Python文件操作与异常处理实战

1. 1. 优雅地读写文件——不管是文本还是二进制，都能轻松拿捏
2. 2. 智能处理路径——用现代化的pathlib告别繁琐的字符串拼接
3. 3. 掌控程序异常——让程序面对错误时从容不迫，而不是直接崩溃
4. 4. 构建健壮应用——写出既稳定又好维护的Python代码

# 最基础的写文件withopen('日记.txt', 'w', encoding='utf-8') as f:    f.write('2026年2月12日 晴\n')    f.write('今天学会了Python文件操作！\n')# 最基础的读文件withopen('日记.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:    content = f.read()print(content)

• • 'w'：写入模式（会覆盖原有内容）
• • 'a'：追加模式（在文件末尾添加）
• • 'r'：只读模式（默认）
• • encoding='utf-8'：指定编码，避免中文乱码

• • ❌ 错误1：忘记with open()，直接f = open()然后忘了关闭
• • ✅ 解决：养成用with语句的好习惯，它会自动关闭文件
• • ❌ 错误2：文件路径写错，导致FileNotFoundError
• • ✅ 解决：先用os.path.exists()检查文件是否存在
• • ❌ 错误3：读写二进制文件时用了文本模式，或者反过来
• • ✅ 解决：二进制文件用'rb'或'wb'，文本文件用'r'或'w'

# 复制一张图片（二进制读写）withopen('原始图片.jpg', 'rb') as src_file:withopen('备份图片.jpg', 'wb') as dst_file:# 分块读取，避免大文件占用太多内存        chunk_size = 1024 * 1024# 1MBwhileTrue:            chunk = src_file.read(chunk_size)ifnot chunk:break            dst_file.write(chunk)

• • 图片处理：读取→修改→保存
• • 文件加密：读取二进制数据→加密→保存
• • 网络传输：发送/接收二进制数据流

import os# 拼接路径file_path = os.path.join('data', 'logs', 'app.log')# 获取文件名filename = os.path.basename(file_path)  # 'app.log'# 获取目录名dirname = os.path.dirname(file_path)    # 'data/logs'# 检查是否存在if os.path.exists(file_path):print('文件存在！')

from pathlib import Path# 创建Path对象（推荐！）log_file = Path('data') / 'logs' / 'app.log'# 链式操作，超级直观if log_file.exists():print(f'文件大小：{log_file.stat().st_size} 字节')print(f'父目录：{log_file.parent}')print(f'文件名：{log_file.name}')print(f'后缀：{log_file.suffix}')  # '.log'# 创建目录（自动创建父目录）log_file.parent.mkdir(parents=True, exist_ok=True)

1. 1. 更直观：用/代替os.path.join()，像操作普通路径一样
2. 2. 面向对象：所有操作都是方法调用，更符合Python风格
3. 3. 跨平台：自动处理不同系统的路径差异

try:# 可能出错的代码withopen('不存在的文件.txt', 'r') as f:        content = f.read()except FileNotFoundError:# 文件不存在时的处理print('文件不存在，已创建新文件')withopen('不存在的文件.txt', 'w') as f:        f.write('这是新建的文件')

defread_config(config_file):"""读取配置文件，带完整异常处理"""    config = {}try:withopen(config_file, 'r') as f:            config_data = f.read()# 这里假设解析配置可能出错            config = eval(config_data)  # 实际项目别用eval！这里只是示例except FileNotFoundError:print(f'配置文件 {config_file} 不存在')returnNoneexcept SyntaxError:print(f'配置文件语法错误')returnNoneexcept Exception as e:print(f'未知错误：{e}')returnNoneelse:print('配置文件读取成功！')return configfinally:print('配置读取流程结束')# 清理资源，比如关闭数据库连接等

1. 1. 精准捕获：尽量捕获具体异常，而不是笼统的Exception
2. 2. 避免裸except：except:会捕获所有异常，可能隐藏bug
3. 3. 异常信息友好：给用户看的错误信息要易懂，技术细节写日志
4. 4. 资源清理放finally：确保文件、网络连接等资源被正确关闭

