100天精通Python（基础篇）——第23天：文件基础科普+打开文件

1. 文件的概念

1.1 文件的概念和作用

嘿，小伙伴们！我们来聊一聊计算机中的文件是什么吧！

计算机的文件其实就是存储在某种长期储存设备上的一段数据。这些长期存储设备可以是硬盘、U盘、移动硬盘、光盘等等。文件的作用就是把数据保存下来，以备将来需要的时候使用。

文件的作用

1.2 文件的存储方式

在计算机中，文件是以二进制的方式保存在磁盘上的。这意味着文件的内容是由一串由0和1组成的二进制数据组成的。

我们可以把文件分为两种类型：文本文件和二进制文件。

文本文件：这种文件可以使用文本编辑软件来查看。其实质上还是二进制文件，只是我们可以用文本编辑软件来方便地查看和编辑它们。比如说，Python的源代码就是文本文件。
二进制文件：这种文件的内容并不是给人直接阅读的，而是提供给其他软件使用的。比如说，图片文件、音频文件、视频文件等等。你不能用文本编辑软件来查看它们，因为它们的内容是以二进制形式存储的。

希望这个解释能帮助你更好地理解文件的概念和存储方式！继续加油学习Python吧！🚀

2. 文件的基本操作

2.1 操作文件的套路

在计算机中要操作文件的套路非常固定，一共包含三个步骤：

打开文件
读、写文件
- 读：将文件内容读入内存
- 写：将内存内容写入文件
关闭文件

2.2 操作文件的函数/方法

在Python中要操作文件需要记住1个函数和3个方法：

open函数：打开文件，并且返回文件操作对象
read方法：将文件内容读取到内存
write方法：将指定内容写入文件
close方法：关闭文件

这三个方法都需要通过文件对象来调用。

2.3 read方法 —— 读取文件

open函数的第一个参数是要打开的文件名（文件名区分大小写）
- 如果文件存在，返回文件操作对象
- 如果文件不存在，会抛出异常
read方法可以一次性读入并返回文件的所有内容
close方法负责关闭文件
- 如果忘记关闭文件，会造成系统资源消耗，而且会影响到后续对文件的访问

注意：read方法执行后，会把文件指针移动到文件的末尾。

# 1. 打开文件
file = open("README")

# 2. 读取
text = file.read()
print(text)

# 3. 关闭
file.close()

提示：在开发中，通常会先编写打开和关闭的代码，再编写中间针对文件的读/写操作！

文件指针：

文件指针标记从哪个位置开始读取数据
第一次打开文件时，通常文件指针会指向文件的开始位置
当执行了read方法后，文件指针会移动到读取内容的末尾，默认情况下会移动到文件末尾

思考：如果执行了一次read方法，读取了所有内容，那么再次调用read方法，还能够获得到内容吗？

答案：不能；第一次读取之后，文件指针移动到了文件末尾，再次调用不会读取到任何的内容

2.4 打开文件的方式

open函数默认以只读方式打开文件，并且返回文件对象。

语法如下：

f = open("文件名", "访问方式")

访问方式：

r：以只读方式打开文件。文件的指针将会放在文件的开头，这是默认模式。如果文件不存在，抛出异常。
w：以只写方式打开文件。如果文件存在会被覆盖。如果文件不存在，创建新文件。
a：以追加方式打开文件。如果该文件已存在，文件指针将会放在文件的结尾。如果文件不存在，创建新文件进行写入。
r+：以读写方式打开文件。文件的指针将会放在文件的开头。如果文件不存在，抛出异常。
w+：以读写方式打开文件。如果文件存在会被覆盖。如果文件不存在，创建新文件。
a+：以读写方式打开文件。如果该文件已存在，文件指针将会放在文件的结尾。如果文件不存在，创建新文件进行写入。

提示：频繁的移动文件指针会影响文件的读写效率，开发中更多的时候会以只读、只写的方式来操作文件。

写入文件示例：

# 打开文件
f = open("README", "w")

f.write("hello python！\n")
f.write("今天天气真好")

# 关闭文件
f.close()

2.5 按行读取文件内容

read方法默认会把文件的所有内容一次性读取到内存
如果文件太大，对内存的占用会非常严重

readline方法可以一次读取一行内容。方法执行后，会把文件指针移动到下一行，准备再次读取。

读取大文件的正确姿势：

# 打开文件
file = open("README")

while True:
    # 读取一行内容
    text = file.readline()

