Python中的文件及目录操作
在变量、序列和对象中存储的数据是暂时的，程序结束后就会丢失。为了能够长时间地保存程序中的数据，需要将程序中的数据保存到磁盘文件中。Python提供了内置的文件对象和对文件，以及目录进行操作的内置模块，通过这些技术可以很方便地将数据文件保存到文件中，以达到长时间保存数据的目的。
①掌握如何创建、打开和关闭文件
②掌握如何写入和读取文件的内容
③了解os和os.path模块
④掌握如何创建和删除目录
⑤掌握如何使用raise语句抛出异常
1、基本文件操作
在Python中，内置了文件对象，在使用文件对象时，首先需要通过内置的open()方法创建一个文件对象，然后通过该对象提供的方法进行一些基本文件操作，
1.1 创建和打开文件
在Python中，想要操作文件需要先创建或者打开指定的文件并创建文件对象，open函数的语法格式为：
file = open(filename[,mode[,buffering]])
其中，mode为可选参数，用于指定文件的打开模式；buffering也为可选参数，用于指定读写文件的缓冲模式，值0表示不缓存，值1表示缓存，如果大于1，则表示缓冲区的大小。
1.1 打开一个不存在的文件时先创建该文件
例如：创建并打开记录蚂蚁庄园动态的文件。
print("\n","="*10,"蚂蚁庄园动态","="*10)
file = open('message.txt','w') # 创建或打开保存蚂蚁庄园动态信息的文件
print("\n 即将显示……\n")
（2）以二进制形式打开文件
使用open()函数不仅可以以文本的形式打开文本文件，而且可以以二进制形式打开非文本文件，
file = open('picture.png'.'rb')
print(file)
（3）打开文件时指定编码方式
在使用open()函数打开文件时，默认采用GBK编码，当被打开的文件不是GBK编码时，将抛出异常，可以通过添加encoding='utf-8’参数即可实现将编码指定为UTF-8。
1.2 关闭文件
打开文件后，需要及时关闭，以免对文件造成不必要的破坏，关闭文件可以使用文件对象的close()方法实现，语法格式为：
file.close()
1.3 打开文件时使用with语句
打开文件后，需要及时关闭，在使用with语句的时候，无论是否抛出错误，都能够保证with语句执行完毕后关闭已经打开的文件，语法格式为：
with expression as target
with-boby
其中，expression用于指定一个表达式；target用于指定一个变量；with-boby用于指定with语句体。
1.4 写入文件内容
在Python中，提供了with()方法，可以向文件中写入内容，write()方法的语法格式如下，
file.write(string)
例如：向蚂蚁庄园的动态栏目中写入一条信息。
print("\n","="*10,"蚂蚁庄园动态","="*10)
file = open('message.txt','w') # 创建或打开保存蚂蚁庄园动态信息的文件
# 写入一条动态信息
file.write("你使用了1张加速卡，小鸡撸起袖子开始双手吃饲料，进食速度大大加快。\n")
print("\n 写入了一条动态……\n")
file.close() # 关闭文件对象
1.5 读取文件
在Python中打开文件后，除了可以向其写入或追加内容，还可以读取文件中的内容，读取文件内容主要分为以下几种情况，
1.5.1 读取指定字符
文件对象提供了read()方法读取指定个数的字符，其语法格式为：
file.read([size])
其中，file为打开的文件对象；size为可选参数，用于指定要读取的字符个数，如果省略则一次性读取所有内容。
例如，要读取message.txt文件中的前9个字符，可以使用下面的代码。
with open('message.txt','r') as file: #打开文件
string = file.read(9) #读取前9个字符
pring(string)
使用read(size)方法读取文件时，是从文件的开头读取的，如果想要读取部分内容，可以先使用文件对象的seek()方法将文件指针移动到新的位置，然后再应用read(size)方法读取。seek()方法的基本语法格式为：
file.seek(offset[,whence])
其中，file表示已经打开的文件对象，offset表示用于指定移动的字符个数，其具体位置与whence有关，whence用于指定从什么位置开始计算，值为0表示从文件头开始计算，1表示从当前位置开始计算，2表示从文件尾开始计算，默认为0。