# with语句实际上是这样工作的file_obj = open('test.txt', 'w')try:    file_obj.write('Hello')finally:    file_obj.close()  # 确保一定执行

classTimer:"""计时器上下文管理器"""def__enter__(self):import timeself.start = time.time()returnselfdef__exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):import timeself.end = time.time()print(f'耗时：{self.end - self.start:.2f}秒')returnFalse# 不压制异常# 使用示例with Timer() as t:import time    time.sleep(1)print('睡了一秒钟')

"""文件加密解密工具支持对文本文件进行简单的异或加密"""import sysfrom pathlib import Pathdefxor_encrypt_decrypt(data: bytes, key: int) -> bytes:"""简单的异或加密/解密"""returnbytes([b ^ key for b in data])defprocess_file(input_file: str, output_file: str, key: int = 42):"""    处理文件（加密或解密）    参数：        input_file: 输入文件路径        output_file: 输出文件路径          key: 加密密钥（0-255）    """    input_path = Path(input_file)    output_path = Path(output_file)# 验证输入文件存在ifnot input_path.exists():print(f'错误：输入文件 {input_file} 不存在')returnFalsetry:# 读取文件（支持文本和二进制）if input_path.suffix in ['.txt', '.md', '.py']:            mode = 'r'withopen(input_file, mode, encoding='utf-8') as f:                content = f.read()            data = content.encode('utf-8')else:            mode = 'rb'withopen(input_file, mode) as f:                data = f.read()# 加密/解密        processed_data = xor_encrypt_decrypt(data, key)# 保存结果if mode == 'r':withopen(output_file, 'w', encoding='utf-8') as f:                f.write(processed_data.decode('utf-8'))else:withopen(output_file, 'wb') as f:                f.write(processed_data)print(f'✓ 文件处理完成：{output_file}')returnTrueexcept PermissionError:print(f'错误：没有权限访问文件')except Exception as e:print(f'未知错误：{e}')returnFalsedefmain():"""命令行入口"""iflen(sys.argv) < 4:print('用法：python file_crypto.py <输入文件> <输出文件> <密钥>')print('示例：python file_crypto.py secret.txt encrypted.txt 123')return    input_file = sys.argv[1]    output_file = sys.argv[2]try:        key = int(sys.argv[3]) % 256# 确保密钥在0-255范围内except ValueError:print('错误：密钥必须是整数')return    process_file(input_file, output_file, key)if __name__ == '__main__':    main()

