Python——文件的基本操作、上下文管理器、pickle序列化和路径处理

本文主要是介绍Python——文件的基本操作、上下文管理器、pickle序列化和路径处理，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

文件的基本操作

Python中打开文件并进行基本操作是一个常见的任务，这包括读取文件内容、写入文件内容、追加内容到文件末尾以及修改文件内容（虽然修改通常涉及读取、修改内容然后重新写入）。以下是这些基本操作的一些基本示例：

打开文件

在Python中，使用内置的open()函数来打开文件。这个函数返回一个文件对象，你可以对这个对象进行读取、写入等操作。open()函数的基本语法是：

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

其中，file_name是你要打开的文件名（包括路径，如果文件不在当前工作目录下），mode是打开文件的模式（如读'r'、写'w'、追加'a'等），其他参数在大多数情况下可以省略。

读取文件

要以读取模式打开文件，并将文件内容读入到Python中，可以使用open()函数并指定模式为'r'（这是默认模式，也可以省略）。然后，可以使用文件对象的read()、readline()或readlines()等方法来读取内容。

# 打开文件并读取全部内容  
with open('example.txt', 'r') as file:  content = file.read()  print(content)  # 逐行读取  
with open('example.txt', 'r') as file:  for line in file:  print(line, end='')  # end='' 避免打印额外的换行符

写入文件

要以写入模式打开文件（如果文件已存在，则覆盖原有内容），可以使用模式'w'。然后，可以使用文件对象的write()方法写入内容。

# 写入文件  
with open('output.txt', 'w') as file:  file.write('Hello, Python!\n')  file.write('This is a test file.')

追加内容到文件

要以追加模式打开文件（在文件末尾添加内容，而不是覆盖原有内容），可以使用模式'a'。

# 追加内容到文件  
with open('output.txt', 'a') as file:  file.write('\nAdditional line.')

修改文件内容

由于文件在磁盘上是作为连续的数据块存储的，Python（或任何编程语言）没有直接修改文件中间某部分内容的机制。要修改文件内容，你通常需要读取整个文件内容到内存中，修改这部分内容，然后重新写入文件。

# 读取文件内容，修改，然后重新写入  
with open('example.txt', 'r') as file:  lines = file.readlines()  # 修改内容（这里只是示例，实际上你可能需要更复杂的逻辑）  
lines[0] = 'Modified first line\n'  # 写入修改后的内容  
with open('example.txt', 'w') as file:  file.writelines(lines)

注意，在处理文件时，使用with语句是一个好习惯，因为它可以确保文件在使用后会被正确关闭，即使在读取或写入文件时发生异常也是如此。

with语句和上下文管理器

Python的with语句和上下文管理器（Context Managers）是Python中一个非常强大且常用的特性，它们提供了一种简便的方式来封装常用的try...finally模式，特别是在进行文件操作、数据库连接、网络通信等需要资源管理的场景时非常有用。

上下文管理器

上下文管理器是一个实现了__enter__()和__exit__()方法的对象。这两个方法允许对象在进入和退出一个代码块时执行自定义的操作，比如设置和清理操作。__enter__()方法在进入代码块之前被调用，其返回值被赋值给with语句中的目标变量（如果有的话）。__exit__()方法在代码块执行完毕后被调用，无论是否发生异常。

使用with语句

with语句的目的是自动管理资源，如文件、线程、网络连接等，以确保这些资源在使用完毕后能够被正确地释放或关闭。它简化了try...finally模式的使用，使得代码更加简洁易读。

示例：文件操作

# 不使用with语句的文件操作  
f = open('example.txt', 'w')  
try:  f.write('Hello, world!')  
finally:  f.close()  # 使用with语句的文件操作  
with open('example.txt', 'w') as f:  f.write('Hello, world!')  
# 文件在with语句块结束时自动关闭

在这个例子中，open()函数返回的文件对象是一个上下文管理器。在with语句块中，文件被自动打开，并在语句块执行完毕后自动关闭，即使发生异常也是如此。

上下文管理器的使用场景

• 资源管理：如文件操作、数据库连接、网络连接等。
• 锁定机制：确保代码块在执行过程中，某个资源或数据状态是独占的。
• 异常处理：自动处理在代码块执行过程中发生的异常。

pickle模块：序列化和反序列化

Python的pickle模块是一个强大的序列化和反序列化工具，它允许你将几乎所有的Python对象结构转换为一个字节流，然后这个字节流可以被保存到文件中，或者通过网络传输到另一个Python程序中，之后再被反序列化回原来的Python对象结构。这个过程分别被称为“pickling”和“unpickling”。

