【Python基础：语法第六课】Python文件操作安全指南：告别资源泄露与编码乱码

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文章目录

• [1 ~> 概念初识：文件是什么？](#1 ~> 概念初识：文件是什么？)
• • [1.1 概念](#1.1 概念)
  • [1.2 理论](#1.2 理论)
  • [1.3 理论](#1.3 理论)
• [2 ~> 文件路径](#2 ~> 文件路径)
• • [2.1 理论](#2.1 理论)
  • [2.2 最佳实践](#2.2 最佳实践)
• [3 ~> 文件操作](#3 ~> 文件操作)
• • [3.1 打开文件](#3.1 打开文件)
  • • [3.1.1 理论](#3.1.1 理论)
    • [3.1.2 当文件不存在的时候，尝试按照读方式打开会怎么样？](#3.1.2 当文件不存在的时候，尝试按照读方式打开会怎么样？)
    • [3.1.3 最佳实践](#3.1.3 最佳实践)
  • [3.2 关闭文件](#3.2 关闭文件)
  • • [3.2.1 理论](#3.2.1 理论)
    • [3.2.2 一个程序能同时打开的文件个数，是存在上限的](#3.2.2 一个程序能同时打开的文件个数，是存在上限的)
    • [3.2.3 最佳实践](#3.2.3 最佳实践)
  • [3.3 写文件](#3.3 写文件)
  • • [3.3.1 理论](#3.3.1 理论)
    • [3.3.2 最佳实践](#3.3.2 最佳实践)
  • [3.4 读文件](#3.4 读文件)
  • • [3.4.1 理论](#3.4.1 理论)
    • [3.4.2 理论](#3.4.2 理论)
• [4 ~> 关于中文的处理：gbk和UTF-8](#4 ~> 关于中文的处理：gbk和UTF-8)
• • [4.1 理论](#4.1 理论)
  • [4.2 "字符集"：计算机表示中文的时候，会采取一定的编码方式](#4.2 “字符集”：计算机表示中文的时候，会采取一定的编码方式)
  • [4.3 最佳实践](#4.3 最佳实践)
• [5 ~> 使用上下文管理器](#5 ~> 使用上下文管理器)
• • [5.1 理论](#5.1 理论)
  • [5.2 最佳实践](#5.2 最佳实践)
• 结尾

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1 ~> 概念初识：文件是什么？

1.1 概念

变量是把数据保存到内存中，如果程序重启/主机重启，内存中的数据就会丢失。

要想能让数据被持久化存储，就可以把数据存储到硬盘中，也就是在 文件 中保存。

1.2 理论

在Windows"此电脑"中，看到的内容都是文件------

通过文件的后缀名，可以看到文件的类型，常见的文件的类型如下：

文本文件（txt）

可执行文件（exe,dll）

图片文件（jpg，gif）

视频文件（mp4，mov）

office文件（ppt，docx）

我们本文主要就是讨论 文本文件。

1.3 理论

# 文件

# 文件是什么

# 数据都是保存在硬盘上的！
# 电影  mp4
# 歌曲  mp3
# 图片  jpg
# 文本  txt
# 表格  xlsx

# CPU,存储器，输入设备，输出设备
# 存储器-->
# 1.内存    变量，就是在内存中
# 2.硬盘    文件，就是在硬盘中

# 1.内存的空间更小，硬盘空间更大
# 2.内存访问更快，硬盘访问更慢
# 3.内存成本更贵，硬盘成本更便宜
# 4.内存的数据易失，硬盘的数据持久化存储(硬盘上存储的数据就是以文件的形式来组织的)

# 此电脑 => C盘，D盘~这里的内容都是硬盘上的内容，也都是文件！
# 文件夹（目录）也是一种特殊的文件，目录文件（------Linux下一切皆文件）

# 此电脑这个称呼有个有趣的小发展------
# windows xp  我的电脑
# windows7    计算机
# windows8    这台电脑
# windows10   此电脑
# windows11   此电脑(居然没延续改名的传统，有点小失望)