例如：显示蚂蚁庄园的动态。
print("\n","="*25,"蚂蚁庄园动态","="*25,"\n")
with open('message.txt','r') as file: # 打开保存蚂蚁庄园动态信息的文件
message = file.read() # 读取全部动态信息
print(message) # 输出动态信息
print("\n","="*29,"over","="*29,"\n")
运行结果为：
1.5.2 读取一行
在使用read()方法读取文件时，如果文件很大，一次读取全部内容到内存，容易造成内存不足，所以通常会采用逐行读取，文件对象提供了readline()方法用于每次读取一行数据，readline()方法的基本语法格式如下：
file.readline()
其中，file为打开的文件对象，同read()方法一样，打开文件时，也需要指定打开模式为r（只读）或者r+（读写）。
例如：逐行显示蚂蚁庄园的动态，
print("\n","="*35,"蚂蚁庄园动态","="*35,"\n")
with open('message.txt','r') as file: # 打开保存蚂蚁庄园动态信息的文件
number = 0 # 记录行号
while True:
number += 1
line = file.readline()
if line =='':
break # 跳出循环
print(number,line,end= "\n") # 输出一行内容
print("\n","="*39,"over","="*39,"\n")
运行结果如下：
1.5.3 读取全部行
读取全部行的作用与调用read()方法时不指定size类似，只不过读取全部行时，返回的是一个字符串列表，每个元素为文件的一行内容。读取全部行，使用的是文件对象的readlines()方法，其语法格式为：
fle.readlines()
其中，file为打开的文件对象，同read()方法一样，打开文件时，也需要指定打开模式为r（只读）或者r+（读写），
2.目录操作
目录也称为文件夹，用于分层保存文件，通过目录可以分门别类地存放文件，我们也知道可以通过目录快速地找到想要的文件，在Python中，并没有提供直接操作目录的函数或者对象，而是需要使用内置的os和os.path模块实现。
2.1 os和os.path模块
在Python中，内置了os模块及其子模块os.path用于对目录或文件进行操作，在使用os模块或者os.path模块时，需要先应用import语句将其导入，然后才可以应用它们提供的函数或者变量。
os模块提供的与目录相关的函数
| 函数 | 说明 |
|---|---|
| getcwd | 返回当前的工作目录 |
| listdir(path) | 返回指定路径下的文件和目录信息 |
| mkdir(path [,mode]) | 创建目录 |
| makedirs(path1/path2…[,mode]) | 创建多级目录 |
| rmdir(path) | 删除目录 |
| removedirs(path1/path2) | 删除多级目录 |
| chdir(path) | 把path设置为当前工作目录 |
| walk(top[,topdown[,onerror]]) | 遍历目录数 |
2.2 路径
用于定位一个文件或者目录的字符串被称为一个路径，在程序开发的时候，通常会涉及两种路径，一种是相对路径，另一种是绝对路径。
2.2.1 相对路径
在学习相对路径之前，需要先了解什么是当前工作目录，当前工作目录是指当前文件所在的目录，在Python中，可以通过os模块提供的getcwd()函数获取当前工作目录，例如，语法格式为：
import os
print(os.getcwd()) #输出当前目录
相对路径就是依赖当前的工作目录，如果在当前工作目录下有一个名称为message.txt的文件，那么在打开这个文件时，就可以直接写上文件名，这时采用的就是相对路径。
2.2.2 绝对路径
绝对路径是指在使用文件时指定文件的实际路径，它不依赖于当前工作目录，在Python中，可以通过os.path模块提供的abspath()函数获取一个文件的绝对路径，abspath()函数的基本语法格式如下：
os.path.abspath(path)
其中，path为要获取绝对路径的相对路径，可以是文件，也可以是目录。
2.2.3 拼接路径
如果想要将两个或者两个路径拼接到一起组成一个新的路径，可以使用os.path模块提供的join()函数实现，join()函数基本语法格式如下：
os.path.join(path1[,path2[,...]])
