文件读写
最后更新于：2022-04-01 01:14:22
读写文件是最常见的IO操作。Python内置了读写文件的函数，用法和C是兼容的。
读写文件前，我们先必须了解一下，在磁盘上读写文件的功能都是由操作系统提供的，现代操作系统不允许普通的程序直接操作磁盘，所以，读写文件就是请求操作系统打开一个文件对象（通常称为文件描述符），然后，通过操作系统提供的接口从这个文件对象中读取数据（读文件），或者把数据写入这个文件对象（写文件）。
### 读文件
要以读文件的模式打开一个文件对象，使用Python内置的`open()`函数，传入文件名和标示符：
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>>> f = open('/Users/michael/test.txt', 'r')
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标示符'r'表示读，这样，我们就成功地打开了一个文件。
如果文件不存在，`open()`函数就会抛出一个`IOError`的错误，并且给出错误码和详细的信息告诉你文件不存在：
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>>> f=open('/Users/michael/notfound.txt', 'r')
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: '/Users/michael/notfound.txt'
~~~
如果文件打开成功，接下来，调用`read()`方法可以一次读取文件的全部内容，Python把内容读到内存，用一个`str`对象表示：
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>>> f.read()
'Hello, world!'
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最后一步是调用`close()`方法关闭文件。文件使用完毕后必须关闭，因为文件对象会占用操作系统的资源，并且操作系统同一时间能打开的文件数量也是有限的：
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>>> f.close()
~~~
由于文件读写时都有可能产生`IOError`，一旦出错，后面的`f.close()`就不会调用。所以，为了保证无论是否出错都能正确地关闭文件，我们可以使用`try ... finally`来实现：
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try:
f = open('/path/to/file', 'r')
print(f.read())
finally:
if f:
f.close()
~~~
但是每次都这么写实在太繁琐，所以，Python引入了`with`语句来自动帮我们调用`close()`方法：
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with open('/path/to/file', 'r') as f:
print(f.read())
~~~
这和前面的`try ... finally`是一样的，但是代码更佳简洁，并且不必调用`f.close()`方法。
调用`read()`会一次性读取文件的全部内容，如果文件有10G，内存就爆了，所以，要保险起见，可以反复调用`read(size)`方法，每次最多读取size个字节的内容。另外，调用`readline()`可以每次读取一行内容，调用`readlines()`一次读取所有内容并按行返回`list`。因此，要根据需要决定怎么调用。
如果文件很小，`read()`一次性读取最方便；如果不能确定文件大小，反复调用`read(size)`比较保险；如果是配置文件，调用`readlines()`最方便：
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for line in f.readlines():
print(line.strip()) # 把末尾的'\n'删掉
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### file-like Object
像`open()`函数返回的这种有个`read()`方法的对象，在Python中统称为file-like Object。除了file外，还可以是内存的字节流，网络流，自定义流等等。file-like Object不要求从特定类继承，只要写个`read()`方法就行。
`StringIO`就是在内存中创建的file-like Object，常用作临时缓冲。
### 二进制文件
前面讲的默认都是读取文本文件，并且是UTF-8编码的文本文件。要读取二进制文件，比如图片、视频等等，用`'rb'`模式打开文件即可：
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>>> f = open('/Users/michael/test.jpg', 'rb')
>>> f.read()
b'\xff\xd8\xff\xe1\x00\x18Exif\x00\x00...' # 十六进制表示的字节
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### 字符编码
要读取非UTF-8编码的文本文件，需要给`open()`函数传入`encoding`参数，例如，读取GBK编码的文件：
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>>> f = open('/Users/michael/gbk.txt', 'r', encoding='gbk')
>>> f.read()
'测试'
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遇到有些编码不规范的文件，你可能会遇到`UnicodeDecodeError`，因为在文本文件中可能夹杂了一些非法编码的字符。遇到这种情况，`open()`函数还接收一个`errors`参数，表示如果遇到编码错误后如何处理。最简单的方式是直接忽略：
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>>> f = open('/Users/michael/gbk.txt', 'r', encoding='gbk', errors='ignore')
~~~
### 写文件
写文件和读文件是一样的，唯一区别是调用`open()`函数时，传入标识符`'w'`或者`'wb'`表示写文本文件或写二进制文件：
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>>> f = open('/Users/michael/test.txt', 'w')
>>> f.write('Hello, world!')
>>> f.close()
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你可以反复调用`write()`来写入文件，但是务必要调用`f.close()`来关闭文件。当我们写文件时，操作系统往往不会立刻把数据写入磁盘，而是放到内存缓存起来，空闲的时候再慢慢写入。只有调用`close()`方法时，操作系统才保证把没有写入的数据全部写入磁盘。忘记调用`close()`的后果是数据可能只写了一部分到磁盘，剩下的丢失了。所以，还是用`with`语句来得保险：
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with open('/Users/michael/test.txt', 'w') as f:
f.write('Hello, world!')
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要写入特定编码的文本文件，请给`open()`函数传入`encoding`参数，将字符串自动转换成指定编码。
### 小结
在Python中，文件读写是通过`open()`函数打开的文件对象完成的。使用`with`语句操作文件IO是个好习惯。
### 参考源码
[with_file.py](https://github.com/michaelliao/learn-python3/tree/master/samples/io/with_file.py)