# 即使都是文件，文件里面存储数据的内容 / 格式，也是差异很大的
# 我们重点学习文本文件

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2 ~> 文件路径

2.1 理论

一个机器上，会存在很多文件，为了让这些文件更方面的被组织，往往会使用很多的"文件夹"（也叫做 目录）来整理文件。

实际一个文件往往是放在一系列的目录结构之中的。

为了方便确定一个文件所在的位置，使用 文件路径 来进行描述。

例如，上述截图中的QQ.exe这个文件，描述这个文件的位置，就可以使用路径D:\program\qq\Bin\QQ.exe来表示。

D:表示 盘符. 不区分大小写。

每一个\表示一级目录.当前QQ.exe就是放在"D盘下的program目录下的qq目录下的Bin目录中"。

目录之间的分隔符，可以使用\也可以使用/一般在编写代码的时候使用/更方便。

上述以盘符开头的路径，我们也称为 绝对路径 。

除了绝对路径之外，还有一种常见的表示方式是 相对路径 ，相对路径需要先指定一个基准目录，然后以基准目录为参照点，间接的找到目标文件，本文暂时不详细介绍。

描述一个文件的位置，使用 绝对路径 和 相对路径 都是可以的，对于新手来说，使用 绝对路径 更简单更好理解，也不容易出错。

2.2 最佳实践

# 文件路径
# 文件夹 / 目录
# 文件夹再包含文件夹的情况------此处把这一层一层的目录构成的字符串，就称为"文件的路径"
# 为了表示qq.exe这个文件的位置，就可以通过路径的方式，如D:program\qq\Bin\QQ.exe（文件的路径）

# 知道了文件路径，就可以知道这个文件在硬盘上的详细位置，也就可以进一步的知道这个文件里都有啥了-->使用这个文件了。
# 文件路径也可以视为是文件在硬盘上的身份标识，每个文件对应的路径都是唯一的！

# 目录名之间，使用\来分割，使用/其实也行（当时主流的是/，但是Windows产品发布前产品经理临时变卦）
# 后来大家觉得太麻烦，迫于压力，Windows又支持/了，这样一来，也就是说: Windows上面支持两种风格的斜杠
# 在代码中表示一个文件路径，用/更多！
# 使用\不太方便 --> \在字符串里有特定含义：表示"转义字符"
# 转义字符，像\n、\t、\'
# \\在字符串里才表示[字符\]，\在字符串里，是特定含义的，转义字符

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3 ~> 文件操作

要使用文件，主要是通过文件来保存数据，并且在后续把保存的数据读取出来。但是，要想读写文件，需要先"打开文件"，读写完毕之后还要"关闭文件"。

3.1 打开文件

3.1.1 理论

使用内建函数open打开一个文件。

f = open('d:/test.txt', 'r')

第一个参数是一个字符串，表示要打开的文件路径

第二个参数是一个字符串，表示打开方式.其中表示按照读方式打开，w表示按照写方式打开.a表示追加写方式打开。

如果打开文件成功，返回一个文件对象，后续的读写文件操作都是围绕这个文件对象展开。

如果打开文件失败（比如路径指定的文件不存在），就会抛出异常。

3.1.2 当文件不存在的时候，尝试按照读方式打开会怎么样？

当文件不存在的时候，尝试按照读方式打开，就抛出了文件没找到的异常。

3.1.3 最佳实践

# 文件操作
# 打开文件

# 使用 open 打开一个文件
# f = open('d:/Python/test.txt', "r")
# 报错：FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: 'd:/Python/test.txt'
f = open('D:\Python_code\python_code\Python基础语法第六篇\code61.py', "r")
print(f)
print(type(f))
# 运行结果如下所示------>
# <_io.TextIOWrapper name='D:\\Python_code\\python_code\\Python基础语法第六篇\\code61.py' mode='r' encoding='cp936'>
# <class '_io.TextIOWrapper'>

# 文件打开了是一定要关闭的
f.close()

3.2 关闭文件

3.2.1 理论

使用close方法关闭已经打开的文件。

f.close()

使用完毕的文件要记得及时关闭！

3.2.2 一个程序能同时打开的文件个数，是存在上限的

flist = []
count = 0
while True:
    f = open('d:/test.txt', 'r')
    flist.append(f)
    count += 1
    print(f'count = {count}')

