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Python少儿编程
第八章 永久存储的文件
目录
1.1
打开和关闭文件
1.2
读写文件
1.3
定位文件
1.4
高大上的文件系统
PART 01
打开和关闭文件
打开文件
1.1
Python使用内置函数open()即可按照指定模式打开指定文件，并创建文件对象，其语法格式如下。
open(filename[, mode])
其中，filename表示文件名称；mode表示文件的读写模式，缺省时为只读模式。该函数返回一个文件对象。例如，以只读模式打开一个名为“1.txt”的文件，可以用下面代码实现。
file = open('1.txt')
其中，file为打开的文件对象，通过它可以对文件进行读写操作。
如果想要写入文件，就需要在打开文件时指明文件的打开模式。Python中文件的打开模式有多种，具体表示方式如表8-1所示。
打开文件
1.1
表8-1 文件打开模式
打开文件
1.1
（1）以只读模式“r”打开文件时，该文件必须已经存在，否则抛出异常，且只能进行读取操作，打开时文件位置指针在文件的开头。
（2）以只写模式“w”打开文件时，如文件不存在，则以指定的文件名新建文件。若打开的文件已经存在，则新数据覆盖原文件中的已有数据，且只能进行写操作。
（3）以追加模式“a”打开文件时，如果文件已存在，打开时文件位置指针在文件的末尾，也就是说，新数据将写入到已有数据之后，如果文件不存在，则新建文件进行写入。
（4）“r+”“w+”“a+”模式都是既可读也可写，只是“r+”与“r”一样，文件必须已经存在。
（5）打开模式带上“b”表示以二进制文件格式进行操作。
关闭文件
1.2
在Python中，虽然文件会在程序退出后自动关闭，但考虑到数据的安全性，每次使用完文件后，都应使用close()方法关闭文件，其语法格式如下。
file.close()
其中，file为文件对象。例如，以只写模式打开一个名为“test.txt”的文件，然后关闭文件，可以用下面代码实现。
file = open('test.txt', 'w') #以只写方式打开名为“test.txt”的文件
file.close() #关闭文件
with语句
1.3
Python中的with语句（上下文管理语句）用于对资源进行访问，保证不管处理过程中是否发生错误或异常，都会调用__exit__()方法，执行规定的清理操作，释放访问的资源。它常用于文件操作、数据库连接、网络通信连接、多线程与多进程同步时的锁对象管理等场合，其语法格式如下。
with context_expression [as target(s)]:
with_body #执行代码
其中，context_expression是一个需要执行的表达式，返回一个对象；target(s)用于保存context_expression返回的对象，可以是一个或多个。例如，读写文件时，with语句的用法如下。
with open(filename[, mode]) as file:
with_body #通过文件对象读写文件的语句
PART 02
读写文件
写入文件
2.1
write()方法用于向文件中写入指定字符串，其语法格式如下。
file.write(str)
其中，file表示文件对象，str表示要写入文件的字符串。
【例8-1】 生日备忘录。
【问题分析】 首先，以只写模式打开文件（当文件不存在时会创建文件）；然后，向文件中写入数据，这里需要注意的是write()方法不会自动在字符串的末尾添加换行符，因此，当输入多行时，需要在write()语句中包含换行符；最后，关闭文件。
1． write()方法
写入文件
2.1
【参考代码】
#以只写模式打开名为“birthday.txt”的文件
file = open('birthday.txt', 'w')
#向文件中写入字符串
file.write('小蓝 2011.01.01\n')
file.write('小舞 2010.08.15\n')
file.write('小明 2011.05.01\n')
file.write('小红 2010.12.24\n')
file.close() #关闭文件
1． write()方法
写入文件
2.1
【运行结果】 程序运行后，会在当前工作目录下生成一个名为“birthday.txt”的文件，打开该文件，可以看到数据成功写入到了文件中，如图8-1所示。
图8-1 “birthday.txt”文件的内容
1． write()方法
写入文件
2.1
writelines()方法用于向文件中写入字符串序列，如一个字符串列表，其语法格式如下。