使用场景

• 数据持久化：将程序中的对象保存到文件中，以便在程序下次运行时能够重新加载这些对象。
• 对象传输：在网络通信中，将对象序列化为字节流，然后通过网络发送给另一个程序，接收方再将其反序列化回对象。

基本用法

序列化（Pickling）

使用pickle.dump()函数将对象序列化到文件中。

import pickle  data = {'a': [1, 2.0, 3, 4+6j],  'b': ("character string", b"byte string"),  'c': None}  with open('data.pickle', 'wb') as f:  pickle.dump(data, f)

注意，文件需要以二进制写入模式（'wb'）打开。

反序列化（Unpickling）

使用pickle.load()函数从文件中反序列化对象。

with open('data.pickle', 'rb') as f:  data_loaded = pickle.load(f)  print(data_loaded)

同样，文件需要以二进制读取模式（'rb'）打开。

安全性

虽然pickle非常强大，但它也带来了安全风险。因为pickle能够加载并执行任意Python代码，所以如果你从不可信的源加载pickle数据，那么你的程序可能会受到攻击。因此，在加载pickle数据时，请确保数据来源是可信的。

替代方案

对于需要序列化和反序列化数据但不需要执行任意代码的场景，可以考虑使用json模块。json模块只能处理Python的基本数据类型（如列表、字典、字符串、整数、浮点数、布尔值和None），但它更安全，因为JSON数据不包含可执行代码。

import json  data = {'a': [1, 2.0, 3, 4+6j],  'b': ("character string",),  'c': None}  # 注意：json不支持复数和字节串的直接序列化  
data_json = {k: (v.real if isinstance(v, complex) else v)  for k, v in data.items() if not isinstance(v, bytes)}  with open('data.json', 'w') as f:  json.dump(data_json, f)  # 读取并打印  
with open('data.json', 'r') as f:  data_loaded = json.load(f)  print(data_loaded)

在这个例子中，我们移除了复数和字节串，因为json不支持这些类型。对于需要这些类型的情况，你可能需要编写自定义的序列化和反序列化函数。

路径处理

在Python中，处理文件路径是一个常见的任务，尤其是当你需要构建、解析或操作文件路径时。Python的os和pathlib模块提供了丰富的功能来处理路径。下面是一些使用这两个模块进行路径处理的基本示例。

使用os模块

os模块是Python标准库的一部分，提供了许多与操作系统交互的函数，包括用于路径操作的函数。但是，直接使用os模块进行路径拼接可能会显得有些繁琐，因为你需要考虑不同操作系统之间的路径分隔符差异（Windows使用\，而Unix/Linux/macOS使用/）。

使用pathlib模块

pathlib 是 Python 3.4 版本中引入的一个新的、面向对象的文件系统路径库。它旨在提供比传统的 os.path 模块更加直观和易于使用的 API 来处理文件系统路径。pathlib 通过 Path 类来表示文件系统路径，这个类提供了丰富的方法来执行路径的拼接、分解、遍历、读写文件等操作。

Path 类的基本用法

Path 类是 pathlib 模块的核心，它表示一个文件系统路径。你可以使用它来创建新的路径，或者从字符串转换得到路径。

创建 Path 对象

from pathlib import Path  # 从字符串创建 Path 对象  
p = Path('/usr/bin/python3')  # 也可以直接使用字符串进行运算，但会返回新的 Path 对象  
q = p / 'site-packages'  print(q)  # 输出：/usr/bin/python3/site-packages

