第十章 Python之文件写操作

1. 写入文件

Python中写入文本文件有三种常用模式，区别在于如何处理已存在的文件和写入位置。

1.1 w模式（写入，覆盖）

• 行为：打开文件用于写入。若文件已存在，会先清空（截断）整个文件；若不存在则新建。
• 注意：每次打开都会丢失原有内容，适合从头生成新内容。

# open 函数最常用的三个参数如下：
#   1.file：要操作的文件路径
#   2.mode：文件的打开模式
#       r ：读取（默认值）
#       w ：写入，并先截断文件
#       x ：排它性创建，如果文件已存在，则创建失败
#       a ：打开文件用于写入，如果文件存在，则在文件末尾追加内容
#       b ：二进制模式
#       t ：文本模式（默认值）
#       + ：打开用于更新（读取与写入）
#   3.encoding：字符编码

# 测试 w 模式
with open('demo.txt', 'wt', encoding='utf-8') as file:
    file.write('Hello Python!')

💡 频繁使用 w 时，务必确认文件路径，避免误清空重要数据。

1.2 x模式（排他创建，安全写入）

• 行为：仅当文件不存在时才创建并写入；若文件已存在，立即抛出 FileExistsError，避免意外覆盖。
• 适用场景：日志归档、配置文件初始化等确保不覆盖已有文件的需求。

# 测试 x 模式
with open('demo2.txt', 'xt', encoding='utf-8') as file:
    file.write('Hello Python!')

⚠️ 需要配合异常处理（try-except）来优雅处理文件已存在的情况。

1.3 a 模式（追加，保留历史）

• 行为：打开文件用于写入，文件指针自动移至末尾。若文件存在，新内容追加在最后；若不存在则新建。
• 适用场景：日志记录、持续收集数据，希望保留所有历史写入。

# 测试 a 模式
with open('demo2.txt', 'at', encoding='utf-8') as file:
    file.write('Hello Python!'

🔄 a 模式不会清空文件，多次写入的内容会按顺序累积。

1.4  快速对照表

选型建议:

• 需要覆盖重写 → w
• 需要防止误覆盖 → x（配合 try）
• 需要保留旧记录 → a

所有模式都建议使用 with 语句，确保文件自动关闭，避免资源泄漏。若操作二进制文件（如图片），将模式中的 t 改为 b（如 'wb'、'xb'、'ab'）。

1.5 flush 方法（强制落盘）

• 概述：Python 写入文件时，为提升性能，不会每次调用 write() 都直接操作硬盘，而是先将数据积攒在内存的缓冲区中，待缓冲区满或文件关闭时才统一写入。
• flush() 作用：立即将缓冲区中积攒的所有数据强制写入磁盘文件，不等缓冲区满或文件关闭。

# 在 Python 中文件写入时，并不是每写一次就立刻落盘，而是：先写到“缓冲区”里。
# 文件对象的 flush 方法：把缓冲区中的数据，立刻写入到文件中。
import time
with open('demo.txt', 'at', encoding='utf-8') as file:
    file.write('张三')
    file.write('李四')   # 此时还在缓冲区，未落盘
    file.flush()          # 强制落盘，此时文件中已存在"张三李四"
    time.sleep(10000)     # 长眠期，打开文件可见前两句，但看不到后两句
    file.write('王五')
    file.write('赵六')   # 程序结束或缓冲区满时，这两句才会真正写入

💡 在 sleep 期间查看 demo.txt，你会看到前两句已保存，而后两句仍在内存中——这就是 flush 的即时生效效果。

🧠 核心补充：

• 自动刷新时机：文件被 close() 关闭时，会自动调用 flush()，因此正常情况下无需手动调用。
• 何时需要手动flush：
• 写实时日志，希望崩溃前也能保留关键记录；
• 进度提示或交互式写入，需要用户立即看到输出；
• 防止程序异常退出导致缓冲区数据丢失。
• 性能权衡：flush() 会触发磁盘 I/O，频繁调用会显著降低写入速度，建议仅在关键节点使用。