file.writelines(sequence)
其中，file表示文件对象，sequence表示写入文件的字符串序列。
【例8-2】 向生日备忘录中追加生日信息。
【问题分析】 要向文件中追加数据，须使用追加模式“a”打开文件。使用writelines()方法写入数据时，同样不会自动在列表后添加换行符，须手动加入。这里使用with语句进行文件操作。
2． writelines()方法
写入文件
2.1
2． writelines()方法
【参考代码】
#定义列表并赋值
birthday = ['小果 2010.10.01\n', '小玉 2010.09.09']
#以追加模式打开“birthday.txt”的文件
with open('birthday.txt', 'a') as file:
file.writelines(birthday) #向文件中追加字符串列表
写入文件
2.1
2． writelines()方法
【运行结果】 程序运行后，会将数据追加到“birthday.txt”文件中，打开该文件，可以看到数据成功追加到了文件中，如图8-2所示。
图8-2 追加数据后“birthday.txt”文件的内容
读取文件
2.2
read()方法用于从文件中读取指定的字节数，其语法格式如下。
file.read([size])
其中，file表示文件对象；size表示从文件中读取的字节数，如果缺省或为负，则读取整个文件内容。该方法以字符串形式返回从文件中读取的内容。
1． read()方法
读取文件
2.2
【例8-3】 按字节读取生日备忘录。
1． read()方法
【参考代码】
#以只读模式打开“birthday.txt”文件
with open('birthday.txt', 'r') as file:
line = file.read(14) #读取前14个字节
print(line) #输出前14个字节
print('*' * 20) #输出20个*用于分隔
content = file.read() #读取文件中剩余的所有内容
print(content) #输出文件中剩余的所有内容
读取文件
2.2
【运行结果】 程序运行结果如图8-3所示。
1． read()方法
图8-3 例8-3程序运行结果
【程序说明】 打开文件时，文件位置指针在文件的开头，运行“line = file.read(14)”语句，就会从文件的开头读取14个字节，由于第14个字节是一个换行符，而print()函数也会默认换行，所以输出“小蓝 2011.01.01”和一个空行。当执行“content = file.read()”语句时，文件位置指针已经在第14个字节处，因此，读取了文件中剩余的所有内容（不包括前14个字节）。
读取文件
2.2
readline()方法用于从文件中读取一行，包括换行符，其语法格式如下。
file.readline([size])
其中，file表示文件对象，size表示从文件中读取的字节数，如果缺省，则读取整行。
2． readline()方法
读取文件
2.2
2． readline()方法
【例8-4】 按行读取生日备忘录。
【参考代码】
#以只读模式打开“birthday.txt”文件
with open('birthday.txt', 'r') as file:
while True:
line = file.readline() #读取一行
if line: #如果读取的内容不为空
print(line, end='') #输出一行
else: #如果读取的内容为空
break #退出循环
读取文件
2.2
2． readline()方法
【运行结果】 程序运行结果如图8-4所示。
图8-4 例8-4程序运行结果
【程序说明】 上述代码中，循环按行读取文件中的内容，如果读取的内容为空，则说明文件位置指针已经在文件的末尾了，此时退出循环。
读取文件
2.2
readlines()方法用于读取所有行（直到结束符EOF）并返回列表，列表中每个元素为文件中的一行数据，其语法格式如下。
file.readlines()
3． readlines()方法
读取文件
2.2
3． readlines()方法
【例8-5】 一次性读取生日备忘录。
【参考代码】
#以只读模式打开“birthday.txt”文件
with open('birthday.txt', 'r') as file:
content = file.readlines() #读取所有行并返回列表
print(content) #输出列表
for line in content: #遍历列表
print(line, end='') #输出列表中的每个元素
读取文件
2.2
3． readlines()方法
