安全工程专业课程
安全仿真与模拟基础
金洪伟 & 闫振国 & 王延平
西安科技大学安全科学与工程学院
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第 2 部分 Python 基础
第 8 章 文件和目录操作
目 录
1. 文件处理
1.1 基础知识
我们日常在使用计算机时已经接触过各种形式的文件了，如 .txt、.docx、.pptx、.dwg、.html、.png、.mp4，等等。可以使用 Python 通过代码读取、写入/创建和删除文件，这种过程被称为文件处理。
一般来说，计算机文件分为两种：
- 文本文件：一种只包含文本的文件，一般可用文本编辑器（如记事本、VS Code）打开，其中的文本字符一般统一选择某种形式的编码，最常用的字符编码形式 UTF-8。
- 二进制文件：把内存中的数据按其在内存中的存储形式原样输出到磁盘上存放，也就是说存放的是数据的原始形式。像各种音频、视频、图像文件一般为二进制文件。
1.2 打开文件
Python 提供了必要的函数和方法进行默认情况下的文件基本操作。可以用文件对象（file object）做大部分的文件操作。
文件对象也被称为文件类对象或流，是对外提供面向文件 API 以使用下层资源的对象（带有 read() 或 write() 这样的方法）。根据其创建方式的不同，文件对象可以处理对真实磁盘文件，对其他类型存储，或是对通讯设备的访问（例如标准输入/输出、内存缓冲区、套接字、管道等等）。
实际上共有三种类别的文件对象：原始二进制文件, 缓冲二进制文件以及文本文件。它们的接口定义均在 io 模块中。创建文件对象的规范方式是使用 open() 函数。
1.2 打开文件
open() 函数的签名如下：
open(file, mode='r', buffering=- 1, encoding=None,
errors=None, newline=None, closefd=True, opener=None)
该函数打开 file 并返回对应的文件对象。如果该文件不能被打开，则引发 OSError。其中：
file表示将要打开的文件的路径（绝对路径或者相对当前工作目录的路径）。mode指定了文件被打开的模式，默认'r'表示以只读形式打开文本文件，其他访问模式稍后再讲。buffering用于设置缓存策略（本章略过此内容）。encoding是对文件进行解码和编码的编码名称，它用于文本模式。默认的编码依赖于平台，为locale.getencoding()函数的返回值，其可选值在标准编码页列出，通常建议使用encoding='utf-8'。newline指定如何从流中解析换行符，其值可能为None（通用换行模式并将所有换行翻译为'\n'）、''（通用换行模式但不进行翻译）、'\n'（在类 Unix 系统常用）、'\r'（macOS 的早期版本常用）、'\r\n'（在 Windows 系统常用）。
1.2 打开文件
例如，打开一个和 main.py 同目录的 poem.txt 文件，以下各行代码的效果是相同的：
f = open('poem.txt')
# f = open('./poem.txt')
# f = open('poem.txt', mode='r')
# f = open('poem.txt', mode='rt', encoding='utf-8')
各种操作系统的路径风格是不一样的，尤其是 Windows 和类 Unix 系统的路径风格差异巨大。不过，在使用相对路径时，在 Windows 系统下也能使用类 Unix 系统的风格，这时常用类 Unix 系统风格。
1.2 打开文件
可选的文件打开模式 mode 包括：
| 字符 | 含意 |
|---|---|
'r' |
读取（默认），以只读方式打开文件。如果文件不存在则报错，文件的指针将会放在文件的开头。 |
'w' |
写入，打开文件只用于写入。如果该文件已存在则打开文件，并从开头开始编辑，即原有内容会被删除；如果文件不存在则创建该文件。 |
'x' |
排它性创建，创建指定的文件，如果文件存在则返回错误。 |
'a' |
追加，打开供追加的文件。如果已存在则在末尾追加，即文件指针放在文件末尾，如果不存在则创建该文件。 |
'b' |
二进制模式。 |
't' |
文本模式（默认）。 |
'+' |
打开用于更新（可读可写）。 |
这些模式也可以组合使用，可用的组合模式见下页表。
| 字符 | 含意 |
|---|---|
rb |
以二进制格式打开一个文件用于只读。文件指针将会放在文件的开头。这是默认模式。一般用于非文本文件如图片等。 |
r+ |
打开一个文件用于读写。文件指针将会放在文件的开头。 |
rb+ |
以二进制格式打开一个文件用于读写。文件指针将会放在文件的开头。一般用于非文本文件如图片等。 |
wb |
以二进制格式打开一个文件只用于写入。如果该文件已存在则打开文件，并从开头开始编辑，即原有内容会被删除。如果该文件不存在，创建新文件。一般用于非文本文件如图片等。 |
w+ |
打开一个文件用于读写。如果该文件已存在则打开文件，并从开头开始编辑，即原有内容会被删除。如果该文件不存在，创建新文件。 |
wb+ |
以二进制格式打开一个文件用于读写。如果该文件已存在则打开文件，并从开头开始编辑，即原有内容会被删除。如果该文件不存在，创建新文件。一般用于非文本文件如图片等。 |
