處理文件是我們幾乎每天都躲不開的任務之一。Python中含有幾個用于執行文件操作的內置模塊，例如讀取文件，移動文件，獲取文件屬性等。本文總結了許多值得了解的函數，這些函數可用于進行一些Python中最常見的文件操作，可以極大地提高我們處理文件的效率。 

打開&關閉文件 

讀取或寫入文件前，首先要做的就是打開文件，Python的內置函數open可以打開文件并返回文件對象。文件對象的類型取決于打開文件的模式，可以是文本文件對象，也可以是原始二進制文件，或是緩沖二進制文件對象。每個文件對象都有諸如 read()和write()之類的方法。 

你能看出以下代碼塊中存在的問題嗎？我們稍后來揭曉答案。 

file = open("test_file.txt","w+")  
file.read()  
file.write("a new line") 

Python文檔列出了所有可能的文件模式，其中最常見的模式可見下表。但要注意一個重要規則，即：如果某一文件存在，那么任何與w相關的模式都會截斷該文件，并再創建一個新文件。如果你不想覆蓋原文件，請謹慎使用此模式，或盡量使用追加模式 a。 

 

上一個代碼塊中的問題是打開文件后未關閉。在處理文件后關閉文件很重要，因為打開的文件對象可能會出現諸如資源泄漏等不可預測的風險，以下兩種方式可以確保正確關閉文件。 

1.使用 close() 

第一種方法是顯式使用close()。但較好的做法是將該代碼放在最后，因為這樣的話就可以確保在任何情況下都能關閉該文件，而且會使代碼更加清晰。但開發人員也應負起責任，記得關閉文件。 

try:  
    file =open("test_file.txt","w+")  
    file.write("a new line")  
exception Exception as e:  
    logging.exception(e)  
finally:  
    file.close() 

2.使用上下文管理器，with open(...) as f 

第二種方法是使用上下文管理器。若你對此不太熟悉，還請查閱Dan Bader用Python編寫的上下文管理器和“ with”語句。用withopen() as f實現了使用__enter__ 和 __exit__ 方法來打開和關閉文件。此外，它將try / finally語句封裝在上下文管理器中，這樣我們就不會忘記關閉文件啦。 

with open("test_file","w+") as file:  
    file.write("a new line") 

兩種方法哪個更優？這要看你使用的場景。以下示例實現了將50000條記錄寫入文件的3種不同方式。從輸出中可見，use_context_manager_2()函數與其他函數相比性能極低。這是因為with語句在一個單獨函數中，基本上會為每條記錄打開和關閉文件，這種繁瑣的I / O操作會極大地影響性能。 

def _write_to_file(file, line):  
    with open(file, "a") as f:  
        f.write(line)  
def _valid_records():  
    for i inrange(100000):  
        if i %2==0:  
            yield i  
def use_context_manager_2(file):  
    for line in_valid_records():  
        _write_to_file(file, str(line))  
def use_context_manager_1(file):  
    with open(file, "a") as f:  
        for line in_valid_records():  
            f.write(str(line))  
def use_close_method(file):  
    f =open(file, "a")  
    for line in_valid_records():  
        f.write(str(line))  
    f.close()  
use_close_method("test.txt")  
use_context_manager_1("test.txt")  
use_context_manager_2("test.txt")  
# Finished use_close_method  in 0.0253 secs  
# Finished  use_context_manager_1 in 0.0231 secs  
# Finished use_context_manager_2  in 4.6302 secs 

對比close（）和with語句兩種方法

讀寫文件 

文件打開后，開始讀取或寫入文件。文件對象提供了三種讀取文件的方法，分別是 read()、readline() 和readlines()。 

•  默認情況下，read(size=-1)返回文件的全部內容。但若文件大于內存，則可選參數 size 能幫助限制返回的字符（文本模式）或字節（二進制模式）的大小。 
•  readline(size=-1) 返回整行，最后包括字符 n。如果 size 大于0，它將從該行返回最大字符數。 
•  readlines(hint=-1) 返回列表中文件的所有行。若返回的字符數超過了可選參數hint，則將不返回任何行。 