【运行结果】 程序运行结果如图8-5所示。
图8-5 例8-5程序运行结果
读取文件
2.2
3． readlines()方法
当读取的文件非常大时，一次性将内容读取到列表中会占用很大内存，影响程序执行速度。因此，可以将文件本身作为一个行序列进行读取，遍历文件的所有行可直接用下面代码实现。
#以只读模式打开“birthday.txt”文件
with open('birthday.txt', 'r') as file:
for line in file: #遍历文件的所有行
print(line, end='') #输出每行
读取文件
2.2
3． readlines()方法
【例8-6】 统计2021年《政府工作报告》全文中出现次数前15的词语。
【问题分析】 词语出现次数统计涉及对词汇的统计（即词频统计），从思路上看，词频统计只是累加问题，即对文档中每个词语设计一个计数器，每出现一次，相关计数器加1。可以采用字典来解决词频统计问题，以“词语”为键，“计数器”为值。
中文字符之间没有天然的分隔符，在进行词频统计之前，需要对中文文本进行分词，此时，可使用jieba库解决这个问题。
【参考代码】
import jieba #导入jieba库
#以只读模式打开文件并读取文件内容
with open('2021年《政府工作报告》全文.txt', 'r') as file:
content = file.read()
读取文件
2.2
3． readlines()方法
【参考代码】（续）
words = jieba.lcut(content) #进行分词，将结果放入words列表中
counts = {} #定义字典用于存储词语和计数器
for word in words: #遍历words
if len(word) == 1: #排除单个字符的分词结果
continue
else:
counts[word] = counts.get(word, 0) + 1 #计数器累加
items = list(counts.items()) #将字典元素转换为列表
items.sort(key=lambda x:x[1], reverse=True) #根据计数降序排序
for i in range(15): #输出前15项
word, count = items[i]
print('{0:<10}{1:>5}'.format(word, count))
读取文件
2.2
3． readlines()方法
【运行结果】 程序运行结果如图8-8所示。
图8-8 例8-6程序运行结果
PART 03
定位文件
获取当前读写位置
3.1
在读写文件的过程中，如果想知道当前文件位置指针的位置，可通过tell()方法来获取，其语法格式如下。
file.tell()
该方法返回文件的当前位置，即文件位置指针当前位置，它是从文件头开始的字节数。
定位到指定位置
3.2
如果在读写文件的过程中，需要从指定位置开始读写操作，就可以使用seek()方法移动文件位置指针到指定位置，其语法格式如下。
file.seek(offset[, from])
其中，file表示文件对象；offset表示偏移量，即偏移的字节数；from表示起始点，即偏移的参考点。from有3种取值：0代表“文件开始位置”，1代表“当前位置”，2代表“文件末尾位置”。缺省时取0，当取2时，offset为负值，表示文件位置指针从文件末尾向前移动。
定位到指定位置
3.2
【例8-7】 读取文件，统计并输出文件内容。
【参考代码】
filename = input('请输入文件名：') #输入文件名
#以只读模式打开文件，并设置编码方式为UTF-8
with open(filename, 'r', encoding='UTF-8') as file:
file.seek(0, 2) #指针移到文件末尾
pos = file.tell() #获取指针位置并赋给pos
file.seek(0, 0) #指针移到文件开头
content = file.read(pos) #读取pos个字节的内容
#输出字节数和内容
print('共{}个字节，内容如下。\n{}'.format(pos, content))
【问题分析】 首先，打开指定的文件，文件名由键盘输入；接着，使用seek()方法定位到文件末尾；然后，使用tell()方法返回文件位置指针当前位置，即文件包含的字节数；最后，使用seek()方法定位到文件开头后，使用read()方法读取文件内容，并输出字节数和文件内容。
定位到指定位置
3.2
【运行结果】 程序运行结果如图8-9所示。
图8-9 例8-7程序运行结果
PART 04
高大上的文件系统
os模块
4.1
