Python入门教程丨2.6 文件操作与 OS 模块，领取你的记账小工具

凌小添2025-03-03 16:07

相信大家肯定遇到这种情况：写了个程序，数据跑得飞快，程序关掉，数据就跟着灰飞烟灭。

比如我想写一个简单的记账系统，让用户记录支出和收入，代码如下：

python 复制代码 
data = []

def add_transaction(transaction):
    data.append(transaction)
    print("交易记录成功！")

def view_transactions():
    for i, transaction in enumerate(data, 1):
        print(f"{i}. {transaction}")

def main():
    while True:
        print("\n1. 添加交易记录")
        print("2. 查看交易记录")
        print("0. 退出")
        choice = input("请选择操作：")
        
        if choice == "1":
            transaction = input("请输入交易记录（比如：收入100，支出50）：")
            add_transaction(transaction)
        elif choice == "2":
            view_transactions()
        elif choice == "0":
            print("退出程序，数据清零啦！")
            break
        else:
            print("无效选项！")

main()

运行后，我们可以愉快地添加记录、查看记录，直到程序退出。

再次打开程序后，你会发现......记录都不见了！

这是因为程序运行时数据都保存在 **内存**中，一旦终止程序，内存数据都会被释放！

1. 文件操作

为了让数据在程序关闭后也能保留下来，文件 是我们最简单直接的选择，文件是记录在外存（硬盘）中，即便我们关闭程序，文件依然在那里，这样就实现了数据的持久化。

1.1 如何用文件保存数据？

让我们把交易记录保存到一个文件里。

python 复制代码 
def add_transaction(transaction):
    with open("交易记录.txt", "a") as f:  # 追加模式
        f.write(transaction + "\n")
    print("交易记录成功！")

def view_transactions():
    print("\n历史交易记录：")
    try:
        with open("transactions.txt", "r") as f:  # 读取模式
            for line in f:
                print(line.strip())
    except FileNotFoundError:
        print("还没有任何记录！")

# 其他代码保持不变

我们使用了文件操作：

使用 **with open**

  • with open("文件路径", "模式") 是文件操作的推荐方式。它会自动管理文件的打开和关闭，即使程序中途出错，也能确保文件被正确关闭。
  • 替代了 f = open(...) 和 f.close() 的繁琐写法。

操作模式

  • "r"：只读模式，如果文件不存在会报错。
  • "w"：写入模式，会覆盖文件内容。
  • "a"：追加模式，保留原有内容，在末尾添加数据。

运行后，程序会把每次记录保存到 交易记录.txt 文件中，下次打开还能查看历史记录。

1.2 文件操作常踩"坑"

程序能跑不代表就万无一失，文件操作也有一些坑：

  1. 文件路径问题
    文件可能不在当前目录，或者路径不对，导致找不到文件。解决方法是：
  • 使用绝对路径。
  • 或者用 os.path 动态构建路径：
lua 复制代码 
import os
file_path = os.path.join(os.getcwd(), "transactions.txt")
  1. 文件未关闭

忘记调用 close() 方法，文件可能占用资源。用 with open(...) 结构可以自动关闭文件：

python 复制代码 
with open("file.txt", "w") as f:
    f.write("Hello, World!")
  1. 模式选择错误
  • w 模式会覆盖文件内容，容易导致数据丢失。
  • 使用 a 模式追加时，不小心多写了回车符，读取会看到空行。

1.3 为什么需要 os 库？

os 是 Python 操作系统接口的库，提供了丰富的功能：

  • 检查文件是否存在
lua 复制代码 
import os
if os.path.exists("transactions.txt"):
    print("文件已存在！")
else:
    print("文件不存在，程序会自动创建。")
  • 创建目录
    如果需要将文件保存在特定目录，先检查目录是否存在，再决定创建：
lua 复制代码 
dir_name = "records"
if not os.path.exists(dir_name):
    os.mkdir(dir_name)
print(f"目录 {dir_name} 已创建！")
  • 获取绝对路径
    动态获取当前目录，防止路径错误：
lua 复制代码 
print("当前工作目录是：", os.getcwd())

2. 完善记账小工具

之前我们已经讲解了函数和封装，接下来我们就用模块化设计的思想，逐步来完善这个小工具。

2.1. 定义文件存储路径

ini 复制代码 
DATA_FILE = "data/accounting.json"

我们先定义了一个文件路径，用于存储和读取数据。文件路径是 "data/accounting.json"，其中：

"data/" 是新建的文件夹，用于组织文件。

"accounting.json" 是具体的文件，存储记账数据。我们之前提到过 json，与 python 的字典格式一致，记账软件需要记录各种资产和支出分类，用 json 格式方便管理数据。

