文件是操作系统中的一个虚拟概念,是以计算机硬盘为载体存储在计算机上的信息集合，文件可以是文本文档、图片、程序等等。在系统运行时，计算机以进程为基本单位进行资源的调度和分配；而在用户进行的输入、输出中，则以文件为基本单位。大多数应用程序的输入都是通过文件来实现的。
在初期编写程序时，接触最多的是文本文件，比如，在注册和登录功能中，用户名和密码要存储在文件里，python程序也是写成文本文件的形式。
打开一个文本文档的过程：
• 启动文本编辑器（程序加载到内存），开始编辑（此时即时输入的内容是存在了内存）
• 输入→显示（过程中，涉及到中文字符→二进制→中文字符的过程）
• 写完保存，编辑器把内存中的数据保存到硬盘
字符→二进制→字符的过程，就是编码(encode)（输入），解码(decode)（输出）的过程
执行一个python文件的过程：
• Cpython解释器加载到内存
• py文件从硬盘加载到内存
• 解释器向CPU发出指令，处理py文件，逐行识别文本的语法
一、字符编码
字符编码就是字符按照某种标准转换(编码)成数字(二进制位)的过程，这个标准叫字符编码表。
最开始的计算机，只在英文环境里使用，所以编码解码只考虑英文字符和二进制，具体用哪些二进制数字表示哪个符号，经最早的这批人达成一致，这就是ASCII码。 后来计算机普及，每个国家都产生了自己的语言与二进制的对应标准，(如中国的GBK)因为各个国家不统一，导致了这样的问题：汉语国家编写的软件，在其他语系国家里不能使用，因为他们的计算机中没有汉语字符与二进制的对照关系！为了解决这样的问题，unicode码诞生了，它将很多国家的字符与二进制的关系都包含在内，统一使用16位二进制数字表示各国字符。 结果就是，我们在自己的电脑文本编辑器里输入一个日文字符，编码到内存，显示（输出）的时候，这16位二进制数字会解码成日文，显示出来，而不会出现乱码的问题。 可是再后来，使用计算机的过程中，又发现了新问题：在英语系国家的编程者发现，原来采用ASCII码，用8位二进制表示字符，而现在需要16位，输入的数据存入硬盘的时间几乎长了一倍！为了解决这样的问题，又出现了UTF-8（8-bit Unicode Transformation Format），这是一种针对Unicode的可变长度字符编码，它会识别unicode编码的二进制表示的字符是什么语言的字符，并分配不同的字节，比如，如果是英文，就用1个字节存储到硬盘，如果是中文，就用3个字节存到硬盘 有了UTF-8之后，只要我们写一个文件，保存成utf-8编码格式，在任何国家的电脑上都能通用，而且占的空间更小，存取更快! 但是utf-8不可以完全取代unicode，因为在这之前，很多国家都用自己国家的编码标准编写了软件，而utf-8里只有与unicode 一 一对应的关系，并没有直接和GBK，shift-jis等标准建立联系，所以直至现在，我们的计算机内存采用的，仍然是unicode。 就像python3刚推出时，很多python2的软件都不能用python3运行，导致很多公司和个人拒绝使用python3，于是龟叔迫不得已推出python2.7一样，我们需要unicode来作为阶段性的过渡。 但是如果以后每个人写文件，都采用utf-8格式保存，等足够长的时间后，就可以废弃unicode标准了，也就不会存在因为编码解码而导致的程序报错和乱码问题！！
解决乱码问题的关键，就是以什么格式编码的，就用什么格式解码，要保证编码解码一致，最好清晰的、人为的指定编码解码方式。比如在文件最上方添加文件头：#coding:utf-8(文件当初存的字符编码)。
python解释器默认的字符编码：
python2：默认ASCII
python3：默认utf-8
字符的指定编码转换方法： x='张' res=x.encode('gbk') m=res.decode('gbk')
字符--------编码--------》数字 字符《--------解码--------数字 unicode utf-8二进制 1. ASCII表：只能识别英文字符，用8bit对应一个英文字符 2. GBK表：可以识别中文字符、英文字符，用8bit对应一个英文字符，用16个bit对应一个中文字符 3. unicode(内存中默认使用该编码)：用2Bytes表示一个字符 4. utf-8全称Unicode Transformation Format：用8bit对应一个英文字符，用24个bit对应一个中文字符 内存中固定使用unicode编码，我们可以改变的是数据由内存刷到硬盘时采用的编码（应该采用utf-8） unicode的特点： 1. 可以识别万国字符 2. 与各种字符编码的二进制数字都有对应关系
python3的字符串类型在内存中存成unicode格式的二进制
二、文件处理
