Python 文件 I/O：文件读取与写入教程

介绍

在这个 Lab 中，你将学习在 Python 中进行文件读写的基础流程。文件 I/O（输入/输出）是任何程序员的一项关键技能，因为它允许你的程序持久化数据、读取配置以及与文件系统进行交互。

我们将重点关注使用 with 语句，这是 Python 中处理文件的现代且推荐的方式。它确保即使发生错误，文件也会被自动关闭，从而防止资源泄漏。

在整个 Lab 过程中，你将：

理解基本的文件 I/O 流程。
使用不同的方法（read()、readlines() 和迭代）打开和读取文件。
将新内容写入文件以及向现有文件追加内容。

所有操作都将在 LabEx WebIDE 中进行。让我们开始吧。

文件读写过程

在这一步，你将学习 Python 中文件 I/O 的基本过程，以及为什么 with 语句至关重要。

要在 Python 中读取或写入文件，你通常遵循三个步骤：

打开文件。
从文件读取或向文件写入。
关闭文件。

手动管理文件的关闭容易出错。如果你的程序在文件打开时遇到错误，它可能无法正确关闭。为了解决这个问题，Python 提供了 with 语句。它会自动为你处理文件的关闭，即使发生异常，也能确保系统资源得到正确管理。

注意： 如果你不熟悉使用 WebIDE（类似 VS Code），请先在这个实验学习。

基本语法如下：

with open('filename.txt', 'mode') as file_variable:
    ## 在文件上执行操作

open(): 用于打开文件的内置函数。
'filename.txt': 文件的路径。
'mode': 一个字符，指示文件将如何被使用（例如，'r' 表示读取，'w' 表示写入）。
file_variable: 你将用来与文件对象交互的变量。

这一步纯粹是概念性的。在接下来的步骤中，你将应用这些知识来执行实际的文件操作。

打开和读取文件

在这一步中，你将学习如何使用 open() 函数打开和读取文件。我们将介绍读取整个文件、将文件逐行读入列表，以及迭代行（对于大文件来说非常高效）的方法。

设置脚本已经为你创建了两个文件：hi.txt 和 sonnet29.txt。

使用 `read()` 读取整个文件

read() 方法将文件的全部内容读取到一个单独的字符串中。

在左侧的文件浏览器中，打开 read_file.py 文件。
向其中添加以下代码。此脚本打开 hi.txt，读取其内容，并将其打印到控制台。

## 使用 'with' 语句读取文件：完成后自动关闭文件
with open('/home/labex/project/hi.txt') as hello_file:
    hello_content = hello_file.read()  ## 读取整个文件内容

print(hello_content)

要运行脚本，打开终端并执行以下命令：

python3 read_file.py

你应该会看到 hi.txt 的内容被打印出来。

Hello World!

使用 `readlines()` 将文件读入行列表

readlines() 方法读取文件的所有行，并将它们作为字符串列表返回。列表中的每个字符串代表一行，并且末尾包含换行符 \n。

使用以下代码修改 read_file.py 以读取 sonnet29.txt。

## readlines() 方法：返回一个字符串列表，每行一个
with open('/home/labex/project/sonnet29.txt') as sonnet_file:
    lines = sonnet_file.readlines()  ## 返回一个列表，其中每个元素都是一个字符串行

print(lines)

再次运行脚本：

python3 read_file.py

输出将是一个字符串列表，其中每个字符串是文件中的一行。

['When, in disgrace with fortune and men\'s eyes,\n', 'I all alone beweep my outcast state,\n', 'And trouble deaf heaven with my bootless cries,\n', 'And look upon myself and curse my fate,\n']

逐行迭代文件

对于大文件，将全部内容读入内存可能效率不高。更好的方法是直接迭代文件对象。这会逐行读取文件，而无需将整个文件加载到内存中。

最后一次使用以下代码修改 read_file.py。

## 逐行迭代文件（对大文件来说内存效率高）
with open('/home/labex/project/sonnet29.txt') as sonnet_file:
    for line in sonnet_file:  ## 文件对象是可迭代的
        print(line, end='')  ## 打印时不添加额外的换行符

注意：我们在 print() 函数中使用 end='' 是为了防止添加额外的换行符，因为文件中的每一行已经以换行符结尾。

运行脚本：

python3 read_file.py

这将完美格式化地打印文件的内容。

When, in disgrace with fortune and men's eyes,
I all alone beweep my outcast state,
And trouble deaf heaven with my bootless cries,
And look upon myself and curse my fate,

写入文件

在这一步中，你将探索如何将数据写入文件。我们将介绍两种不同的模式：写入模式 ('w')，它会覆盖任何现有内容；以及追加模式 ('a')，它会将新数据添加到文件末尾。

使用 'w' 模式写入文件

当你以写入模式 ('w') 打开文件时，如果文件不存在，则会创建一个新文件。如果文件已存在，其全部内容将在写入新内容之前被清除。

在文件浏览器中，打开 write_file.py 文件。
添加以下代码。此脚本将创建一个名为 bacon.txt 的文件，并向其中写入一行文本。write() 方法返回写入的字符数。

## 写入文件：'w' 模式会覆盖现有文件
with open('/home/labex/project/bacon.txt', 'w') as bacon_file:  ## 'w' = 写入模式
    chars_written = bacon_file.write('Hello world!\n')  ## 返回写入的字符数

print(chars_written)

从终端运行脚本：

python3 write_file.py

输出显示写入文件的字符数。

你现在可以在文件浏览器中看到一个新文件 bacon.txt。

使用 'a' 模式向文件追加内容

追加模式 ('a') 用于在不删除现有内容的情况下向文件末尾添加数据。如果文件不存在，它将被创建。

修改 write_file.py 以向 bacon.txt 追加另一行。

## 向文件追加内容：'a' 模式会在现有文件末尾追加
with open('/home/labex/project/bacon.txt', 'a') as bacon_file:  ## 'a' = 追加模式
    chars_written = bacon_file.write('Bacon is not a vegetable.')

print(chars_written)

再次运行脚本：

python3 write_file.py

输出显示新字符串的字符数。

验证最终内容

为了确认写入和追加操作都正确执行，我们来读取 bacon.txt 的内容。

最后一次修改 write_file.py 以读取并打印 bacon.txt 的内容。

with open('/home/labex/project/bacon.txt') as bacon_file:
    content = bacon_file.read()

print(content)

运行脚本：

python3 write_file.py

输出应显示来自写入和追加操作的合并内容。

Hello world!
Bacon is not a vegetable.

总结

恭喜你完成了关于 Python 中文件读写的这个实验！

在这个实验中，你学习了文件 I/O 的基本技能。你首先了解了使用 with 语句进行安全和自动文件处理的重要性。

然后，你练习了几种读取文件的方法：

使用 read() 将全部内容作为单个字符串获取。
使用 readlines() 获取所有行的列表。
直接迭代文件对象，这是一种内存高效的方式，可以逐行处理大文件。

最后，你探索了如何写入文件：

使用写入模式 ('w') 来创建新文件或覆盖现有文件。
使用追加模式 ('a') 在不擦除先前数据的情况下向文件末尾添加内容。

这些基本操作是需要存储数据、读取配置或处理文本文件的更复杂应用程序的构建块。

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