    # 判断是否读到内容
    if not text:
        break

    # 每读取一行的末尾已经有了一个 `\n`
    print(text, end="")

# 关闭文件
file.close()

2.6 文件读写案例 —— 复制文件

目标：用代码的方式，来实现文件复制过程

小文件复制：打开一个已有文件，读取完整内容，并写入到另外一个文件

# 1. 打开文件
file_read = open("README")
file_write = open("README[复件]", "w")

# 2. 读取并写入文件
text = file_read.read()
file_write.write(text)

# 3. 关闭文件
file_read.close()
file_write.close()

大文件复制：打开一个已有文件，逐行读取内容，并顺序写入到另外一个文件

# 1. 打开文件
file_read = open("README")
file_write = open("README[复件]", "w")

# 2. 读取并写入文件
while True:
    # 每次读取一行
    text = file_read.readline()

    # 判断是否读取到内容
    if not text:
        break

    file_write.write(text)

# 3. 关闭文件
file_read.close()
file_write.close()

3. 文件/目录的常用管理操作

在终端或文件浏览器中，可以执行常规的文件/目录管理操作，例如：
- 创建、重命名、删除、改变路径、查看目录内容等等。
在Python中，如果希望通过程序实现上述功能，需要导入os模块。

文件操作：

方法名	说明	示例
rename	重命名文件	os.rename(源文件名, 目标文件名)
remove	删除文件	os.remove(文件名)

目录操作：

方法名	说明	示例
listdir	目录列表	os.listdir(目录名)
mkdir	创建目录	os.mkdir(目录名)
rmdir	删除目录	os.rmdir(目录名)
getcwd	获取当前目录	os.getcwd()
chdir	修改工作目录	os.chdir(目标目录)
path.isdir	判断是否是目录	os.path.isdir(文件路径)

提示：文件或者目录操作都支持相对路径和绝对路径。

4. 文本文件的编码格式（科普）

文本文件存储的内容是基于字符编码的文件，常见的编码有ASCII编码、UNICODE编码等。
Python 2.x 默认使用ASCII编码格式。
Python 3.x 默认使用UTF-8编码格式。

4.1 ASCII 编码和 UNICODE 编码

ASCII 编码

计算机中只有 256 个 ASCII 字符
一个 ASCII 在内存中占用 1 个字节 的空间
- 8 个 0/1 的排列组合方式一共有 256 种，也就是 2 ** 8

UTF-8 编码格式

计算机中使用 1~6 个字节 来表示一个 UTF-8 字符，涵盖了 地球上几乎所有地区的文字。这意味着无论你是使用哪种语言，你都可以在计算机上表示和处理你的文字。
大多数汉字会使用 3 个字节 表示，这是因为汉字的数量庞大，需要更多的字节来表示。
UTF-8 是 UNICODE 编码的一种编码格式，它为世界上的每个字符分配了一个唯一的数字，以便计算机可以理解和处理它们。

4.2 Python 2.x 中如何使用中文

Python 2.x 默认使用 ASCII 编码格式，这意味着默认情况下，它只能处理英文字符。

在 Python 2.x 文件的 第一行 增加以下代码，解释器会以 utf-8 编码来处理 python 文件：
```
# *-* coding:utf8 *-*
```
这种方式是官方推荐的！它告诉解释器使用 UTF-8 编码来处理文件中的字符。
你也可以使用以下代码：
```
# coding=utf8
```
这种方式也可以告诉解释器使用 UTF-8 编码。

unicode 字符串:

在 Python 2.x 中，即使指定了文件使用 UTF-8 的编码格式，但是在遍历字符串时，仍然会以字节为单位遍历字符串。这意味着对于包含非英文字符的字符串，你可能无法正确地处理它们。
为了能够正确地遍历字符串，你需要在定义字符串时，在字符串的引号前增加一个小写字母 u，告诉解释器这是一个 unicode 字符串（使用 UTF-8 编码格式的字符串）。
```
# *-* coding:utf8 *-*

# 在字符串前，增加一个 `u` 表示这个字符串是一个 utf8 字符串
hello_str = u"你好世界"

print(hello_str)

for c in hello_str:
    print(c)
```

希望这些解释能帮助你更好地理解 Python 2.x 中使用中文的方法！