文件是操作系统为了方便用户和应用程序管理磁盘空间，提供的虚拟单位。文件对应着磁盘空间，为了永久在磁盘存储数据，就要使用文件。
应用程序和用户对文件进行读写操作都是向操作系统发送请求，由操作系统对外发送指令。
对文件进行操作首先要找到文件，也就是知道文件路径，路径有两种：绝对路径和相对路径。
绝对路径：文件所在文件夹在系统中的完整位置 windows系统：D:\A_my_practice linux系统：/use/local/lib 相对路径：是相对于执行文件所在文件夹的位置。
找到文件后，就可以对文件进行打开、读写、关闭操作。
打开 文件路径，指定读写模式(只读,以text的格式)，指定当时保存的编码格式(也就是指定解码格式) file1 = open(r'D:\A_my_practice\a.txt', mode='rt', encoding='utf-8') res = file1.read() # 读文件 print(res) # 输出读取结果 file1.close() # 关闭文件
这样打开文件，操作结束后一定要关闭，这里涉及执行文件时的内存管理：
打开一个文件时，file1首先是python程序内存里的一个变量，占用python的内存空间。而file1的值指向一个文件，文件是操作系统这个程序产生的，所以也占用操作系统的内存。
python解释器有自己的垃圾回收机制，而操作系统没有，为了不浪费内存，需要我们主动关闭文件。
还有一种打开方法，不用主动关闭：
上下文管理：
with open('a.txt',mode='wt',encoding='utf-8') as f: f.write("123\n")
以上面的代码为例，总结文件的基本操作:
打开文件有两种方式如上，open() 括号内都要指定路径，r‘路径’ 表示路径字符串是原生字符串，里面的\ 没有转义的含义。mode指定文件的操作模式：
| r | 只读，从文件头读到文件末尾，文件不存在时报错 | b | 无论读写都是以bytes(二进制)为单位的, 可以操作所有文件，一定不能指定encoding参数 |
| w | 只写，在打开时将文件内容清空，写入指定内容 文件不存时创建空文件 |
t(默认) | 无论读写都是以字符为单位的， 只能操作文本文件，必须指定encoding参数 |
| a | 追加写，打开时指针移到行末，追加写入的内容 文件不存时创建空文件 |
+ | r+ 可读可写 w+ 可写可读 a+ 可追加写可读 |
with open('a.txt',mode='rt',encoding='utf-8') as f: # data=f.read() # 读整体 # print(f.readable()) # True 只读 # print(f.writable()) # False # line=f.readline() # 一次读一行 # print(line,end='') # lalal # print(data,type(data)) #大奖获得丰厚都十分 <class 'str'> # for line in f: # print(line) #lalal 大奖获得丰厚都十分 # print(f.readlines()) # 把内容全读出，返回一个列表 pass #['lalal\n', '大奖获得丰厚都十分']
# with open('a.txt',mode='wt',encoding='utf-8') as f: # print (f.writeines()) # with open('a.txt',mode='wt',encoding='utf-8') as f: # print(f.readable()) # False # print(f.writable()) # True 只写 # 在打开了文件不关闭的情况下，连续的写入，新写的内容总是跟在老内容之后 # f.write('你瞅啥\n') # f.write('瞅你咋的\n') # f.write('巴拉巴拉。。。\n') # # lines=['1111\n','2222\n','3333\n'] # for line in lines: # 全部写入 # f.write(line) # f.writelines(lines) # 一次写一行 # f.write('aaaa\nbbb\ncccc\n')
实现copy 功能(一次性读取文件全部内容，在内存中完成复制后存入磁盘)：
with open('a.txt','rb') as file1,open('b.txt','wb') as file2: file2.write(file1.read()) # 如果文件过大，会占用过多内存
for line in file1:
file2.write(line) # 这种方法逐行读取file1的内容，逐行写入file2。执行时只有一行在内存中，占用内容少。
