本章将介绍 Python3 中关于文件的操作（读取和写入，I/O，Input/Output），文件操作对编程非常重要，通常我们通过文件（txt、csv、json 等）提供数据，而不是通过控制台输入。而且，程序处理后的结果也往往写入到文件中，并非输出到控制台。
在 Python3 中，对文件操作进行了高度封装，提供了语法简洁、安全性高的文件处理方法。
Python3 原生就支持读取、写入、追加、关闭等基础操作（不需要使用 import 导入库），同时内置自动资源管理、字符编码处理等功能。这无疑降低了对文件操作的门槛，又能有效避免内存泄漏（忘记释放资源）、数据丢失等问题。
在操作文件之前，必须先准确告诉 Python ，待操作文件的具体位置，这个位置就是文件路径。文件路径是连接程序与文件的桥梁，路径错误会直接导致 FileNotFoundError（文件没有找到）异常。
下面是 Windows 中的文件路径（Windows 中使用反斜杠分隔路径）：
C:\Users\Administrator\.conda\envs\python308\LICENSE_PYTHON.txt下面是 Linux 中的文件路径（Linux 中使用斜杠分隔路径）：
/etc/nginx/modules-enabled/50-mod-http-xslt-filter.conf注意，上面两个路径指定了文件的完整路径，我们称为绝对路径。什么是绝对路径下面将进行介绍？
绝对路径是文件在计算机中的完整、唯一路径，从磁盘根目录开始，一直精确到目标文件，不受程序运行位置影响。在 Windows 中，从盘符开始，如 C:\xxx 或 D:\xxx，盘符在 Windows 中就是根路径。而在 Linux/Unix/max 系统中，根即 /，所有的磁盘路径均从 / 开始。
绝对路径的特点：固定不变、定位精准，适合固定位置的文件；例如：
Windows 示例：C:\Users\Administrator\.conda\envs\python308\LICENSE_PYTHON.txt
Mac/Linux 示例：/etc/nginx/modules-enabled/50-mod-http-xslt-filter.conf
注意：Windows 中路径的 \ 是转义字符，Python 中需写为 \\ 或使用原始字符串 r"C:\Users\test.txt"。
相对路径是相对于当前程序运行目录的文件路径，不写完整根目录，简洁灵活。相对路径中有两个特殊符号：
“.”用于表示当前路径
“..”用于表示上级目录
例如，我们有一个 python 脚本，完整路径为 C:\Users\Administrator\python\demo\hello.py，如下图：
如果我们在 C:\Users\Administrator\python 目录下面执行 python demo\hello.py，如下图：
成功运行了 hello.py 脚本，其中 demo/hello.py 就是相对路径，相对当前目录 C:\Users\Administrator\python，去查找 demo\hello.py 脚本。
如果我们将 hello.py 脚本移动到上级目录 C:\Users\Administrator\python 中，如下图：
此时，当前目录为 C:\Users\Administrator\python\demo，则可以通过“..”定位到上级目录执行 hello.py 脚本，如下图：
依旧执行成功，记住了，一个“..”代表一层上级目录，如果是两层上级目录，则使用“../..”，三层或多层依次类推。
相对目录的特点：依赖程序运行位置，适合项目内部文件（如配置文件、数据文件），如果程序运行位置发生变化，相对路径会失效。
相对目录的基础写法：
直接写文件名：data.txt（表示程序当前目录下的文件）
子目录：files/log.txt（当前目录下 files 文件夹中的文件）
上级目录：../config.txt（当前目录的上一级目录中的文件）
上上级目录：../../config.txt（当前目录的上上级目录中的文件）
记住了，操作文件的标准流程如下图：
注意：关闭文件是必要的步骤，忘记关闭会占用系统资源，甚至导致文件数据无法正常保存。你可以想象你去洗手，先打开水龙头、洗手，最后却忘记关闭水龙头，会怎么样呢？
open() 是 Python3 内置函数，用于打开文件，返回一个文件对象（文件句柄），所有文件读写操作都基于这个对象。如果该文件不能被打开，则引发 OSError 错误。
open() 语法如下：
open(file, mode='r', buffering=-1, encoding=None, errors=None, newline=None, closefd=True, opener=None)参数说明：
file（必填，文件路径）用于指定要打开的文件路径，可以是绝对路径/相对路径。例如：
open("test.txt") # 相对路径（当前文件夹）
open("/home/user/a.txt") # 绝对路径mode（打开模式）用于控制文件的读、写、追加、二进制等操作，默认值为 'r'（只读模式）。常用模式组合如下：