如上面代码所示，如果一直循环的打开文件，而不去关闭的话，就会出现上述报错。

当一个程序打开的文件个数超过上限，就会抛出异常。

注意： 上述代码中，使用一个列表来保存了所有的文件对象，如果不进行保存，那么Python内置的垃圾回收机制，会在文件对象销毁的时候自动关闭文件。

但是由于垃圾回收操作不一定及时，所以我们写代码仍然要考虑手动关闭，尽量避免依赖自动关闭。

3.2.3 最佳实践

# 关闭文件

# 打开文件个数的上限

flist = []
count = 0
while True:
    f = open('D:\Python_code\python_code\Python基础语法第六篇\code61.py', 'r')
    flist.append(f) # Python留的一个后手
    count += 1
    print(f'打开文件的个数: {count}')
# 光是打开没有关闭，报错：OSError: [Errno 24] Too many open files: ......
f.close(f)
# 在系统中，是可以通过一些设置项，来配置能打开文件的最大数目的
# 但是无论配置多少，都不是无穷无尽的~~就需要记得要及时关闭，释放资源

3.3 写文件

3.3.1 理论

文件打开之后，就可以写文件了。

写文件，要使用写方式打开，open第二个参数设为'w'。

使用write方法写入文件。

f = open('d:/test.txt', 'w')
f.write('hello')
f.close()

用记事本打开文件，即可看到文件修改后的内容。

如果是使用'r'方式打开文件，则写入时会抛出异常。

f = open('d:/test.txt', 'r')
f.write('hello')
f.close()

使用'w'一旦打开文件成功，就会清空文件原有的数据。

使用'a'实现"追加写"，此时原有内容不变，写入的内容会存在于之前文件内容的末尾。

f = open('d:/test.txt', 'w')
f.write('hello')
f.close()
f = open('d:/test.txt', 'a')
f.write('world')
f.close()

针对已经关闭的文件对象进行写操作，也会抛出异常。

f = open('d:/test.txt', 'w')
f.write('hello')
f.close()
f.write('world')

3.3.2 最佳实践

# 写文件(write)
# 使用 write 来实现写文件的操作
# f = open('D:\Python_code\python_code\Python基础语法第六篇', 'w')
# f.write('hello')
# f.close()

# 写文件的时候，需要使用 w 的方式打开，如果使用 r 的方式打开，则会抛出异常
# f = open('D:\Python_code\python_code\Python基础语法第六篇', 'r')
# f.write('world')
# f.close()
# 报错：io.UnsupportedOperation（不支持的操作）: not writable（不可写）

# 写方式打开，其实又有两种情况，直接写方式打开，追加方式打开
# f = open('D:\Python_code\python_code\Python基础语法第六篇', 'w')
# f.close()
# # （直接打开关闭）如果使用写方式打开，会清空文件原有的内容！

# f = open('D:\Python_code\python_code\Python基础语法第六篇\code65.txt', 'w')
# f.write('11111\n')
# f.close()
#
# f = open('D:\Python_code\python_code\Python基础语法第六篇\code65.txt', 'a')
# f.write('22222\n')
# f.close()

# 如果文件对象已经被关闭，那么意味着系统中和文件相关的内存资源已经被释放了，强行去写就会出异常
f = open('D:\Python_code\python_code\Python基础语法第六篇/test.txt', 'w')
f.close()
f.write('22222\n')
# 报错：ValueError: I/O operation on closed file.

3.4 读文件

3.4.1 理论

读文件内容需要使用'r'的方式打开文件。

使用read方法完成读操作，参数表示"读取几个字符"。

f = open('d:/test.txt', 'r')
result = f.read(2)
print(result)
f.close()

如果文件是多行文本，可以使用for循环一次读取一行。

先构造一个多行文件。

f = open('d:/test.txt', 'r')
for line in f:
    print(f'line = {line}')
f.close()