三、文件修改的两种方式：
方式一：
1. 以读的方式打开源文件
2. 将文件内容一次性全读入内存，在内存完成修改
3. 以写的方式打开源文件，然后将修改后的结果一次性写入源文件
实现修改文件功能：
with open('a.txt','rt',encoding='utf-8') as f1: msg = f1.read() new_msg = msg.replace("world","python") with open('a.txt','wt',encoding='utf-8') as f2: f2.write(new_msg)
优点：节省磁盘空间，执行过程，只有一份数据在磁盘。编辑器采用此种方式。
缺点：如果文件过大，会占用过多内存，浪费内存
方式二
1. 以读的方式打开源文件，以写的方式打开一个临时文件
2. 读取源文件的一行内容到内存中，将修改的结果写入临时文件，循环往复直到改
3. 删除源文件，将临时文件重命名为源文件名
导入一个os模块：
import os with open('a.txt', 'rt', encoding='utf-8') as f1, \ open('.b.txt.swap', 'wt', encoding='utf-8') as f2: for line in f1: f2.write(line.replace("world", "python")) os.remove('a.txt') os.rename('.b.txt.swap', 'a.txt')
缺点：在文件修改过程中硬盘只存在两份数据，占用磁盘空间
优点：同一时间在内存中只有文件的一行内容，节省内存
在以上操作中，指针的移动都是靠读写命令来实现的，那么，怎样控制指针的移动呢？
在使用read()命令时，它能接收一个参数，用来控制读取的位置（指针的移动）：
with open('a.txt', mode='rt', encoding='utf-8') as f: res = f.read(4) print(res) #在”t“模式下，f.read(4) 读取的是文本的前4个字符，除此以外，其他指针的操作都是按照字节为单位移动的
with open('a.txt', mode='rb') as f:
res = f.read(4)
print(res.decode('utf-8'))
#如果是中文字符（一个字符占3个字节），这样读取前4个字节，第二个字符显示就会乱码。
truncate( )函数也可以控制指针，它会截取指定字节数的文本：
with open('a.txt', mode='at', encoding='utf-8') as f: f.truncate(3) # 截取前3个字节，之后的丢弃，这是一个写操作
其文件的打开方式必须可写，但是不能用w或w+等方式打开（直接清空文件），所以truncate要在r+或a或a+等模式下测试效果
前面的方法都带着读或写操作，而seek() 方法可以单纯的移动指针。它接收两个整形数字作为参数，第一个参数是移动的字节数，第二个整数指定参照位置，它有三种模式。
seek(self, offset: int, whence: int = 0)
with open('a.txt',mode='rt',encoding='utf-8') as f: f.seek(3,0) # 指针向右移动3个字节，0表示参照位置是文本文件开头，默认下seek() 的第二个参数是0 # 只有0模式既可以在t下用也可以在b下用，而1、2两种模式只能在b模式下使用 with open('a.txt',mode='rb') as f: f.read(2) f.seek(4,1) # 1 表示参照文件当前指针位置 print(f.tell()) # 打印当前指针位置 print(f.read().decode('utf-8'))
with open('a.txt', mode='rb') as f: f.seek(-5, 2) # 2 参照文件末尾，负数向左，如果向右移动，读空格 print(f.tell()) print(f.read().decode('utf-8'))
用seek() 实现一个监测日志动态的小功能。日志存放于一个文本文档，此功能会定时检测有无程序向日志中写入内容，如果有，就会将刚写入的内容打印出来.
import time with open('access.log', mode='rb') as f: f.seek(0, 2) while True: line = f.readline() if len(line) == 0: time.sleep(0.1) else: print(line.decode('utf-8'), end='')
f.tell：光标移动到文件末尾