r 表示只读（默认），文件必须存在，否则报错。
w 表示只写，如果文件不存在则创建，如果存在则清空文件内容。
a 表示追加写入，如果文件不存在则创建，写入的内容追加到文件的末尾。
r+ 表示读写，文件必须存在。
w+ 表示读写，先清空文件，再读写。
a+ 表示追加 + 读写，写入的内容永远添加在文件末尾。
b 表示二进制模式，用于图片、视频、exe 等文件（如 'rb'、'wb'）。
t 表示文本模式（默认），用于文本文件（如 'rt'、'text'）。
encoding（文件编码）用于指定读取 / 写入文件时使用的字符编码，默认值为 None（使用系统默认编码，Windows=gbk，Mac/Linux=utf-8），处理中文可以使用 utf-8 编码。例如：
# 打开中文文本不乱码
open("test.txt", "r", encoding="utf-8")errors（编码错误处理）用于指定当文件编码不匹配时，如何处理报错。常用值：
'strict'（默认）：编码错误直接抛异常
'ignore'：忽略错误字符
'replace'：使用替换标记（例如 '?' ）插入有错误数据的地方
buffering（缓冲策略）用于设置文件读写的缓冲区大小，默认值为 -1（使用系统默认缓冲区）。可选取值：
0：关闭缓冲（仅二进制模式可用）
1：行缓冲（仅文本模式）
其他整数：自定义缓冲区大小
newline（换行符处理）用于控制文本模式下换行符的转换（\n、\r\n），默认值为 None。
读取时：将所有换行符统一转为 \n
写入时：将 \n 转为系统默认换行符
常用值：''（禁止自动转换换行符）
closefd（关闭文件描述符）用于关闭文件时，是否同时关闭底层文件描述符，默认值为 True。仅当传入文件描述符（而非路径）时使用，普通文件无需修改。
opener（自定义打开器）用于设置自定义文件打开的底层逻辑，默认值为 None（使用系统默认打开方式）。
with 是 Python 的上下文管理器语法，作用就是自动帮你管理资源，不用手动开关 / 释放。使用 with 时：
在代码块开始时自动执行初始化 / 打开操作
在代码块结束时自动执行清理 / 关闭操作
即使中途报错、异常退出，with 也能保证资源被正常释放。
如果我们将 with 搭配 open() 使用时，语法如下：
with open(文件路径, 模式, 编码...) as 文件对象:
# 在这里读写文件with 会自动帮我们干下面这些事：
自动打开文件
代码块结束后自动关闭文件
即使报错也能安全关闭，不会损坏文件
示例：这是传统方式打开和读取文件，必须手动关闭文件。
f = open("test.txt", "r", encoding="utf-8")
content = f.read()
f.close() # 必须手动写，忘记写就会造成文件泄漏相比传统方式，更推荐使用 with open() 方式，如下：
with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as f:
content = f.read()注意，当运行时出了 with 缩进代码块，文件会自动关闭，完全不用手动调用 close() 方法关闭文件。
读取文件指将磁盘上文件中的数据加载到程序中，而 Python 提供了多种读取方法，适配不同大小、不同格式的文件，下面将分别介绍。
read() 函数会一次性读取文件的全部内容，返回一个字符串。注意，该函数仅仅适合小型文件，如配置文件、短文本。如果使用该函数读取大文件，会导致占用大量内存，导致程序卡顿。
示例：
假如 test.txt 文件内容如下：
床前明月光，疑是地上霜。
举头望明月，低头思故乡。Python 脚本如下：
with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as f:
content = f.read() # 读取全部内容
print(content)运行结果：
床前明月光，疑是地上霜。
举头望明月，低头思故乡。readline() 函数每次只读取文件的一行内容，读取完毕后指针移动到下一行。该函数特别适合需要逐行处理数据的场景，如读取日志、表格文件等等，不用一次性把整个文件读进内存，更省资源。
示例：复用前面的 test.txt 文件
with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as f:
line1 = f.readline() # 读取第一行
print(line1, end="")
line2 = f.readline() # 读取第二行
print(line2, end="")readlines() 函数用来一次性读取文件的所有行，返回一个列表，列表中每个元素对应文件的一行。该函数适合需要对所有行进行批量处理的场景。
示例：复用前面的 test.txt 文件
with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as f:
# ['第一行内容\n', '第二行内容\n', ...]
lines = f.readlines()
for line in lines:
print(line, end="")注意，这个函数和 read() 函数一样，也是一次性将文件的内容读取到内存中，不要使用该函数来读取大文件，避免消耗大量内存。
假如给你一个 10 GB 大小的文件，你该如何最优读取呢？使用 read() 或 readlins() 函数读取，这肯定行不通，一次性至少需要 10 GB 内存，哪里有那么多的内存。而且很容易导致内存不足、程序卡顿或崩溃。
此时，推荐使用 readline() 函数逐行迭代读取，这样内存占用极低（仅仅需要存储一行数据的内容）。每次只加载一行数据到内存，处理完就释放，内存始终只占很小空间，效率更稳定，也不会导致内存爆满。
示例：
with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as f:
# 逐行读取，无需手动调用 readline()
for line in f:
# 处理每一行数据
print(line.strip())
文件指针就是文件里的位置标记，用来标记接下来要从哪里读、往哪里写。注意：
打开文件时，指针默认在文件开头；
读取内容后，指针会向后移动；
指针移动到末尾，再次读取会返回空内容；
那么，如何控制指针呢？可以通过 seek(偏移量) 函数手动移动指针到指定位置。
语法格式：
seek(偏移量, 参考位置)参数说明：
偏移量：必填，移动的字节数
正数：向文件末尾移动
负数：向文件开头移动（仅支持二进制模式）
参考位置：可选，默认值 0，决定偏移量从哪里开始计算，取值如下：
0：文件开头（最常用）
1：当前指针位置
2：文件末尾
示例 1：从文件开头偏移
# 用 rb 二进制模式，不会自动解码
with open("test.txt", "rb") as f:
# 移动指针,跳过5个字节
# 如果不采用二进制，会出现错误
f.seek(5)
# 读取字节
content = f.read()
# 安全解码，跳过不完整字节，避免错误
print(content.decode("utf-8", errors="ignore"))运行结果：
明月光，疑是地上霜。
举头望明月，低头思故乡。示例 2：读取文件末尾内容
with open("test.txt", "rb") as f:
# 指针移到文件末尾
f.seek(0, 2)
# 从末尾向前移动10字节，读取最后10字节
f.seek(-10, 2)
print(f.read().decode("utf-8", errors="ignore"))运行结果：
故乡。示例 3：重置指针到文件开头
with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as f:
print(f.read()) # 第一次读取，指针到末尾
f.seek(0) # 重置指针到文件开头
print(f.read()) # 再次读取全部内容运行结果：
床前明月光，疑是地上霜。
举头望明月，低头思故乡。
床前明月光，疑是地上霜。
举头望明月，低头思故乡。示例 4：基于当前位置偏移
with open("test.txt", "rb") as f:
f.seek(10) # 移到第10字节
f.seek(5, 1) # 在当前位置再向后移5字节 → 总15字节
print(f.tell()) # tell() 查看当前指针位置 → 输出15
# 读取字节
content = f.read()
print(content.decode("utf-8", errors="ignore"))运行结果：
15
，疑是地上霜。
举头望明月，低头思故乡。写文件指将程序中的数据保存到本地磁盘文件中，实现数据的持久化。
在 Python 中，提供了两种写文件模式，分别是：覆盖写和追加写，下面将分别详细介绍。
“覆盖”的意思是指一个物体或事物遮盖、覆盖另一个物体或范围，使其被隐藏或包裹起来。
覆盖写（overwrite）是计算机科学技术名词，指在存储介质原有数据位置写入新数据的操作过程。这就会导致旧数据被新数据覆盖，从而旧数据丢失。
在 Python3 中，覆盖写需通过 w 模式打开文件，然后先清空文件原有全部内容，再写入新的数据。如果文件不存在，就自动新建一个文件。主要特点是旧内容会被直接删掉，只保留最新写入的内容。
注意：操作一定要非常谨慎，操作不当可能会导致文件数据丢失。例如，在磁盘上有一个保存着重要数据的文件名为 my_data.txt，而刚好你要进行写出的文件名也为 my_data.txt，恰巧又使用了覆盖写模式，那么程序会自动将磁盘上已经存在的 my_data.txt 文件清空，写入新数据。这就导致以前的重要数据没有了，而且原来的内容基本无法恢复，即使能恢复，难度也极大，几乎等于“找不回来”。
📢重要提示：尽量不用覆盖写，或者覆盖写之前先判断文件是否存在。如果文件存在，则对文件进行备份，或者给出错误提示，程序退出。
示例：
with open("test.txt", "w+", encoding="utf-8") as f:
# 读取原有内容
content = f.read()
print(f"原始内容：{content}") # 为空，原始内容被清空了
# 写入新内容
f.write("这是新内容，原有内容会被清空！")
# 再次读取内容
f.seek(0) # 将文件指针移动到文件开头
content = f.read()
print(f"新增内容：{content}")执行结果：
原始内容：
新增内容：这是新内容，原有内容会被清空！覆盖写入会清空原有内容，然后将新的内容写入文件。而追加写入则是在原有内容的末尾继续添加新的内容。
在 Python 中，使用 a 模式打开文件，执行追加写入操作。追加写时执行的动作如下：
文件不存在 → 则自动创建文件
文件已存在 → 则在文件末尾添加新内容，不修改原有数据
通过上述可知，追加写操作适合日志记录、数据累加保存等等。
示例：
with open("test.txt", "a+", encoding="utf-8") as f:
# 文件原始内容
f.seek(0)
content = f.read()
print(f"文件原始内容:\n{content}")
# 追加到文件最后
f.write("长风破浪会有时，直挂云帆济沧海。\n")
f.write("海内存知己，天涯若比邻。\n")
f.seek(0)
content = f.read()
print(f"文件追加后的内容:\n{content}")运行结果：
with open("test.txt", "a+", encoding="utf-8") as f:
# 文件原始内容
f.seek(0)
content = f.read()
print(f"文件原始内容:\n{content}")
# 追加到文件最后
f.write("长风破浪会有时，直挂云帆济沧海。\n")
f.write("海内存知己，天涯若比邻。\n")
f.seek(0)
content = f.read()
print(f"文件追加后的内容:\n{content}")更多 Python3 知识，请继续学习后续章节。
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