🐍 Python Day16：文件操作 — 让程序和文件对话
🕐 预计用时：2-3 小时 ｜ 🎯 目标：掌握 open()、读写模式、with 语句、read/readline/readlines
📖 今日目录
1. 为什么要学文件操作？
程序一关，内存里的数据就没了。想让数据"活下去"，必须存到文件里。
# 没有文件操作：程序结束，数据消失
scores = {"张三": 85, "李四": 92}
# 程序关闭 → scores 不见了
# 有文件操作：数据持久化
# 程序结束前 → 存入文件
# 程序启动后 → 从文件读取
# 数据永远不会丢！
2. open() 与 close()
📖 基本语法
# 创建测试文件
with open("test.txt", "w", encoding="utf-8") as f:
f.write("Hello Python!\n")
f.write("这是第二行\n")
f.write("这是第三行\n")
# 打开文件（手动关闭）
f = open("test.txt", "r", encoding="utf-8")
content = f.read()
print(content)
f.close() # ⚠️ 必须手动关闭！
⚠️ 忘了 close() 会怎样？
1. 文件资源被占用，内存泄漏
2. 写入的数据可能没刷到磁盘（数据丢失）
3. 其他程序可能无法访问这个文件
解决方案：用 with 语句，自动关闭！
3. with 语句（推荐写法）
with 是 Python 的"安全锁"——用完文件自动关闭，即使出错也不怕。
# ✅ 推荐写法：with 语句
with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as f:
content = f.read()
print(content)
# 离开 with 块，文件自动关闭（不用写 f.close()）
# 等价于（底层原理）：
f = open("test.txt", "r", encoding="utf-8")
try:
content = f.read()
print(content)
finally:
f.close() # 无论如何都会关闭
# 读文件的三种模式
# 1. 读取全部内容
with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as f:
content = f.read()
print(content)
# 2. 逐行读取（大文件推荐）
with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as f:
for line in f:
print(line.strip())
# 3. 读取为列表
with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as f:
lines = f.readlines() # 返回列表
print(lines)
💡 with 语句的三大好处：
1. 自动关闭文件，不用担心忘记
2. 即使代码出错（异常），也能保证关闭
3. 代码更简洁，Pythonic 写法
4. 读文件：三种方式
📖 read() — 一次读全部
with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as f:
content = f.read() # 读全部内容（字符串）
print(content)
# read(n) — 只读前 n 个字符
with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as f:
chunk = f.read(5) # 读前5个字符
print(chunk) # "Hello"
📖 readline() — 一次读一行
with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as f:
line1 = f.readline() # 第一行
line2 = f.readline() # 第二行
line3 = f.readline() # 第三行
line4 = f.readline() # 空字符串（文件末尾）
print(repr(line1)) # 'Hello Python!\n'
print(repr(line2)) # '这是第二行\n'
print(repr(line3)) # '这是第三行\n'
print(repr(line4)) # ''（读到末尾返回空）
📖 readlines() — 全部读成列表
with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as f:
lines = f.readlines()
print(lines)
# ['Hello Python!\n', '这是第二行\n', '这是第三行\n']
# 去掉每行末尾的换行符
with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as f:
lines = [line.strip() for line in f.readlines()]
print(lines)
# ['Hello Python!', '这是第二行', '这是第三行']
📋 三种读取方式对比
| | |
|---|
read() | | |
readline() | | |
readlines() | | |
for line in f | | |
💡 大文件怎么读？
千万不要用 read() 读几个 GB 的文件！内存会爆。
用 for line in f 逐行迭代，每次只占一行的内存。
5. 写文件：w / a / x 模式
📝 w 模式 — 覆盖写入
# w = write（覆盖写入）
# 文件不存在 → 创建新文件
# 文件已存在 → 清空后重写！⚠️
with open("output.txt", "w", encoding="utf-8") as f:
f.write("第一行\n")
f.write("第二行\n")
# 再次用 w 写入 — 旧内容被清空！
with open("output.txt", "w", encoding="utf-8") as f:
f.write("新内容\n")
# output.txt 现在只有"新内容"，原来的没了
📝 a 模式 — 追加写入
# a = append（追加写入）
# 文件不存在 → 创建新文件
# 文件已存在 → 在末尾追加，不删除旧内容 ✅
with open("log.txt", "a", encoding="utf-8") as f:
f.write("2024-01-01: 系统启动\n")
with open("log.txt", "a", encoding="utf-8") as f:
f.write("2024-01-02: 用户登录\n")
# log.txt 现在有两行（追加，不覆盖）
📝 x 模式 — 独占创建
# x = exclusive（独占创建）
# 文件不存在 → 创建新文件
# 文件已存在 → 报错 FileExistsError！
try:
with open("new_file.txt", "x", encoding="utf-8") as f:
f.write("这是新文件\n")
print("创建成功")
except FileExistsError:
print("文件已存在，不能覆盖")
📝 writelines() — 批量写入
lines = ["苹果\n", "香蕉\n", "橘子\n"]
with open("fruits.txt", "w", encoding="utf-8") as f:
f.writelines(lines) # 一次写入多行
# 注意：writelines 不会自动加换行符！
# 所以每个字符串末尾要自己加 \n
📋 写入模式对比
6. 读写模式大全
💡 encoding 参数：
读写中文文件时，必须指定 encoding="utf-8"。
不指定的话，Windows 默认用 GBK，中文会乱码！
7. 文件指针与 seek
文件指针就像"光标"——标记当前读/写到哪个位置。
with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as f:
# tell() — 当前位置
print(f.tell()) # 0（文件开头）
content = f.read(5) # 读5个字符
print(content) # "Hello"
print(f.tell()) # 5（位置移动了）
content = f.read(5) # 继续读5个字符
print(content) # " Pyth"
print(f.tell()) # 10
# seek(offset, whence) — 移动指针
with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as f:
f.read() # 读到末尾
print(f.tell()) # 文件末尾位置
f.seek(0) # 回到开头
print(f.read(5)) # "Hello"（从头开始读）
f.seek(7) # 跳到第7个字节
print(f.readline()) # 从第7个字节开始读一行
# seek 的 whence 参数
# seek(offset) → 从文件开头
# seek(offset, 0) → 从文件开头（默认）
# seek(offset, 1) → 从当前位置（仅二进制模式）
# seek(offset, 2) → 从文件末尾
with open("test.txt", "rb") as f:
f.seek(0, 2) # 移到末尾
size = f.tell() # 获取文件大小
print(f"文件大小: {size} 字节")
8. 实战练习
🎯 练习 1：通讯录管理器
import os
CONTACTS_FILE = "contacts.txt"
def load_contacts():
"""从文件加载通讯录"""
contacts = []
if not os.path.exists(CONTACTS_FILE):
return contacts
with open(CONTACTS_FILE, "r", encoding="utf-8") as f:
for line in f:
line = line.strip()
if line:
parts = line.split(",")
if len(parts) == 3:
contacts.append({
"name": parts[0],
"phone": parts[1],
"email": parts[2],
})
return contacts
def save_contacts(contacts):
"""保存通讯录到文件"""
with open(CONTACTS_FILE, "w", encoding="utf-8") as f:
for c in contacts:
f.write(f"{c['name']},{c['phone']},{c['email']}\n")
def add_contact(contacts):
"""添加联系人"""
name = input(" 姓名: ").strip()
phone = input(" 电话: ").strip()
email = input(" 邮箱: ").strip()
contacts.append({"name": name, "phone": phone, "email": email})
save_contacts(contacts)
print(f" ✅ 已添加: {name}")
def search_contacts(contacts):
"""搜索联系人"""
keyword = input(" 搜索关键词: ").strip()
results = [c for c in contacts if keyword in c["name"] or keyword in c["phone"]]
if results:
for c in results:
print(f" 📇 {c['name']} | {c['phone']} | {c['email']}")
else:
print(" ❌ 未找到")
def list_contacts(contacts):
"""显示所有联系人"""
if not contacts:
print(" 通讯录为空")
return
print(f"\n 📋 通讯录（共 {len(contacts)} 人）：")
for i, c in enumerate(contacts, 1):
print(f" {i}. {c['name']:8s} | {c['phone']:12s} | {c['email']}")
# 主程序
def contact_manager():
contacts = load_contacts()
while True:
print("\n📇 通讯录管理")
print(" 1. 查看 2. 添加 3. 搜索 4. 删除 q. 退出")
choice = input("请选择: ").strip()
if choice == "1":
list_contacts(contacts)
elif choice == "2":
add_contact(contacts)
elif choice == "3":
search_contacts(contacts)
elif choice == "4":
name = input(" 要删除的姓名: ").strip()
before = len(contacts)
contacts = [c for c in contacts if c["name"] != name]
if len(contacts) < before:
save_contacts(contacts)
print(f" ✅ 已删除: {name}")
else:
print(f" ❌ 未找到: {name}")
elif choice == "q":
print("👋 再见！")
break
contact_manager()
🎯 练习 2：日志分析器
from datetime import datetime
from collections import Counter
def create_sample_log():
"""创建示例日志文件"""
logs = [
"2024-01-15 08:30:15 [INFO] 用户登录成功 user_id=1001",