注意，/ 运算符在 Path 对象之间被重载，用于路径的拼接。

路径的属性和方法

Path 类提供了许多属性和方法来访问和操作路径。

• parts：路径的各个组成部分（不包含根目录）作为元组返回。
• parent：返回路径的父目录。
• name：返回路径的最后一部分（即文件名或目录名）。
• suffix：返回文件扩展名（包括点.）。
• suffixes：返回文件的所有扩展名（从最后一个点开始，包括所有点）。
• stem：返回文件名，但不包括任何扩展名。
• anchor：返回路径的“锚”部分，即根目录（在 Unix 上是/，在 Windows 上可能是C:\）。
• resolve()：将路径解析为绝对路径，并规范化。
• exists()：检查路径是否存在。
• is_dir()：检查路径是否是一个目录。
• is_file()：检查路径是否是一个文件。
• mkdir(parents=False, exist_ok=False)：创建新目录。parents=True 会创建所有不存在的父目录，exist_ok=True 会在目录已存在时不抛出异常。
• rmdir()：删除空目录。
• unlink()：删除文件或目录（如果目录为空）。
• iterdir()：迭代路径下的所有条目（文件和目录）。
• glob(pattern)：根据模式匹配路径下的文件或目录。
• read_text(encoding='utf-8') 和 write_text(data, encoding='utf-8')：读取和写入文本文件。
• read_bytes() 和 write_bytes(data)：读取和写入二进制文件。

示例

以下是一些使用 Path 类的示例：

from pathlib import Path  # 路径是否存在  
p = Path('/usr/bin/python3')  
print(p.exists())  # True 或 False  # 遍历目录  
for item in p.parent.iterdir():  print(item)  # 读取文件内容  
text_file = Path('example.txt')  
if text_file.exists() and text_file.is_file():  content = text_file.read_text()  print(content)  # 写入文件内容  
text_file.write_text('Hello, pathlib!')  # 删除文件  
if text_file.exists():  text_file.unlink()  # 创建新目录  
new_dir = Path('new_directory')  
new_dir.mkdir(parents=True, exist_ok=True)  # 删除空目录  
new_dir.rmdir()

注意事项

• 在使用 Path 对象的方法时，要注意文件或目录是否存在，以及是否具有相应的读写权限，以避免 FileNotFoundError、PermissionError 等异常。
• Path 对象是不可变的，即所有的修改都会返回一个新的 Path 对象，而不会改变原对象。
• pathlib 是 Python 3.4 及以上版本的推荐方式，但在较旧的 Python 版本中，你可能需要使用 os.path 模块。不过，如果你正在编写新的代码，并且目标是 Python 3.4 或更高版本，那么强烈推荐使用 pathlib。

绝对路径和相对路径

在Python中，绝对路径和相对路径是两种用于指定文件或目录位置的方式。它们在不同的场景下各有优势，了解它们之间的区别对于编写可移植和健壮的代码非常重要。

绝对路径

绝对路径是从根目录（或称为顶级目录）开始的完整路径，它包含了到达目标文件或目录所需的所有目录名，中间用路径分隔符（在Windows中是\，在Unix/Linux/macOS中是/）分隔。绝对路径是唯一的，不依赖于当前工作目录。

示例：

• 在Windows上：C:\Users\YourName\Documents\file.txt
• 在Unix/Linux/macOS上：/home/yourname/documents/file.txt

相对路径

相对路径是从当前工作目录（Current Working Directory, CWD）开始的路径。它不包含从根目录到目标文件或目录的完整路径，而是仅包含从当前目录到目标文件或目录的相对位置。相对路径依赖于当前工作目录，因此如果当前工作目录改变，相同的相对路径可能会指向不同的文件或目录。

示例：

假设当前工作目录是/home/yourname/documents，那么相对路径file.txt将指向/home/yourname/documents/file.txt。

如果当前工作目录改变为/home/yourname/projects，那么相同的相对路径file.txt将尝试访问/home/yourname/projects/file.txt，这可能会失败，除非在该位置确实存在一个名为file.txt的文件。

在Python中使用绝对路径和相对路径

在Python中，你可以直接使用字符串来表示路径（无论是绝对路径还是相对路径），并将其传递给需要文件路径的函数或方法。此外，Python的pathlib模块提供了许多有用的函数和类来帮助你处理路径。

from pathlib import Path  # 绝对路径  
absolute_path = Path('/home/yourname/documents/file.txt')  # 相对路径（假设当前工作目录是/home/yourname/documents）  
relative_path = Path('file.txt')  # 读取文件（使用绝对路径）  
content = absolute_path.read_text()  # 更改当前工作目录（注意：pathlib本身不直接提供更改当前工作目录的功能，这里仅作为说明）  
# 但你可以使用Path的resolve()方法来获取绝对路径，这不受当前工作目录的影响  # 使用相对路径（pathlib会自动处理当前工作目录）  
# 但请注意，Path对象本身不直接“知道”当前工作目录，除非你在代码中显式地设置了它  
# 例如，通过os.chdir()改变工作目录，然后使用Path对象进行相对路径操作

这篇关于Python——文件的基本操作、上下文管理器、pickle序列化和路径处理的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

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