⚠️ 与 close() 的关系：

• close() 内部已包含 flush()，所以关闭后无需再单独调用。如果代码中使用了 with 语句，退出上下文时会自动关闭并刷新，通常无需额外操作。

2. 组合模式

+ 表示可读可写，但具体行为（指针位置、是否清空）仍由基础模式（r / w / x / a）决定。t 为文本默认值，可省略（如 'r+' 即 'rt+'）。

2.1  rt+（读写，从头开始）

• 行为：文件必须存在。指针初始在开头，写入会从当前位置覆盖字符。
• 注意：写入后若需读取刚写的内容，必须先用 seek 移回开头；文本模式下seek偏移量请谨慎使用（中文字符占多字节，随意定位会破坏编码）。

# 测试 rt+
with open('a.txt', 'rt+', encoding='utf-8') as file:
# seek(offset, whence)方法：用于改变文件对象指针的位置，参数说明如下：
#   offset：偏移量，要移动多少距离
#   whence：参考点，从哪里开始计算偏移，有三种取值：
#       0：从文件开头计算（默认值）
#       1：从当前位置计算
#       2：从文件末尾计算
#  注意：在文本模式下，不要随意去定位中文字符位置，否则可能破坏文件编码。
    file.seek(0, 0)
    file.write('你好')

2.2 wt+（读写，先清空）

• 行为：文件存在则清空（截断），不存在则新建。指针初始在开头。w模式可以写入，+模式可以用于更新（读取或写入），所以wt+模式可读可写。
• 关键点：执行 write 后，指针会移动到末尾。想读取刚写入的内容，必须先 seek(0) 重置指针。w模式打开文件后，文件指针在起始位置，但write方法执行完后，指针在文件结束位置。由于t是默认值，所以wt+中的t可以省略。

with open('a.txt', 'wt+', encoding='utf-8') as file:
    file.write('你好')    # 写入后指针在末尾
    file.seek(0)          # 必须移回开头才能读取
    result = file.read()
    print(result)

2.3 xt+（读写，排他创建）

• 行为：文件不存在则创建并允许读写；若已存在则报错 FileExistsError。指针初始在开头。x模式打开文件后，文件指针在起始位置。
• 适用：安全创建新文件，避免误覆盖现有数据。

with open('demo3.txt', 'xt+', encoding='utf-8') as file:
    file.write('你好')
    file.seek(0)          # 移回开头再读取
    result = file.read()
    print(result)

2.4 at+（读写，强制追加）

• 行为：文件存在则指针初始在末尾，不存在则新建。调用 write 永远追加到文件末尾，即使你手动用 seek 移动了指针，写入时依然会强制跳回末尾。at模式可以追加内容，+模式可以用于更新（读取或写入），所以at+模式可读可写。at模式打开文件后，文件指针在结束位置。

with open('a.txt', 'at+', encoding='utf-8') as file:
    file.write('你好')    # 默认追加到末尾
    file.seek(0)          # 必须移回开头才能读取已有全文
    result = file.read()
    print(result)

🔥 避坑：at+ 模式下，seek 只能影响读取位置，对写入位置无效（写入永远追加）。因此若想在文件中间修改内容，请改用 r+。

快速对比（关键差异）:

选型建议：

• 需要修改已有内容（定位改写）→ r+
• 需要覆盖重写并立即验证 → w+
• 需要安全新增文件并检查内容 → x+
• 需要追加记录并同时查看全部历史 → a+

⚠️ 读写混合模式容易混淆，牢记写后读必 seek(0)口诀，避免读到空数据或乱码。

3. 目录操作（os / shutil）

Python 通过 os 和 shutil 模块提供目录管理能力，核心分为创建、删除、判断和遍历四类。

3.1 创建目录

• os.mkdir(path)：创建单级目录。若父目录不存在或目录已存在，抛出 FileNotFoundError / FileExistsError。
• os.makedirs(path)：创建多级目录（自动创建缺失的父级目录）。若全部已存在则报错。

import os
os.mkdir('D:/demo')                # 仅一级
os.makedirs('D:/demo/aa/bb')       # 自动创建 demo → aa → bb