在以上三種方法中，由于read() 和readlines()在默認情況下以字符串或列表形式返回完整的文件，所以這兩種方法的內存效率較低。一種更有效的內存迭代方式是使用readline()并使其停止讀取，直到返回空字符串。空字符串“”表示指針到達文件末尾。 

with open( test.txt ,  r ) as reader:  
    line = reader.readline()  
    while line !="":  
        line = reader.readline()  
        print(line) 

以節省內存的方式讀取文件

編寫方式有兩種：write()和writelines()。顧名思義，write()能編寫一個字符串，而writelines()可編寫一個字符串列表。開發人員須在末尾添加 n。 

with open("test.txt", "w+") as f:  
    f.write("hi")  
    f.writelines(["this is aline", "this is another line"])  
# >>>cat test.txt  
# hi  
# this is a line  
# this is anotherline 

在文件中寫入行 

若要將文本寫入特殊的文件類型（例如JSON或csv），則應在文件對象頂部使用Python內置模塊json或csv。 

import csv  
import json  
with open("cities.csv", "w+") as file:  
    writer = csv.DictWriter(file, fieldnames=["city", "country"])  
    writer.writeheader() 
    writer.writerow({"city": "Amsterdam", "country": "Netherlands"})  
    writer.writerows([  
                 {"city": "Berlin", "country": "Germany"},  
                 {"city": "Shanghai", "country": "China"},  
    ])  
# >>> cat cities.csv  
# city,country  
# Amsterdam,Netherlands  
# Berlin,Germany  
# Shanghai,China  
with open("cities.json", "w+") as file:  
    json.dump({"city": "Amsterdam", "country": "Netherlands"}, file)  
# >>>cat cities.json  
# { "city":"Amsterdam", "country": "Netherlands" } 

在文件內移動指針

當打開文件時，會得到一個指向特定位置的文件處理程序。在r和w模式下，處理程序指向文件的開頭。在a模式下，處理程序指向文件的末尾。 

tell() 和 seek() 

當讀取文件時，若沒有移動指針，那么指針將自己移動到下一個開始讀取的位置。以下2種方法可以做到這一點：tell()和seek()。 

tell()以文件開頭的字節數/字符數的形式返回指針的當前位置。seek(offset，whence = 0)將處理程序移至遠離wherece的offset字符處。wherece可以是： 

•  0: 從文件開頭開始
•  1：從當前位置開始
•  2：從文件末尾開始 

在文本模式下，wherece僅應為0，offset應≥0。 

with open("text.txt", "w+") as f:  
    f.write("0123456789abcdef")  
    f.seek(9)  
    print(f.tell()) # 9 (pointermoves to 9, next read starts from 9)  
    print(f.read()) # 9abcdef 

tell()和seek() 

了解文件狀態 

操作系統中的文件系統具有許多有關文件的實用信息，例如：文件的大小，創建和修改的時間。要在Python中獲取此信息，可以使用os或pathlib模塊。實際上，os和pathlib之間有很多共同之處。但后者更面向對象。 

os 

使用os.stat(“ test.txt”)可以獲取文件完整狀態。它能返回具有許多統計信息的結果對象，例如st_size（文件大小，以字節為單位），st_atime（最新訪問的時戳），st_mtime（最新修改的時戳）等。 

print(os.stat("text.txt"))  
>>> os.stat_result(st_mode=33188, st_ino=8618932538,st_dev=16777220, st_nlink=1, st_uid=501, st_gid=20, st_size=16,st_atime=1597527409, st_mtime=1597527409, st_ctime=1597527409) 

 單獨使用os.path可獲取統計信息。 

os.path.getatime()  
os.path.getctime()  
os.path.getmtime()  
os.path.getsize() 

Pathlib 

使用pathlib.Path("text.txt").stat()也可獲取文件完整狀態。它能返回與os.stat()相同的對象。 

print(pathlib.Path("text.txt").stat())  
>>>os.stat_result(st_mode=33188, st_ino=8618932538, st_dev=16777220, st_nlink=1,st_uid=501, st_gid=20, st_size=16, st_atime=1597528703, st_mtime=1597528703,st_ctime=1597528703) 

