一、引言
Python 是一种强大的编程语言，它以其易用性和丰富的库支持而著称。在 Python 中，文件操作与 I/O（Input/Output，输入/输出）是非常常见的任务。无论是读取配置文件、处理日志文件，还是与数据库进行交互，都需要对文件操作有深入的理解。本文将从基础开始，逐步介绍 Python 中的文件操作与 I/O，并涵盖一些高级技巧，帮助读者更好地掌握这一重要技能。
二、基础文件操作
打开文件
在 Python 中，我们使用 open() 函数来打开文件。该函数返回一个文件对象，该对象提供了许多用于读取和写入文件的方法。
# 打开文件，'r' 表示读取模式
with open('example.txt', 'r') as file:
content = file.read()
print(content)with 语句用于确保文件在操作完成后正确关闭，即使发生异常也是如此。
写入文件
要写入文件，我们需要在 open() 函数中指定写入模式（'w' 表示写入模式，会覆盖原有内容；'a' 表示追加模式，会在文件末尾添加内容）。
# 写入文件，'w' 表示写入模式
with open('example.txt', 'w') as file:
file.write('Hello, World!')读取和写入二进制文件
对于二进制文件，我们需要使用 'rb' 或 'wb' 模式来打开文件。
# 读取二进制文件
with open('image.png', 'rb') as file:
binary_data = file.read()
# 写入二进制文件
with open('output.png', 'wb') as file:
file.write(binary_data)三、文件对象的常用方法
除了 read() 和 write() 方法外，文件对象还提供了许多其他有用的方法。
- readline()：读取一行内容。
- readlines()：读取所有行，并返回一个包含所有行的列表。
- seek(offset, whence)：移动文件读取/写入的指针位置。
- tell()：返回当前文件读取/写入的指针位置。
- flush()：将缓冲区的内容写入磁盘，确保文件内容已经更新。
四、文件路径处理
在处理文件时，经常需要处理文件路径。Python 提供了 os 和 os.path 模块来处理这些任务。
import os
# 获取当前工作目录
current_dir = os.getcwd()
print(current_dir)
# 拼接文件路径
file_path = os.path.join(current_dir, 'example.txt')
print(file_path)
# 检查文件是否存在
if os.path.exists(file_path):
print("File exists.")
else:
print("File does not exist.")五、文件操作的高级技巧
上下文管理器（with 语句）
前面已经提到了 with 语句，它不仅可以确保文件在操作完成后正确关闭，还可以用于其他需要设置和清理的任务。
文件锁
在多线程或多进程环境中，有时需要确保同一时间只有一个线程或进程可以访问文件。Python 的 fcntl（在 Unix 系统上）和 msvcrt（在 Windows 上）模块提供了文件锁的功能。
文件编码
在处理文本文件时，需要指定正确的文件编码。Python 3 默认使用 UTF-8 编码，但也可以指定其他编码。
with open('example.txt', 'r', encoding='utf-8') as file:
content = file.read()使用内置模块处理文件
Python 提供了许多内置模块来处理特定类型的文件，如 CSV 文件（csv 模块）、JSON 文件（json 模块）等。这些模块提供了更高级别的抽象，使文件处理更加简单。
文件压缩与解压缩
Python 的 zipfile 和 gzip 模块可以用于处理压缩文件。这些模块提供了读取和解压缩文件的功能，使处理大型文件或网络传输更加高效。
六、案例：处理日志文件
假设我们有一个日志文件 log.txt，内容如下：
2023-09-17 10:00:00 INFO: User logged in.
2023-09-17 10:30:00 ERROR: Connection failed.
2023-09-17 11:00:00 INFO: New message received.
...
我们的目标是解析这个日志文件，提取出所有的错误消息（ERROR 级别）以及它们的时间戳。
import re
# 定义一个函数来解析日志文件
def parse_log_file(log_file):
errors = []
with open(log_file, 'r') as file:
for line in file:
match = re.search(r'(\d{4}-\d{2}-\d{2} \d{2}:\d{2}:\d{2}) ERROR: (.*)', line)
if match:
timestamp, message = match.groups()
errors.append((timestamp, message.strip()))
return errors
# 调用函数并打印结果
errors = parse_log_file('log.txt')
for timestamp, message in errors:
print(f"{timestamp}: {message}")在上面的代码中，我们使用正则表达式来匹配日志文件中的每一行，并提取出时间戳和错误消息。然后，我们将这些信息存储在一个列表中，并最后打印出来。
七、总结
本文详细介绍了 Python 中的文件操作与 I/O，从基础的文件打开、读取、写入，到高级的文件路径处理、文件锁、文件编码，再到使用内置模块处理特定类型的文件，以及文件压缩与解压缩。通过具体的案例和代码示例，我们展示了如何在 Python 中进行高效的文件操作。希望本文能帮助读者更好地掌握这一重要技能，并在实际项目中应用。