💡 makedirs 还可传 exist_ok=True（Python 3.2+）使其在目录已存在时不报错，更安全。

3.2 删除目录

• os.rmdir(path)：删除空目录。目录非空或不存在均报错。
• os.removedirs(path)：递归删除空目录。从最末一级开始向上删除，直到遇到非空目录即停止。
• shutil.rmtree(path)：强制删除整个目录树（含所有子目录和文件），危险操作，谨慎使用。

os.rmdir('D:/demo/aa/bb')          # 删除 bb（必须为空）
os.removedirs('D:/demo/aa/bb')     # 先删 bb，若 aa 变空则继续删 aa，依此类推
shutil.rmtree('D:/demo')           # 直接删除整个 demo，不可恢复

3.3 路径判断（路径存在性 & 类型）

python

print(os.path.exists('D:/demo/aa/bb'))   # False（若不存在）
print(os.path.isdir('D:/demo'))          # True（若为目录）
print(os.path.isfile('D:/demo'))         # False（目录不是文件）

3.4 遍历目录（轻量 & 递归）

• os.scandir(path)：返回迭代器，遍历单层目录项。比 os.listdir 更高效（直接获取文件类型信息），适合一层扫描。

with os.scandir('D:/demo') as entries:   # 建议用 with 管理资源
for entry in entries:
        print('目录'if entry.is_dir() else'文件', entry.name)

• os.walk(path)：递归生成三元组 (当前目录路径, 子目录列表, 文件名列表)，按层级逐层遍历整个目录树。

for dirpath, dirnames, filenames in os.walk('D:/demo'):
    print(f'当前目录：{dirpath}')
    print(f'子目录：{dirnames}')
    print(f'文件：{filenames}')

⚠️危险操作提醒：

• shutil.rmtree 直接删除整个目录树，·无回收站·，执行前务必确认路径（建议先用 os.path.exists 检查）。
• 若需删除非空目录更安全，可先遍历删除文件，再删空目录，但 rmtree 仍是首选（注意备份）。

# ⚠️危险操作：删除有内容的目录
# shutil.rmtree('D:/demo')

📌 场景选型速查：

• 新建单目录 → mkdir
• 新建嵌套目录 → makedirs
• 删空目录 → rmdir 或 removedirs
• 强制删除全目录 → shutil.rmtree
• 判断路径类型 → exists / isdir / isfile
• 单层遍历 → scandir
• 全递归遍历 → walk

4. 综合小练习

练习1：将一个二进制文件复制到指定位置。

# 练习1：将一个二进制文件复制到指定位置。
# region
import os
# 源文件
source = 'music.mp3'
# 目标目录
target = 'D:/media'

# 如果目标目录不存在，那就去创建
if not os.path.isdir(target):
    os.makedirs(target)

with open(source, 'rb') as f1, open(target + '/' + 'my_music.mp3', 'wb') as f2:
    while True:
        # 每次只读取1KB
        data = f1.read(1024)
        # 如果文件读取完毕了，就跳出循环
        if not data:
            break
        # 向目标文件中写入数据
        f2.write(data)
    print('复制完毕')
# endregion

练习 2：日志记录，需求如下：

1. 用户输入用户名和密码后，程序进行校验：
2. 用户名不存在，提示“用户名未注册”，并记录日志。
3. 用户名存在，但密码错误，提示“密码错误”，并记录日志。
4. 用户名和密码均正确，提示“登录成功”，并记录日志。

# 练习2：日志记录。
#   1.用户输入用户名和密码后，程序进行校验：
#   2.用户名不存在，提示“用户名未注册”，并记录日志。
#   3.用户名存在，但密码错误，提示“密码错误”，并记录日志。
#   4.用户名和密码均正确，提示“登录成功”，并记录日志。

import time
# 准备一些用户
users = {
    '张三': '123456',
    '李四': '888888',
    '王五': 'abc123'
}

# 提示输入信息
username = input('请输入用户名：')
password = input('请输入密码：')

# 获取当前的时间
now = time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')

# 如果用户名不在users中
if username notin users:
    print('用户名未注册')
    with open('log.txt', 'at', encoding='utf-8') as file:
        file.write(f'{now} {username}  登录失败（用户未注册）\n')

# 如果密码不正确
elif users[username] != password:
    print('密码不正确')
    with open('log.txt', 'at', encoding='utf-8') as file:
        file.write(f'{now} {username}  密码错误 \n')

# 登录成功
else:
    print('登录成功！')
    with open('log.txt', 'at', encoding='utf-8') as file:
        file.write(f'{now} {username}  登录成功 \n')