"2024-01-15 08:31:22 [INFO] 页面访问 /home",
"2024-01-15 08:35:45 [ERROR] 数据库连接失败 timeout=30s",
"2024-01-15 09:00:12 [INFO] 用户登录成功 user_id=1002",
"2024-01-15 09:15:33 [WARNING] 磁盘使用率 85%",
"2024-01-15 09:20:01 [ERROR] API 请求超时 /api/users",
"2024-01-15 09:25:44 [INFO] 用户登出 user_id=1001",
"2024-01-15 10:00:00 [INFO] 定时任务开始",
"2024-01-15 10:05:30 [ERROR] 内存不足 available=128MB",
"2024-01-15 10:10:15 [INFO] 定时任务完成",
"2024-01-15 10:15:00 [WARNING] 响应时间过长 avg=2.5s",
"2024-01-15 11:00:00 [INFO] 系统备份开始",
"2024-01-15 11:30:00 [INFO] 系统备份完成 size=2.3GB",
]
with open("app.log", "w", encoding="utf-8") as f:
for log in logs:
f.write(log + "\n")
print("✅ 示例日志已创建")
def analyze_log(filename):
"""分析日志文件"""
level_count = Counter() # 各级别计数
error_lines = [] # 错误行
hourly_traffic = Counter() # 每小时流量
with open(filename, "r", encoding="utf-8") as f:
for line in f:
line = line.strip()
if not line:
continue
# 解析日志级别
if "[ERROR]" in line:
level_count["ERROR"] += 1
error_lines.append(line)
elif "[WARNING]" in line:
level_count["WARNING"] += 1
elif "[INFO]" in line:
level_count["INFO"] += 1
# 解析小时
try:
time_str = line[:19]
hour = int(time_str[11:13])
hourly_traffic[hour] += 1
except (ValueError, IndexError):
pass
# 输出报告
print("\n📊 日志分析报告")
print("=" * 50)
print(f"日志文件: {filename}")
print(f"\n📈 日志级别统计：")
for level, count in level_count.most_common():
bar = "█" * count
print(f" {level:8s} | {bar} ({count})")
print(f"\n⏰ 每小时流量：")
for hour in sorted(hourly_traffic.keys()):
count = hourly_traffic[hour]
bar = "█" * count
print(f" {hour:02d}:00 | {bar} ({count})")
if error_lines:
print(f"\n❌ 错误详情（共 {len(error_lines)} 条）：")
for line in error_lines:
print(f" {line}")
# 运行
create_sample_log()
analyze_log("app.log")
🎯 练习 3：文件备份工具
import os
import shutil
from datetime import datetime
def backup_file(source, backup_dir="backups"):
"""
备份文件：在文件名后加时间戳
例如: data.txt → backups/data_20240115_143022.txt
"""
if not os.path.exists(source):
print(f"❌ 源文件不存在: {source}")
return None
# 创建备份目录
os.makedirs(backup_dir, exist_ok=True)
# 生成备份文件名
name, ext = os.path.splitext(os.path.basename(source))
timestamp = datetime.now().strftime("%Y%m%d_%H%M%S")
backup_name = f"{name}_{timestamp}{ext}"
backup_path = os.path.join(backup_dir, backup_name)
# 复制文件
shutil.copy2(source, backup_path)
# 获取文件大小
size = os.path.getsize(backup_path)
print(f"✅ 备份成功: {backup_path} ({size} 字节)")
return backup_path
def list_backups(backup_dir="backups"):
"""列出所有备份"""
if not os.path.exists(backup_dir):
print(" 暂无备份")
return
files = os.listdir(backup_dir)
if not files:
print(" 暂无备份")
return
print(f"\n 📦 备份列表（共 {len(files)} 个）：")
for f in sorted(files):
path = os.path.join(backup_dir, f)
size = os.path.getsize(path)
mtime = datetime.fromtimestamp(os.path.getmtime(path))
print(f" {f:40s} | {size:8d} 字节 | {mtime}")
# 使用示例
backup_file("test.txt")
backup_file("app.log")
list_backups()
9. 今日小结
| |
|---|
| open(file, mode, encoding) |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| r |
| |
| |
🧠 记忆口诀：
open 打开 with 关，读写模式记心间。
read 读取 write 写，w 覆盖来 a 追加。
readline 读一行，readlines 列表装。
编码 utf-8 不能忘，大文件逐行最稳当。
🔮 预告： Day 17 异常处理 — try/except/else/finally。让程序不再因为一个小错误就崩溃！
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