下文將在諸多方面比較os和pathlib的異同。

復制，移動和刪除文件 

Python有許多處理文件移動的內置模塊。你在信任Google返回的第一個答案之前，應該明白：模塊選擇不同，性能也會不同。有些模塊會阻塞線程，直到文件移動完成；而其他模塊則可能異步執行。

shutil 

shutil是用于移動、復制和刪除文件（夾）的最著名的模塊。它有3種僅供復制文件的方法：copy()，copy2()和copyfile()。 

copy() v.s. copy2()：copy2()與copy()非常相似。但不同之處在于前者還能復制文件的元數據，例如最近的訪問時間和修改時間等。不過由于Python文檔操作系統的限制，即使copy2()也無法復制所有元數據。 

shutil.copy("1.csv", "copy.csv")  
shutil.copy2("1.csv", "copy2.csv")  
print(pathlib.Path("1.csv").stat())  
print(pathlib.Path("copy.csv").stat())  
print(pathlib.Path("copy2.csv").stat())  
# 1.csv  
# os.stat_result(st_mode=33152, st_ino=8618884732,st_dev=16777220, st_nlink=1, st_uid=501, st_gid=20, st_size=11,st_atime=1597570395, st_mtime=1597259421, st_ctime=1597570360) 
# copy.csv  
# os.stat_result(st_mode=33152, st_ino=8618983930,st_dev=16777220, st_nlink=1, st_uid=501, st_gid=20, st_size=11,st_atime=1597570387, st_mtime=1597570395, st_ctime=1597570395) 
#copy2.csv  
# os.stat_result(st_mode=33152, st_ino=8618983989, st_dev=16777220,st_nlink=1, st_uid=501, st_gid=20, st_size=11, st_atime=1597570395,st_mtime=1597259421, st_ctime=1597570395) 

 copy() v.s. copy2()

copy() v.s. copyfile()：copy()能將新文件的權限設置為與原文件相同，但是copyfile()不會復制其權限模式。其次，copy()的目標可以是目錄。如果存在同名文件，則將覆蓋原文件或創建新文件。但是，copyfile()的目標必須是目標文件名。 

shutil.copy("1.csv", "copy.csv")  
shutil.copyfile("1.csv", "copyfile.csv")  
print(pathlib.Path("1.csv").stat())  
print(pathlib.Path("copy.csv").stat())  
print(pathlib.Path("copyfile.csv").stat())  
# 1.csv  
#os.stat_result(st_mode=33152, st_ino=8618884732, st_dev=16777220, st_nlink=1,st_uid=501, st_gid=20, st_size=11, st_atime=1597570395, st_mtime=1597259421,st_ctime=1597570360) 
# copy.csv  
#os.stat_result(st_mode=33152, st_ino=8618983930, st_dev=16777220, st_nlink=1,st_uid=501, st_gid=20, st_size=11, st_atime=1597570387, st_mtime=1597570395,st_ctime=1597570395) 
# copyfile.csv  
# permission(st_mode) is changed  
#os.stat_result(st_mode=33188, st_ino=8618984694, st_dev=16777220, st_nlink=1,st_uid=501, st_gid=20, st_size=11, st_atime=1597570387, st_mtime=1597570395,st_ctime=1597570395) 
shutil.copyfile("1.csv", "./source") 
#IsADirectoryError: [Errno 21] Is a directory:  ./source 

 copy() v.s. copyfile()

os 

os 模塊內含system()函數，可在subshell中執行命令。你需要將該命令作為參數傳遞給system()，這與在操作系統上執行命令效果相同。為了移動和刪除文件，還可以在os模塊中使用專用功能。 

# copy  
os.system("cp 1.csvcopy.csv")   
# rename/move  
os.system("mv 1.csvmove.csv")  
os.rename("1.csv", "move.csv")  
# delete  
os.system("rmmove.csv")  