ab |
以二进制格式打开一个文件用于追加。如果该文件已存在，文件指针将会放在文件的结尾。也就是说，新的内容将会被写入到已有内容之后。如果该文件不存在，创建新文件进行写入。 |
a+ |
打开一个文件用于读写。如果该文件已存在，文件指针将会放在文件的结尾。文件打开时会是追加模式。如果该文件不存在，创建新文件用于读写。 |
ab+ |
以二进制格式打开一个文件用于追加。如果该文件已存在，文件指针将会放在文件的结尾。如果该文件不存在，创建新文件用于读写。 |
| 模式 | r | r+ | w | w+ | a | a+ |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 读 | + | + | + | + | ||
| 写 | + | + | + | + | + | |
| 创建 | + | + | + | + | ||
| 覆盖 | + | + | ||||
| 指针在开始 | + | + | + | + | ||
| 指针在结尾 | + | + |
1.2 打开文件
如何选择文件的打开模式？
1.3 关闭文件
在打开文件后一定要通过文件对象的 close() 方法关闭文件。该方法会将缓冲区任何还没有写入的数据写入文件，然后关闭文件：
f = open('poem.txt')
...
f.close()
为什么应该关闭文件对象？
- 每个程序打开的文件个数有限，如果超过该限额，则没有可靠的方法恢复，可能造成程序崩溃。
- 打开的文件消耗内存资源，关闭文件可以释放内存。
- 如果文件保持打开，则可能会损坏文件并造成数据丢失。
1.4 文件对象的属性
文件对象有一些常用的属性，多数与构造函数中的参数意义相同，如下表所示：
| 属性 | 描述 |
|---|---|
file.closed |
如果文件已被关闭返回 True，否则返回 False。 |
file.mode |
返回被打开文件的访问模式。 |
file.name |
返回文件的名称。 |
file.encoding |
返回文件的字符编码。 |
file.newlines |
包含文件的换行方式，其值可以是 None、''、'\n'、'\r'、'\r\n'，或这些值构成的元组。 |
1.4 文件对象的属性
示例：
f = open('poem.txt')
print('文件名:', f.name) # 文件名: poem.txt
print('是否已关闭:', f.closed) # 是否已关闭: False
print('访问模式:', f.mode) # 访问模式: r
print('文本编码:', f.encoding) # 文本编码: UTF-8
print('换行符:', f.newlines) # 换行符: None
f.close()
1.5 读取文件
可以使用 read() 方法一次读取整个文件：
f = open('poem.txt')
poem = f.read()
print(poem) # 这将打印文件的内容
poem1 = f.read() # 结果为空字符串
print(poem1) # 仅打印一个换行符
f.close()
1.5 读取文件
可以使用 readline() 方法一次读取一行内容，只要返回空字符串，就表示已经到达了文件末尾，空行使用 '\n' 表示。以下代码同样打印整个文件：
f = open('poem.txt')
line = f.readline()
while line != '':
print(line, end='')
line = f.readline()
f.close()
1.5 读取文件
从文件中读取多行时，可以用循环遍历整个文件对象。这种操作能高效利用内存，快速，且代码简单。以下代码同样打印整个文件：
f = open('poem.txt')
for line in f:
print(line, end='')
f.close()
如需以列表形式读取文件中的所有行，可以用 list(f) 或 f.readlines()。
1.6 使用 with 语句
在实际处理文件对象时，最好使用 with 语句。该语句自动在结束时关闭文件，从而简化操作，避免出错。示例如下：
with open('poem.txt') as f:
for line in f:
print(line, end='')
1.7 写入文件
在实际处理文件对象时，最好使用 with 语句。该语句自动在结束时关闭文件，从而简化操作，避免出错。示例如下：
with open('poem.txt') as f:
for line in f:
print(line, end='')
作业
作业
要求：
- 将本章全部作业放在一个
安模作业02-07-学号-姓名.py的源文件中，通过电子邮件以附件形式发给任课教师。 - 在源文件中以注释的形式醒目地写明本次作业对应的章编号、各个作业题的编号，并按要求写出解题思路、代码注释。
- 以上各题不能只有文字说明，而应同时有可执行的示例代码。
- 邮件标题统一用
安模作业02-07-学号-姓名的形式。 - 所有关于作业的回答都以代码注释的形式写在源文件中，不需要再额外附加其他文档或图片，请保证代码执行不会发生错误。
- 待本次作业批改后，请通过此链接下载本次作业的参考答案。