"""日志分析脚本从应用日志中提取错误信息并生成统计报告"""import refrom pathlib import Pathfrom datetime import datetimefrom collections import defaultdict, CounterclassLogAnalyzer:"""日志分析器"""# 常见的日志级别模式    LEVEL_PATTERNS = {'ERROR': r'ERROR|错误|失败|异常','WARNING': r'WARNING|警告|注意','INFO': r'INFO|信息|正常'    }# 常见错误类型模式    ERROR_PATTERNS = {'连接超时': r'Timeout|超时|连接失败','内存不足': r'内存不足|OutOfMemory|MemoryError','文件不存在': r'FileNotFound|文件不存在','权限拒绝': r'Permission denied|权限拒绝','语法错误': r'SyntaxError|语法错误'    }def__init__(self, log_file):self.log_file = Path(log_file)self.stats = defaultdict(Counter)self.error_details = []defanalyze(self):"""分析日志文件"""ifnotself.log_file.exists():print(f'错误：日志文件 {self.log_file} 不存在')returnFalsetry:withopen(self.log_file, 'r', encoding='utf-8') as f:for line_num, line inenumerate(f, 1):self._process_line(line.strip(), line_num)self._generate_report()returnTrueexcept UnicodeDecodeError:# 尝试其他编码try:withopen(self.log_file, 'r', encoding='gbk') as f:for line_num, line inenumerate(f, 1):self._process_line(line.strip(), line_num)self._generate_report()returnTrueexcept:print(f'错误：无法解码日志文件')returnFalsedef_process_line(self, line, line_num):"""处理单行日志"""ifnot line:return# 检查日志级别for level, pattern inself.LEVEL_PATTERNS.items():if re.search(pattern, line, re.IGNORECASE):self.stats['levels'][level] += 1# 如果是错误级别，进一步分析if level == 'ERROR':self._analyze_error(line, line_num)breakdef_analyze_error(self, line, line_num):"""分析错误行"""        error_info = {'line': line_num,'content': line[:200],  # 只保存前200个字符'timestamp': self._extract_timestamp(line),'type': '未知错误'        }# 匹配错误类型for error_type, pattern inself.ERROR_PATTERNS.items():if re.search(pattern, line, re.IGNORECASE):                error_info['type'] = error_typeself.stats['error_types'][error_type] += 1breakself.error_details.append(error_info)def_extract_timestamp(self, line):"""尝试从日志行中提取时间戳"""# 常见的时间格式模式        time_patterns = [r'\d{4}-\d{2}-\d{2} \d{2}:\d{2}:\d{2}',  # 2026-02-12 10:30:45r'\d{2}/\d{2}/\d{4} \d{2}:\d{2}:\d{2}',  # 02/12/2026 10:30:45r'\d{2}:\d{2}:\d{2}'# 10:30:45        ]for pattern in time_patterns:match = re.search(pattern, line)ifmatch:returnmatch.group()return'未知时间'def_generate_report(self):"""生成分析报告"""        report_file = self.log_file.parent / f'{self.log_file.stem}_分析报告.txt'withopen(report_file, 'w', encoding='utf-8') as f:            f.write('=' * 60 + '\n')            f.write('日志分析报告\n')            f.write(f'生成时间：{datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")}\n')            f.write(f'分析文件：{self.log_file.name}\n')            f.write('=' * 60 + '\n\n')# 1. 日志级别统计            f.write('1. 日志级别分布：\n')            total_lines = sum(self.stats['levels'].values())for level, count inself.stats['levels'].most_common():                percentage = (count / total_lines * 100) if total_lines > 0else0                f.write(f'   {level}: {count} 行 ({percentage:.1f}%)\n')# 2. 错误类型统计            f.write('\n2. 错误类型分布：\n')for error_type, count inself.stats['error_types'].most_common():                f.write(f'   {error_type}: {count} 次\n')# 3. 详细错误列表ifself.error_details:                f.write('\n3. 详细错误列表（最近10个）：\n')for error inself.error_details[-10:]:                    f.write(f'   行号 {error["line"]} | 时间 {error["timestamp"]}\n')                    f.write(f'   类型：{error["type"]}\n')                    f.write(f'   内容：{error["content"]}\n')                    f.write('   ' + '-' * 50 + '\n')            f.write('\n' + '=' * 60 + '\n')            f.write('报告结束\n')print(f'✓ 分析报告已生成：{report_file}')defmain():"""命令行入口"""import sysiflen(sys.argv) < 2:print('用法：python log_analyzer.py <日志文件路径>')print('示例：python log_analyzer.py app.log')return    analyzer = LogAnalyzer(sys.argv[1])if analyzer.analyze():print('日志分析完成！')else:print('日志分析失败')if __name__ == '__main__':    main()