其中，path1、path2用于代表要拼接的文件路径，这些路径间使用逗号进行分割，如果在要拼接的路径中没有一个绝对路径，那么最后拼接出来的将是一个相对路径。
2.3 判断目录是否存在
在Python中，有时需要判断给定的目录是否存在，这时可以使用os.path模块提供的exists()函数实现，exists()函数的基本语法格式如下：
os.path.exists(path)
其中，path为要判断的目录，可以采用绝对路径，也可以采用相对路径，
2.4 创建目录
在Python中，os模块提供了两个创建目录的函数，一个用于创建一级目录，另一个用于创建多级目录，
2.4.1 创建一级目录
创建一级目录是指一次只能创建一级目录，在Python中，可以使用os模块提供的mkdir()函数实现，通过该函数只能创建指定路径的最后一级目录，如果该目录的上一级不存在，则抛出异常，语法格式为：
os.mkdir(path,mode=0o77)
其中，path表示要创建的目录，可以使用绝对路径，也可以使用相对路径，mode表示用于指定数值模式，默认值为0777,。
2.4.2 创建多级目录
使用mkdir()函数只能创建一级目录，如果想创建多级，可以使用os模块的makedirs()函数，该函数用于采用递归的方式创建目录，makedirs()函数的基本语法格式如下：
os.makedirs(name,mode=0o77)
其中，name表示用于指定要创建的目录，可以使用绝对路径，也可以使用相对路径，mode表示用于指定数值模式，默认值为0777。
2.5 删除目录
删除目录可以使用os模块提供的rmdir()函数实现，通过rmdir()函数删除目录，只要当要删除的目录为空时才起作用，rmdir()函数的基本语法格式如下：
os.rmdir(path)
其中，path为要删除的目录，可以使用相对路径，也可以使用绝对路径，例如，要删除C盘中demo文件中的目录，可以使用的代码为。
import os
os.rmdir("C:\\demo\\mr")
2.6 遍历目录
遍历在古汉语中的意思是全部走遍，到处周游，在Python中，遍历的意思也和这差不多，就是对指定的目录下的全部目录（包括子目录）及文件运行一遍，在Python中，os模块的walk()函数用于实现遍历目录的功能，walk()函数的基本语法格式如下。
os.walk(top[,topdown][,onerror][,followlinks])
例如：遍历指定目录。
import os # 导入os模块
path = "C:\\demo" # 指定要遍历的根目录
print("【",path,"】 目录下包括的文件和目录：")
for root, dirs, files in os.walk(path, topdown=True): # 遍历指定目录
for name in dirs: # 循环输出遍历到的子目录
print("∏",os.path.join(root, name))
for name in files: # 循环输出遍历到的文件
print("≌",os.path.join(root, name))
3.高级文件操作
在Python内置的os模块除了可以对目录进行操作，还可以对文件进行一些高级操作，例如：
3.1 删除文件
Python中没有内置删除文件的函数，但是在内置的os模块中提供了删除文件的函数remove()，该函数的基本语法格式如下：
os.remove(path)
其中，path为需要删除的文件路径，可以使用相对路径，也可以使用绝对路径，
3.2 重命名文件和目录
os模块提供了重命名文件和目录的函数rename(),如果指定的路径是文件，则重命名文件，如果指定的路径是目录，则重命名目录，基本语法格式为：
os.rename(src,dst)
3.3 获取文件基本信息
在计算机上创建文件后，该文件本身就会包含一些信息，例如，文件的最后一次访问的时间、最后一次访问的修改时间、文件大小等基本信息，都可以通过os模块的stat()函数可以获取到这些文件的基本信息，stat()函数的基本语法如下：
os.stat(path)
其中，path表示为要获取文件基本信息的文件路径，可以是相对路径，也可以是绝对路径。
例如：获取文本基本信息
import os # 导入os模块
fileinfo = os.stat("mr.png") # 获取文件的基本信息
print("文件完整路径：", os.path.abspath("mr.png")) # 获取文件的完整数路径
# 输出文件的基本信息
print("索引号：",fileinfo.st_ino)
print("设备名：",fileinfo.st_dev)
print("文件大小：",fileinfo.st_size," 字节")
print("最后一次访问时间：",fileinfo.st_atime)
print("最后一次修改时间：",fileinfo.st_mtime)
print("最后一次状态变化时间：",fileinfo.st_ctime)
运行结果如下：
由于上面的结果显示的时间和字节数都是一长串的整数，这与平时见到的不一样，所以将对数值进行格式化，代码如下。
import os # 导入os模块
def formatTime(longtime):
'''格式化日期时间的函数
longtime：要格式化的时间
'''
import time # 导入时间模块
return time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S',time.localtime(longtime))
def formatByte(number):
'''格式化日期时间的函数
number：要格式化的字节数
'''
for (scale,label) in [(1024*1024*1024,"GB"),(1024*1024,"MB"),(1024,"KB")]:
if number>= scale: # 如果文件大小大于等于1KB
return "%.2f %s" %(number*1.0/scale,label)
elif number == 1: # 如果文件大小为1字节
return "1 字节"
else: # 处理小于1KB的情况
byte = "%.2f" % (number or 0)
return (byte[:-3] if byte.endswith('.00') else byte)+" 字节" # 去掉结尾的.00，并且加上单位“字节”
if __name__ == '__main__':
fileinfo = os.stat("mr.png") # 获取文件的基本信息
print("文件完整路径：", os.path.abspath("mr.png")) # 获取文件的完整数路径
# 输出文件的基本信息
print("索引号：",fileinfo.st_ino)
print("设备名：",fileinfo.st_dev)
print("文件大小：",formatByte(fileinfo.st_size))
print("最后一次访问时间：",formatTime(fileinfo.st_atime))
print("最后一次修改时间：",formatTime(fileinfo.st_mtime))
print("最后一次状态变化时间：",formatTime(fileinfo.st_ctime))
运行结果如下：
