9.1 文件操作基础

9.1.1 文件操作流程

9.1.2 文件打开模式

表9-1 Python文件打开模式

9.2 文件读写操作

9.2.1 基本读写方法

文件对象主要方法：

file.read(size)      # 读取size字节内容
file.readline()      # 读取一行
file.readlines()     # 读取所有行到列表
file.write(string)   # 写入字符串
file.writelines()    # 写入字符串序列
file.seek(offset)    # 移动文件指针
file.tell()         # 返回当前指针位置

9.2.2 文本文件操作

# 传统写法
try:
    f = open('data.txt', 'r', encoding='utf-8')
    content = f.read()
finally:
    f.close()

# 推荐写法(上下文管理器)
with open('data.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
    lines = f.readlines()
    for line in lines:
        print(line.strip())

9.2.3 二进制文件操作

# 图片复制示例
with open('input.jpg', 'rb') as src, open('output.jpg', 'wb') as dst:
    while True:
        chunk = src.read(1024)  # 分块读取
        if not chunk:
            break
        dst.write(chunk)

9.3 上下文管理器

9.3.1 with语句原理

9.3.2 自定义上下文管理器

class DatabaseConnection:
    """数据库连接上下文管理器"""
    def __enter__(self):
        print("建立数据库连接")
        return self  # 返回资源对象
    
    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        print("关闭数据库连接")
        if exc_type:  # 处理异常
            print(f"发生错误: {exc_val}")
        return True  # 抑制异常

# 使用示例
with DatabaseConnection() as conn:
    print("执行数据库操作")
    # raise ValueError("模拟错误")  # 测试异常处理

9.4 常见文件格式处理

9.4.1 CSV文件

import csv

# 读取CSV
with open('data.csv', 'r', encoding='utf-8') as f:
    reader = csv.DictReader(f)
    for row in reader:
        print(row['name'], row['age'])

# 写入CSV
data = [{'name': 'Alice', 'age': 25}, {'name': 'Bob', 'age': 30}]
with open('output.csv', 'w', encoding='utf-8') as f:
    writer = csv.DictWriter(f, fieldnames=['name', 'age'])
    writer.writeheader()
    writer.writerows(data)

9.4.2 JSON文件

import json

# 写入JSON
data = {'name': 'Alice', 'scores': [88, 92, 95]}
with open('data.json', 'w', encoding='utf-8') as f:
    json.dump(data, f, indent=2)

# 读取JSON
with open('data.json', 'r', encoding='utf-8') as f:
    loaded = json.load(f)
    print(loaded['name'])

9.4.3 配置文件处理

import configparser

# 写入配置
config = configparser.ConfigParser()
config['DEFAULT'] = {'Server': '192.168.1.1', 'Port': '8080'}
config['USER'] = {'Name': 'Admin'}
with open('config.ini', 'w') as f:
    config.write(f)

# 读取配置
config.read('config.ini')
print(config['USER']['Name'])  # Admin

9.5 目录操作

9.5.1 os模块操作

import os

# 目录遍历
for root, dirs, files in os.walk('.'):
    print(f"当前目录: {root}")
    print(f"子目录: {dirs}")
    print(f"文件: {files}")

# 创建目录
os.makedirs('data/temp', exist_ok=True)

9.5.2 pathlib模块(推荐)

from pathlib import Path

# 创建目录
data_dir = Path('data') / 'temp'
data_dir.mkdir(parents=True, exist_ok=True)

# 文件操作
file_path = data_dir / 'test.txt'
file_path.write_text('Hello Pathlib!', encoding='utf-8')
print(file_path.read_text(encoding='utf-8'))

9.6 高级IO操作

9.6.1 内存文件

from io import StringIO, BytesIO

# 文本内存文件
text_buffer = StringIO()
text_buffer.write("Hello ")
text_buffer.write("Memory IO!")
print(text_buffer.getvalue())  # Hello Memory IO!

# 二进制内存文件
bytes_buffer = BytesIO()
bytes_buffer.write(b'\x01\x02\x03')
print(bytes_buffer.getvalue())  # b'\x01\x02\x03'

9.6.2 序列化与反序列化

import pickle

# 对象序列化
data = {'name': 'Alice', 'age': 25}
with open('data.pkl', 'wb') as f:
    pickle.dump(data, f)

# 反序列化
with open('data.pkl', 'rb') as f:
    loaded = pickle.load(f)
    print(loaded)  # {'name': 'Alice', 'age': 25}

9.7 综合应用举例

案例1：日志分析系统

def analyze_log(log_file):
    """分析日志文件"""
    stats = {
        'total': 0,
        'by_level': {},
        'errors': []
    }
    
    with open(log_file, 'r', encoding='utf-8') as f:
        for line in f:
            stats['total'] += 1
            if 'ERROR' in line:
                level = 'ERROR'
                stats['errors'].append(line.strip())
            elif 'WARN' in line:
                level = 'WARN'
            else:
                level = 'INFO'
            
            stats['by_level'][level] = stats['by_level'].get(level, 0) + 1
    
    # 生成报告
    report = f"""日志分析报告:
总行数: {stats['total']}
级别分布: {stats['by_level']}
错误数量: {len(stats['errors'])}
前3条错误:
"""
    for error in stats['errors'][:3]:
        report += f"- {error}\n"
    
    # 写入报告
    with open('log_report.txt', 'w', encoding='utf-8') as f:
        f.write(report)
    
    return stats

# 使用示例
analyze_log('app.log')

案例2：文件加密工具

import hashlib
from pathlib import Path

def file_checksum(file_path, algorithm='sha256'):
    """计算文件校验和"""
    h = hashlib.new(algorithm)
    with open(file_path, 'rb') as f:
        while chunk := f.read(8192):
            h.update(chunk)
    return h.hexdigest()

def encrypt_file(src, dst, key):
    """简单文件加密"""
    key_hash = hashlib.sha256(key.encode()).digest()
    
    with open(src, 'rb') as s, open(dst, 'wb') as d:
        for i, byte in enumerate(s.read()):
            # 简单异或加密
            encrypted = byte ^ key_hash[i % len(key_hash)]
            d.write(bytes([encrypted]))

# 使用示例
src_file = 'secret.txt'
enc_file = 'secret.enc'
key = "mysecretpassword"

# 加密文件
encrypt_file(src_file, enc_file, key)

# 验证文件完整性
print(f"原始文件校验和: {file_checksum(src_file)}")
print(f"加密文件校验和: {file_checksum(enc_file)}")

9.8 学习路线图

9.9 学习总结

1. 核心要点：
2. 掌握文件打开模式的区别
3. 理解上下文管理器原理
4. 熟悉常见文件格式处理
5. 掌握安全文件操作实践
6. 实践建议：
7. 始终使用with语句管理文件
8. 处理文件指定明确编码
9. 大文件采用分块读写
10. 使用pathlib替代os.path
11. 进阶方向：
12. 异步文件操作(asyncio)
13. 内存映射文件(mmap)
14. 文件监控(watchdog)
15. 压缩文件处理(zip/gzip)
16. 常见陷阱：
17. 忘记关闭文件导致资源泄漏
18. 编码不一致导致乱码
19. 文件路径跨平台问题
20. 大文件一次性读取内存溢出

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