1. 1. 使用with open('data.txt', 'r') as f:打开文件后，何时会自动关闭文件？
• • A) 程序结束时
• • B) 离开with代码块时
• • C) 调用f.close()时
• • D) 永远不会自动关闭正确答案：B
2. 2. 以下哪个模式用于以二进制方式读取文件？
• • A) 'r'
• • B) 'rb'
• • C) 'br'
• • D) 'readbinary'正确答案：B
3. 3. 使用pathlib时，如何创建Path对象表示data/logs/app.log？
• • A) Path('data', 'logs', 'app.log')
• • B) Path('data') / 'logs' / 'app.log'
• • C) Path.join('data', 'logs', 'app.log')
• • D) A和B都对正确答案：D
4. 4. 当文件不存在时，open('nonexistent.txt', 'r')会抛出什么异常？
• • A) FileExistsError
• • B) PermissionError
• • C) FileNotFoundError
• • D) IOError正确答案：C
5. 5. 以下哪个try-except结构是最佳实践？
• • A) try: ... except: ...
• • B) try: ... except Exception: ...
• • C) try: ... except FileNotFoundError: ...
• • D) B和C都对正确答案：C
6. 6. finally块中的代码什么时候执行？
• • A) 只有try块成功时
• • B) 只有except块执行时
• • C) 无论是否发生异常都会执行
• • D) 只有在没有异常时才执行正确答案：C
7. 7. 以下哪个方法可以安全地获取字典值，避免KeyError？
• • A) dict[key]
• • B) dict.get(key)
• • C) dict.fetch(key)
• • D) dict.value(key)正确答案：B
8. 8. 使用os.path.join('dir', 'subdir', 'file.txt')在Windows上会生成什么路径？
• • A) dir/subdir/file.txt
• • B) dir\subdir\file.txt
• • C) dir//subdir//file.txt
• • D) 取决于当前操作系统正确答案：B
9. 9. 读取大文件时，推荐使用哪种方式避免内存不足？
• • A) 一次性读取整个文件
• • B) 使用read()方法
• • C) 分块读取（如while chunk: f.read(8192)）
• • D) 使用内存映射正确答案：C
10. 10. 以下哪个with语句用法是正确的？
• • A) with open('a.txt') as f1, open('b.txt') as f2: ...
• • B) with open('a.txt') as f1 and open('b.txt') as f2: ...
• • C) with (open('a.txt') as f1, open('b.txt') as f2): ...
• • D) A和C都对正确答案：D

1. 1. 备份指定目录：将指定目录下的所有文件备份到另一个位置
2. 2. 增量备份：只备份自上次备份以来修改过的文件
3. 3. 保留版本：每次备份创建带时间戳的新文件夹
4. 4. 生成日志：记录备份的文件列表和统计信息
5. 5. 异常处理：处理各种可能的错误（权限不足、磁盘空间不足等）

• • 使用pathlib处理文件路径
• • 使用shutil模块复制文件
• • 使用json保存备份元数据（记录文件修改时间）
• • 使用try-except处理各种异常
• • 添加命令行参数支持（如python backup.py --source ./docs --target ./backups）

1. 1. 添加压缩功能（使用zipfile模块）
2. 2. 支持定时自动备份（使用schedule模块或系统cron）
3. 3. 添加邮件通知功能（备份完成后发送通知）
4. 4. 支持备份到云存储（如AWS S3、Google Drive）

• • 脚本能够正常运行，无语法错误
• • 实现基本备份功能（复制文件到带时间戳的目录）
• • 添加合理的异常处理
• • 生成备份日志文件
• • 代码有清晰的注释和文档字符串

#!/usr/bin/env python3"""自动备份脚本"""import argparsefrom pathlib import Pathimport shutilimport jsonfrom datetime import datetimeimport sysclassBackupManager:def__init__(self, source_dir, backup_root):self.source_dir = Path(source_dir)self.backup_root = Path(backup_root)self.metadata_file = self.backup_root / 'backup_metadata.json'defrun(self):# TODO: 实现备份逻辑passif __name__ == '__main__':# TODO: 解析命令行参数# TODO: 创建BackupManager实例并运行pass

1. 1. 永远用with open()，让Python自动帮你关闭文件
2. 2. 优先选择pathlib，告别路径拼接的烦恼
3. 3. 精准捕获异常，给用户友好的错误提示而不是崩溃

1. 1. 动手！动手！动手！ 文件操作和异常处理最需要实践，把示例代码都跑一遍
2. 2. 故意制造错误：试着删除正在读取的文件，或者用错误编码打开文件，看看异常怎么处理
3. 3. 应用到旧项目：回头看看前几周写的代码，哪些地方可以加上异常处理让它更健壮？

• • 🎯 类的魔法：如何用类来组织数据和功能
• • 🔄 继承的威力：代码复用的高级技巧
• • 🧩 多态的灵活：同一接口，不同实现
• • 📦 封装的智慧：保护数据，暴露接口

• • 咱们会用面向对象的方式重构之前的学生成绩管理系统
• • 你会看到一个真实的“图书管理系统”案例
• • 学会如何设计类的层次结构，让代码既清晰又易扩展