Python标准库的os模块除了提供使用操作系统功能和访问文件系统的简便方法外，还提供了大量文件操作的方法，常用的方法如表8-2所示。
表8-2 os模块的常用方法
os模块
4.1
表8-2 os模块的常用方法（续）
os模块
4.1
【例8-8】 创建文件夹，批量处理文件。
【问题分析】 首先，使用mkdir()方法在当前工作目录下创建“语文”文件夹，并使用chdir()方法将工作目录切换到“语文”文件夹中；接着，在该目录下使用for循环以只写模式打开文件方式批量生成文件；然后，删除其中一个文件后，生成一个同名文件夹；最后，使用listdir()方法返回“语文”文件夹下的文件列表，并使用for循环遍历文件列表，使用rename()方法重命名每个文件。
其中，每次操作“语文”文件夹时，可通过输出该文件夹下文件列表查看是否操作成功。
os模块
4.1
【参考代码】
import os #导入os模块
os.mkdir('语文') #创建“语文”文件夹
os.chdir('语文') #将当前目录切换到“语文”文件夹中
#创建文件名列表
data_list = ['语法', '诗词', '古文', '写作', '外国文学']
for data in data_list: #遍历文件名列表
filename = data + '.txt' #设置文件为txt文件
file = open(filename, 'w') #创建文件
file.close() #关闭文件
path = os.getcwd() #获取当前目录
print(os.listdir(path)) #输出文件列表
os模块
4.1
【参考代码】（续）
os.remove(path + '\\外国文学.txt') #删除“外国文学”文件
os.mkdir('外国文学') #创建“外国文学”文件夹
file_name = os.listdir(path) #获取当前目录下的文件和文件夹列表
print(file_name) #输出文件和文件夹列表
i = 1
for name in file_name: #遍历列表
if '.txt' in name: #如果为txt文件
new_name = str(i) + name #在原文件名前加上数字进行编号
os.rename(name, new_name) #重命名文件
i += 1 #i加1
print(os.listdir(path)) #输出文件和文件夹列表
os模块
4.1
【运行结果】 运行程序，“语文”文件夹下文件列表的变化如图8-10所示。重命名后的文件视图如图8-11所示。
图8-10 “语文”文件夹下文件列表的变化
os模块
4.1
图8-11 重命名后的文件视图
os.path模块
4.2
os.path模块提供了大量用于判断路径、获取文件属性的方法，常用的方法如表8-3所示。
表8-2 os模块的常用方法
os.path模块
4.2
例如：
#导入os.path模块
import os.path
#输出绝对路径，结果为“D:\PycharmProjects\第8章\语文”
print(os.path.abspath('语文'))
#查看文件是否存在，结果为True
print(os.path.exists('语文'))
#分割目录和文件名，结果为('D:\\PycharmProjects\\第8章', '语文')
print(os.path.split('D:\\PycharmProjects\\第8章\\语文'))
#分割文件名和扩展名，结果为('例8-8', '.py')
print(os.path.splitext('例8-8.py'))
#查看文件大小，结果为1107
print(os.path.getsize('例8-8.py'))
shutil模块
4.3
shutil模块也提供了大量支持文件和文件夹操作的方法，常用的方法如表8-4所示。
表8-4 shutil模块的常用方法
shutil模块
4.3
【例8-9】 备份生日备忘录。
【问题分析】 使用copy()方法将生日备忘录“birthday.txt”中的内容复制到另一个文件“birthday_copy.txt”中。
【参考代码】
import shutil #导入shutil模块
#复制文件内容及权限
shutil.copy('birthday.txt', 'birthday_copy.txt')
shutil模块
4.3
【运行结果】 程序运行后，“birthday_copy.txt”文件的内容如图8-12所示。
图8-12 “birthday_copy.txt”文件的内容
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