Python中文件的读、写、关闭操作详细介绍，I/O的底层原理概述

2024-07-17 20:13| 来源: 网络整理| 查看: 265

Python中的文件I/O是处理文件输入和输出的过程。文件I/O操作包括打开文件、读取文件内容、写入文件以及关闭文件等。Python提供了多种方式来执行这些操作，主要通过内置的open函数和文件对象的方法来实现。

打开文件

在Python中，使用open函数来打开文件。open函数的基本语法如下：

open(file, mode='r', buffering=-1, encoding=None, errors=None, newline=None, closefd=True, opener=None) file：文件路径或文件对象。mode：文件打开模式，默认为'r'（只读模式）。其他常见模式包括'w'（只写模式，会截断文件），'a'（追加模式），'b'（二进制模式），'+'（读写模式）等。buffering：缓冲方式，可以是0（无缓冲），1（行缓冲），-1（默认值，系统决定）或大于1的整数（缓冲区大小）。encoding：文件的编码方式，默认为None，表示使用系统默认编码。通常为'utf-8'。errors：指定错误处理方式。newline：指定行结束符。closefd：文件描述符是否在文件操作完成后关闭。opener：用于自定义文件打开方式的函数。读取文件

读取文件通常使用read()、readline()、readlines()等方法。使用with语句可以更加方便地管理文件的打开和关闭，同时在退出with代码块时自动关闭文件。

# 打开文件 with open('example.txt', 'r') as file: # 读取整个文件 content = file.read() print(content) # 逐行读取 for line in file: print(line.strip()) # strip() 方法用于去除行尾的换行符 # 读取文件的一行 single_line = file.readline() print(single_line) 写入文件

写入文件可以使用write()和writelines()方法。

# 打开文件用于写入 with open('output.txt', 'w') as file: # 写入字符串 file.write('Hello, World!\n') # 写入多行 lines = ['First line\n', 'Second line\n'] file.writelines(lines) 关闭文件

在Python中，使用with语句可以自动关闭文件，无需手动调用close()方法。如果没有使用with语句，需要在文件操作完成后调用close()方法来关闭文件。

file = open('example.txt', 'r') # 执行文件操作 file.close() # 手动关闭文件完整示例 # 读取文件 with open('example.txt', 'r') as file: content = file.read() print(content) # 写入文件 with open('example.txt', 'w') as file: file.write('Hello, World!') # 追加内容到文件 with open('example.txt', 'a') as file: file.write(' Append this line.') # 读取文件的每一行 with open('example.txt', 'r') as file: for line in file: print(line.strip()) # 将列表写入文件 data = ['apple', 'banana', 'cherry'] with open('example.txt', 'w') as file: for item in data: file.write(f'{item} ') 不同模式打开文件的对比模式描述读写追加截断位置例子'r'只读模式读××文件开头open('example.txt', 'r')'w'写入模式（截断）写×√文件开头（清空文件）open('example.txt', 'w')'a'追加模式写√×文件末尾open('example.txt', 'a')'b'二进制模式读/写读/写读/写文件开头open('example.bin', 'rb')'+'读写模式读/写××文件开头open('example.txt', 'r+')'r+'读写模式读/写××文件开头open('example.txt', 'r+')'w+'读写模式（截断）读/写×√文件开头（清空文件）open('example.txt', 'w+')'a+'读写模式（追加）读/写√×文件末尾open('example.txt', 'a+')'x'排它性创建写××文件开头（文件不存在时创建）open('example.txt', 'x') 只读模式 ('r')：文件必须存在，否则会抛出异常。只写模式 ('w')：如果文件存在，内容会被截断（删除）；如果文件不存在，会创建一个新文件。追加模式 ('a')：如果文件存在，写入的数据会被追加到文件末尾；如果文件不存在，会创建一个新文件。读写模式 ('+' 或 'r+')：可以同时进行读写操作。二进制模式 ('b')：用于处理二进制文件，如图片或音频文件。

注意：在写入模式下打开文件时，文件内容会被清空，除非使用了追加模式或读写模式。

使用文件时，应根据实际需求选择合适的模式。例如，在使用文件时，应根据实际需求选择合适的模式。例如，如果你需要读取和修改文件内容，应使用'r+'或'w+'模式。如果你只是想在文件末尾添加内容，应使用'a'或'a+'模式。

文件I/O的底层原理

Python中文件I/O的底层原理涉及操作系统和Python解释器之间的交互。在了解底层原理之前，先要了解一些重要的概念：

文件描述符（File Descriptor）：在Unix和类Unix系统中，文件是通过文件描述符进行操作的。文件描述符是一个非负整数，它在内核中唯一标识一个已打开的文件。通常情况下，0表示标准输入（stdin），1表示标准输出（stdout），2表示标准错误输出（stderr），其他文件描述符通常由操作系统分配。

文件对象（File Object）：在Python中，文件是通过文件对象进行操作的。文件对象是由Python解释器封装的，它提供了一组方法来读取和写入文件的内容。

缓冲区（Buffer）：为了提高文件I/O的效率，操作系统和Python解释器会使用缓冲区来缓存文件中的数据。读取文件时，数据会被读取到缓冲区中；写入文件时，数据会先写入到缓冲区，然后由操作系统负责将缓冲区中的数据写入到文件中。

文件的打开和关闭过程：

当调用open()函数打开文件时，Python解释器会向操作系统发出系统调用（system call），请求打开指定的文件。操作系统会为该文件分配一个文件描述符，并返回给Python解释器。

Python解释器会创建一个文件对象，并将其与文件描述符关联起来。该文件对象包含了一系列方法，用于读取和写入文件的内容。

在文件操作完成后，调用close()方法关闭文件。Python解释器会向操作系统发出关闭文件的系统调用，操作系统会释放文件描述符，并清理文件对象所占用的资源。

文件的读取和写入过程：

当调用文件对象的读取方法（如read()、readline()）时，Python解释器会向操作系统发出系统调用，请求从文件中读取数据。操作系统会将文件中的数据读取到缓冲区中，并返回给Python解释器。

Python解释器会从缓冲区中读取数据，并返回给调用者。如果需要读取更多的数据，Python解释器会继续向操作系统发出系统调用，直到文件中的数据全部被读取完毕。

当调用文件对象的写入方法（如write()）时，Python解释器会将数据写入到文件对象的缓冲区中。当缓冲区满时，Python解释器会向操作系统发出系统调用，请求将缓冲区中的数据写入到文件中。

操作系统会将缓冲区中的数据写入到文件中，并返回给Python解释器。写入操作完成后，文件对象的缓冲区被清空，可以继续写入新的数据。

示例代码： # 打开文件 file = open("example.txt", "r") # 读取文件内容 content = file.read() print(content) # 关闭文件 file.close()

在上述示例中，调用open()函数打开文件时，Python解释器会向操作系统发出系统调用，请求打开指定的文件。操作系统会分配一个文件描述符，并创建一个文件对象。然后调用read()方法读取文件内容时，Python解释器会向操作系统发出系统调用，请求从文件中读取数据。操作系统会将文件中的数据读取到缓冲区中，并返回给Python解释器。最后调用close()方法关闭文件时，Python解释器会向操作系统发出系统调用，释放文件描述符并清理文件对象的资源。

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