2.2. 初始化数据

如果我们是第一次运行程序，就需要定义一个初始数据结构，包含以下内容：

assets：资产账户，记录各账户的余额（初始为 0），可以自定义。

categories：分类，分为收入（income）和支出（expense）。

transactions：交易记录，初始为空列表。

makefile 复制代码 
DEFAULT_DATA = {
    "assets": {
        "微信钱包": 0,
        "支付宝": 0,
        "银行账户": 0
    },
    "categories": {
        "income": ["工资", "副业", "其他"],
        "expense": ["日用", "房租", "食品", "娱乐", "交通"]
    },
    "transactions": []
}

我们是第一次运行程序，数据文件不存在，用这个结构初始化数据就能确保程序能正常运行，而不会因为数据缺失而崩溃。

2.3. 加载数据

那假如我们之前运行过呢？那就需要读取已经存在的文件中的数据，而不是重新初始化。

python 复制代码 
def load_data():
    """从 JSON 文件加载数据"""
    if not os.path.exists(DATA_FILE):
        os.makedirs(os.path.dirname(DATA_FILE), exist_ok=True)
        save_data(DEFAULT_DATA)  # 如果文件不存在，创建默认数据
    with open(DATA_FILE, "r", encoding="utf-8") as file:
        return json.load(file)

我们用刚刚提到的 os 库来检查文件是否存在 os.path.exists(DATA_FILE)。

  • 如果文件不存在则创建文件夹：os.makedirs，并保存数据：save_data(DEFAULT_DATA)。
  • 如果文件存在打开文件读取内容：open(DATA_FILE, "r", encoding="utf-8")。使用 json.load 将 JSON 文件内容加载为 Python 字典。

**这样写可以充分考虑各种情况，**避免数据丢失，例如直接打开一个不存在的文件引发错误；

并能灵活处理文件，如果文件缺失，可以动态创建，而不需要手动创建。

2.4. 保存数据

那么当我们运行结束时，就需要把文件保存

python 复制代码 
def save_data(data):
    """将数据保存到 JSON 文件"""
    with open(DATA_FILE, "w", encoding="utf-8") as file:
        json.dump(data, file, ensure_ascii=False, indent=4)

我们先打开文件（写入模式）：open(DATA_FILE, "w", encoding="utf-8")。再使用 json.dump 将 Python 数据结构保存为 JSON 格式的字符串，并写入文件。

代码中的ensure_ascii=False可以确保保存的 JSON 文件中可以使用非 ASCII 字符（如中文）。

2.5. 记账逻辑

接下来就是我们基本的处理逻辑了！我们需要记录收入/支出，并要记录交易记录，使用time库来记录时间，并将交易记录与我们的资产关联，收入增加资产，支出减少。

python 复制代码 
def add_transaction(data, is_income):
    """记录收入或支出"""
    print("\n请选择资产账户：")
    asset = choose_from_list(list(data["assets"].keys()), "请输入选项编号：")
    if asset is None:
        return

    category_type = "income" if is_income else "expense"
    print(f"\n请选择{'收入' if is_income else '支出'}分类：")
    category = choose_from_list(data["categories"][category_type], "请输入选项编号：")
    if category is None:
        return

    while True:
        try:
            amount = float(input("请输入金额："))
            if amount <= 0:
                print("错误：金额必须大于 0！")
                continue
            break
        except ValueError:
            print("错误：请输入有效的数字！")

    # 更新资产余额
    if is_income:
        data["assets"][asset] += amount
    else:
        if amount > data["assets"][asset]:
            print("错误：余额不足！")
            return
        data["assets"][asset] -= amount

    # 记录交易
    transaction = {
        "type": "收入" if is_income else "支出",
        "asset": asset,
        "category": category,
        "amount": amount,
        "time": datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")  # 添加时间戳
    }
    data["transactions"].append(transaction)
    print("交易记录成功！")

datetime.now()是记录当前时间的常用函数，方便我们查询记账时间

2.6. 完整代码

最后我们加入交互菜单，再写个循环，就完成了这个记账小工具。

python 复制代码 
import os
import json
from datetime import datetime

# 数据文件路径
DATA_FILE = "data/accounting.json"

# 初始化数据
DEFAULT_DATA = {
    "assets": {
        "微信钱包": 0,
        "支付宝": 0,
        "银行账户": 0
    },
    "categories": {
        "income": ["工资", "副业", "其他"],
        "expense": ["日用", "房租", "食品", "娱乐", "交通"]
    },
    "transactions": []
}

def load_data():
    """从 JSON 文件加载数据"""
    if not os.path.exists(DATA_FILE):
        os.makedirs(os.path.dirname(DATA_FILE), exist_ok=True)
        save_data(DEFAULT_DATA)  # 如果文件不存在，创建默认数据
    with open(DATA_FILE, "r", encoding="utf-8") as file:
        return json.load(file)

