('test.txt', 'w')
file.write("这是新写入的内容。")
file.close()

此代码会清空test.txt文件原有的内容，然后写入新的字符串"这是新写入的内容。"。

• 'a'（追加模式）：
  'a'模式用于在文件末尾追加新内容。若文件不存在，会创建一个新文件。例如：

file = open('test.txt', 'a')
file.write("\n追加的新内容。")
file.close()

这里会在test.txt文件的末尾添加一行新内容"追加的新内容。"。

• 'x'（独占创建模式）：
  该模式用于创建新文件，若文件已经存在，会抛出FileExistsError异常。例如：

try:file = open('new_file.txt', 'x')file.write("新文件的内容。")file.close()
except FileExistsError:print("文件已存在，无法以独占创建模式打开。")

若new_file.txt文件不存在，会创建该文件并写入内容；若文件已存在，则会捕获异常并输出提示信息。

• 'b'（二进制模式）：
  二进制模式通常和其他模式组合使用，如'rb'（二进制只读）、'wb'（二进制写入）等，用于处理非文本文件，如图像、音频等。例如：

# 以二进制只读模式打开图片文件
with open('image.jpg', 'rb') as file:image_data = file.read()
# 以二进制写入模式将图片数据写入新文件
with open('new_image.jpg', 'wb') as new_file:new_file.write(image_data)

这段代码将image.jpg文件以二进制只读模式打开，读取其数据，然后以二进制写入模式将数据写入new_image.jpg文件。

• 't'（文本模式）：
  文本模式是默认模式，可与其他模式组合使用，如'rt'、'wt'等，用于处理文本文件。在文本模式下，Python 会自动处理换行符等文本相关的转换。例如：

with open('text.txt', 'rt') as file:lines = file.readlines()for line in lines:print(line.strip())

此代码以文本只读模式打开text.txt文件，逐行读取内容并打印，同时去除每行末尾的换行符。

• '+'（读写模式）：
  '+'模式可与其他模式组合，形成不同的读写模式。
  • 'r+'：以读写模式打开文件，文件指针位于文件开头，会保留文件原有内容。例如：

with open('test.txt', 'r+') as file:content = file.read()file.write("新添加的内容。")

先读取文件原有内容，然后在文件末尾添加新内容。

• 'w+'：以读写模式打开文件，会清空文件原有内容。例如：

with open('test.txt', 'w+') as file:file.write("新的内容。")file.seek(0)  # 将文件指针移到文件开头content = file.read()print(content)

先写入新内容，然后将文件指针移到开头，读取并打印内容。

• 'a+'：以读写模式打开文件，文件指针位于文件末尾，从文件末尾开始追加写入，读取时需移动文件指针。例如：

with open('test.txt', 'a+') as file:file.write("追加的内容。")file.seek(0)  # 将文件指针移到文件开头content = file.read()print(content)

先在文件末尾追加内容，然后将文件指针移到开头，读取并打印文件全部内容。

二、文件读取

打开文件后，我们可以运用多种方法读取文件内容。

1. read()方法

read()方法用于读取文件的全部内容，并返回一个字符串。

try:file = open('test.txt', 'r')content = file.read()print(content)file.close()
except FileNotFoundError:print("文件未找到，请检查文件路径。")

上述代码打开test.txt文件，读取全部内容并打印，最后关闭文件。需要注意的是，若文件较大，一次性读取全部内容可能会占用过多内存，此时可指定读取的字节数，如file.read(10)，表示读取文件的前 10 个字节。

2. readline()方法

readline()方法用于逐行读取文件内容，每次调用只读取一行，返回一个字符串，字符串末尾包含换行符\n。

try:file = open('test.txt', 'r')line = file.readline()while line:print(line.strip())  # 使用strip()方法去除换行符line = file.readline()file.close()
except FileNotFoundError:print("文件未找到，请检查文件路径。")

上述代码逐行读取test.txt文件内容并打印，直到读取完所有行。

3. readlines()方法

readlines()方法用于读取文件的所有行，并返回一个包含所有行的列表，列表中的每个元素为文件的一行内容，末尾包含换行符\n。

try:file = open('test.txt', 'r')lines = file.readlines()for line in lines:print(line.strip())file.close()
except FileNotFoundError:print("文件未找到，请检查文件路径。")

上述代码读取test.txt文件的所有行，并遍历打印每一行内容。

三、文件写入

1. write()方法

write()方法用于向文件中写入内容，接受一个字符串作为参数。

try:file = open('test.txt', 'w')file.write("Hello, World!")file.close()
except Exception as e:print(f"写入文件时发生错误：{e}")

上述代码以写入模式打开test.txt文件，写入字符串"Hello, World!"，若文件不存在则创建新文件，若存在则清空原有内容。

2. writelines()方法

writelines()方法用于将一个字符串序列（如列表）写入文件，不会自动添加换行符，需要手动添加。

lines = ["Line 1\n", "Line 2\n", "Line 3\n"]
try:file = open('test.txt', 'w')file.writelines(lines)file.close()
except Exception as e:print(f"写入文件时发生错误：{e}")

上述代码将列表lines中的内容写入test.txt文件。

四、文件关闭

使用完文件后，需要及时关闭文件，以释放系统资源。可以使用close()方法关闭文件。

file = open('test.txt', 'r')
# 进行文件操作
file.close()

但这种方式存在一个问题，如果在文件操作过程中发生异常，close()方法可能无法执行，从而导致资源泄漏。为了避免这种情况，推荐使用with语句。

with open('test.txt', 'r') as file:content = file.read()print(content)
# 离开with块后，文件会自动关闭

with语句会在代码块执行完毕后，自动调用文件对象的close()方法关闭文件，即使在执行过程中发生异常也能确保文件被正确关闭。

五、文件指针操作

在文件操作过程中，我们可以通过seek()方法移动文件指针的位置，tell()方法用于获取文件指针当前的位置（以字节为单位）。

1. seek()方法

seek(offset, whence)方法用于移动文件指针，其中offset表示偏移量，whence表示参考位置。

• whence = 0：表示从文件开头开始计算偏移量（默认值）。
• whence = 1：表示从当前文件指针位置开始计算偏移量（仅适用于二进制模式）。
• whence = 2：表示从文件末尾开始计算偏移量（仅适用于二进制模式）。

try:file = open('test.txt', 'r+')file.seek(5)  # 将文件指针移动到第5个字节的位置content = file.read()print(content)file.close()
except FileNotFoundError:print("文件未找到，请检查文件路径。")

上述代码将文件指针移动到第 5 个字节的位置，然后读取后续内容。

2. tell()方法

tell()方法返回文件指针当前的位置。

try:file = open('test.txt', 'r')file.read(3)  # 读取前3个字节position = file.tell()print(position)file.close()
except FileNotFoundError:print("文件未找到，请检查文件路径。")

上述代码读取文件的前 3 个字节后，获取文件指针当前的位置并打印。

通过以上对 Python 文件操作的详细讲解，我们掌握了文件打开、读取、写入、关闭以及文件指针操作等核心知识。合理运用这些知识，能够高效地处理各种文件相关的任务，无论是简单的文本处理，还是复杂的数据存储与读取，都能轻松应对。

上述内容系统梳理了 Python 文件操作知识。若你对特定方法还有疑问，或想了解更多文件操作应用场景，欢迎和我交流。