異步復制/移動文件 

到目前為止，解決方案始終是同步執行的，這意味著如果文件過大，需要更多時間移動，那么程序可能會終止運行。如果要異步執行程序，則可以使用threading，multiprocessing或subprocess模塊，這三個模塊能使文件操作在單獨的線程或進程中運行。 

import threading  
import subprocess  
import multiprocessing  
src ="1.csv"  
dst ="dst_thread.csv" 
thread = threading.Thread(target=shutil.copy,args=[src, dst])  
thread.start()  
thread.join() 
dst ="dst_multiprocessing.csv" 
process = multiprocessing.Process(target=shutil.copy,args=[src, dst])  
process.start()  
process.join()  
cmd ="cp 1.csv dst_subprocess.csv"  
status = subprocess.call(cmd, shell=True) 

異步執行文件操作

搜索文件 

復制和移動文件后，你可能需要搜索與特定模式匹配的文件名，Python提供了許多內置函數可以選擇。 

Glob 

glob模塊根據Unix shell使用的規則查找與指定模式匹配的所有路徑名，它支持使用通配符。 

glob.glob(“ *。csv”)搜索當前目錄中所有具有csv擴展名的文件。使用glob模塊，還可以在子目錄中搜索文件。 

>>>import glob  
>>> glob.glob("*.csv")  
[ 1.csv ,  2.csv ]  
>>> glob.glob("**/*.csv",recursive=True)  
[ 1.csv ,  2.csv ,  source/3.csv ]  

os 

os模塊功能十分強大，它基本上可以執行所有文件操作。我們可以簡單地使用os.listdir()列出目錄中的所有文件，并使用file.endswith()和file.startswith()來檢測模式，還可使用os.walk()來遍歷目錄。 

import os  
for file in os.listdir("."):  
    if file.endswith(".csv"):  
        print(file)  
for root, dirs, files in os.walk("."):  
   for file in files:  
      if file.endswith(".csv"):  
         print(file) 

搜索文件名——os 

pathlib 

pathlib 的功能與glob模塊類似。它也可以遞歸搜索文件名。與上文基于os的解決方案相比，pathlib代碼更少，并且提供了更多面向對象的解決方案。 

from pathlib importPath  
p =Path(".")  
for name in p.glob("**/*.csv"): # recursive  
    print(name) 

搜索文件名——pathlib

管理文件路徑

管理文件路徑是另一項常見的執行任務。它可以獲取文件的相對路徑和絕對路徑，也可以連接多個路徑并找到父目錄等。 

相對路徑和絕對路徑 

os和pathlib都能獲取文件或目錄的相對路徑和絕對路徑。 

import os  
import pathlib  
print(os.path.abspath("1.txt"))  # absolute  
print(os.path.relpath("1.txt"))  # relative  
print(pathlib.Path("1.txt").absolute())  # absolute  
print(pathlib.Path("1.txt"))  # relative 

文件的相對和絕對路徑 

聯接路徑 

這是我們可以獨立于環境連接os和pathlib中的路徑的方式。pathlib使用斜杠創建子路徑。 

import os  
import pathlib  
print(os.path.join("/home", "file.txt"))  
print(pathlib.Path("/home") /"file.txt") 

鏈接文件路徑 

獲取父目錄

dirname()是在os中獲取父目錄的函數，而在pathlib中，只需使用Path().parent函數，就能獲取父文件夾。 

import os  
import pathlib  
# relative path  
print(os.path.dirname("source/2.csv"))  
# source 
print(pathlib.Path("source/2.csv").parent)  
# source  
# absolute path  
print(pathlib.Path("source/2.csv").resolve().parent)  
# /Users/<...>/project/source  
print(os.path.dirname(os.path.abspath("source/2.csv")))  
# /Users/<...>/project/source 

獲取父文件夾 

最后簡單介紹一下os和pathlib。如Python文檔所述，pathlib是比os更面向對象的解決方案。它將每個文件路徑表示為適當的對象，而不是字符串。這對于開發人員來講非常便利：可以直接訪問對象，簡化了連接多個路徑的過程，而且能使在不同操作系統上的操作變得更加一致。 

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