def save_data(data):
    """将数据保存到 JSON 文件"""
    with open(DATA_FILE, "w", encoding="utf-8") as file:
        json.dump(data, file, ensure_ascii=False, indent=4)

def display_assets(data):
    """显示所有资产及余额"""
    print("\n当前资产余额：")
    for i, (asset, balance) in enumerate(data["assets"].items(), 1):
        print(f"{i}. {asset}: {balance:.2f} 元")
    print()

def choose_from_list(options, prompt):
    """从选项列表中选择"""
    while True:
        for i, option in enumerate(options, 1):
            print(f"{i}. {option}")
        print("B. 返回上一页")
        choice = input(prompt).strip().upper()
        if choice == "B":
            return None
        if choice.isdigit() and 1 <= int(choice) <= len(options):
            return options[int(choice) - 1]
        print("无效选择，请重试！")

def add_transaction(data, is_income):
    """记录收入或支出"""
    print("\n请选择资产账户：")
    asset = choose_from_list(list(data["assets"].keys()), "请输入选项编号：")
    if asset is None:
        return

    category_type = "income" if is_income else "expense"
    print(f"\n请选择{'收入' if is_income else '支出'}分类：")
    category = choose_from_list(data["categories"][category_type], "请输入选项编号：")
    if category is None:
        return

    while True:
        try:
            amount = float(input("请输入金额："))
            if amount <= 0:
                print("错误：金额必须大于 0！")
                continue
            break
        except ValueError:
            print("错误：请输入有效的数字！")

    # 更新资产余额
    if is_income:
        data["assets"][asset] += amount
    else:
        if amount > data["assets"][asset]:
            print("错误：余额不足！")
            return
        data["assets"][asset] -= amount

    # 记录交易
    transaction = {
        "type": "收入" if is_income else "支出",
        "asset": asset,
        "category": category,
        "amount": amount,
        "time": datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")  # 添加时间戳
    }
    data["transactions"].append(transaction)
    print("交易记录成功！")

def add_asset(data):
    """新增资产账户"""
    asset_name = input("请输入新资产名称：")
    if asset_name in data["assets"]:
        print("错误：资产已存在！")
        return
    try:
        initial_balance = float(input("请输入初始余额："))
    except ValueError:
        print("错误：请输入有效的数字！")
        return

    data["assets"][asset_name] = initial_balance
    print("资产新增成功！")

def add_category(data, is_income):
    """新增分类"""
    category_type = "income" if is_income else "expense"
    new_category = input(f"请输入新{'收入' if is_income else '支出'}分类名称：")
    if new_category in data["categories"][category_type]:
        print("错误：分类已存在！")
        return
    data["categories"][category_type].append(new_category)
    print("分类新增成功！")

def view_transactions(data):
    """查看交易记录"""
    print("\n历史交易记录：")
    if not data["transactions"]:
        print("暂无记录。")
    for i, t in enumerate(data["transactions"], 1):
        print(f"{i}. [{t['type']}] 时间: {t['time']}, 账户: {t['asset']}, 分类: {t['category']}, 金额: {t['amount']:.2f} 元")
    print()

def main():
    """主函数"""
    data = load_data()

    while True:
        print("\n======== 记账软件菜单 ========")
        print("1. 查看资产余额")
        print("2. 记录收入")
        print("3. 记录支出")
        print("4. 新增资产账户")
        print("5. 新增收入分类")
        print("6. 新增支出分类")
        print("7. 查看交易记录")
        print("0. 退出程序")
        choice = input("请选择操作：").strip()

        if choice == "1":
            display_assets(data)
        elif choice == "2":
            add_transaction(data, is_income=True)
        elif choice == "3":
            add_transaction(data, is_income=False)
        elif choice == "4":
            add_asset(data)
        elif choice == "5":
            add_category(data, is_income=True)
        elif choice == "6":
            add_category(data, is_income=False)
        elif choice == "7":
            view_transactions(data)
        elif choice == "0":
            save_data(data)
            print("数据已保存，感谢使用！")
            break
        else:
            print("无效选项，请重试！")

if __name__ == "__main__":
    main()

运行截图：

3. 小结

在本节中我们使用文件的方式来实现数据的持久化💾，主要需要学习了文件的相关操作，我们简单回顾一下。

文件操作

  1. 使用 open 打开文件，可选择模式（r、w、a 等）。
  2. 常用方法包括 read、write、readline 和 writelines。
  3. JSON 文件操作使用 json.dump 和 json.load。

**os** 库功能

  1. 路径操作：检查路径是否存在、拼接路径、获取目录部分等。
  2. 文件夹操作：创建多级文件夹、删除空文件夹。
  3. 文件操作：删除文件、重命名文件或文件夹。
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