注意： 由于文件里每一行末尾都自带换行符，print打印一行的时候又会默认加上一个换行符，因此打印结果看起来之间存在空行。

使用print(f'line = {line}' , end=' ')手动把print自带的换行符去掉。

使用readlines直接把文件整个内容读取出来，返回一个列表。每个元素即为一行。

f = open('d:/test.txt', 'r')
lines = f.readlines()
print(lines)
f.close()

3.4.2 理论

# 读文件

# 1、使用 read 来读取文件内容，指定读几个字符。
f = open('D:/Python_code/python_code/Python基础语法第六篇/test.txt', 'r')
result = f.read(2)
print(result)
f.close()
# 报错：UnicodeDecodeError: 'gbk' codec can't decode byte 0x89 in position 14: illegal multibyte sequence
# 中文和英文类似，在计算机中，都是使用"数字"来表示字符的
# 哪个数字，对应哪个汉字？其实在计算机中，可以有多个版本
# 最主流的版本：（1）GBK；（2）UTF8。
# 这里是UTF-8的格式：此处我们使用的办法，是让代码按照UTF-8来进行处理
# 相比于gbk，UTF-8是使用更广泛的编码方式（最最主流的写法）
# f = open('D:/Python_code/python_code/Python基础语法第六篇/test.txt','r',encoding='utf8')
# result = f.read(2)
# print(result)
# f.close()

# 2、更常见的需求，是按行来读取
# 最简单的办法，直接 for 循环
# f = open('D:/Python_code/python_code/Python基础语法第六篇/test.txt','r',encoding='utf8')
# for line in f:
#     print(f'line = {line}')
# f.close()

# 读出来的结果多了个空行
# line = 床前明月光
#
# line = 疑是地上霜
#
# line = 举头望明月
#
# line = 低头思故乡
# 之所以多了个空行，是因为本来读到的文件内容（这一行内容，末尾就带有\n）
# 此处使用print来打印，又会自动加一个换行符
# 解决方案：可以给print再多设定个参数，修改print自动添加换行的行为

# 实操
# f = open('D:/Python_code/python_code/Python基础语法第六篇/test.txt','r',encoding='utf8')
# for line in f:
#     print(f'line = {line}',end='')
# f.close()
# # end参数就表示每次打印之后要在末尾加个啥(默认是\n)，修改成空字符串''就是啥都不加

# 3、还可以使用 readlines 方法直接把整个文件的所有内容都读出来，按照行组织到一个列表里
# f = open('D:/Python_code/python_code/Python基础语法第六篇/test.txt','r',encoding='utf8')
# lines = f.readlines()
# print(lines)
# f.close()
# 每一行的末尾都有\n：['床前明月光\n', '疑是地上霜\n', '举头望明月\n', '低头思故乡']
# 和前面的 for 循环相比，好处就是它一次就读完了（硬盘操作，读的次数越多，耗时越长，分多次读不如一次读完）
# 内存很大的东西一次读完，前提是内存足够大

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4 ~> 关于中文的处理：gbk和UTF-8

4.1 理论

当文件内容存在中文的时候，读取文件内容不一定就顺利。同样是上述代码，有的uu在执行时可能会出现异常。

完整的如下------

有的uu可能会出现乱码------

4.2 "字符集"：计算机表示中文的时候，会采取一定的编码方式

所谓"编码方式"，本质上就是使用数字表示汉字。

我们知道，计算机只能表示二进制数据，要想表示英文字母，或者汉字，或者其他文字符号，就都要通过编码。

最简单的字符编码就是ascii.使用一个简单的整数就可以表示英文字母和阿拉伯数字。

但是要想表示汉字，就需要一个更大的码表。

一般常用的汉字编码方式，主要是GBK和UTF-8。

必须要保证文件本身的编码方式，和Python代码中读取文件使用的编码方式匹配，才能避免出现上述问题。

Python3中默认打开文件的字符集跟随系统，而Windows简体中文版的字符集采用了GBK，所以如果文件本身是GBK的编码，直接就能正确处理。

如果文件本身是其他编码（比如UTF-8），那么直接打开就可能出现上述问题。

使用记事本打开文本文件，在"菜单栏" ~> "文件" ~> "另存为" 窗口中，可以看到当前文件的编码方式。

如果此处的编码为ANSI，则表示GBK编码。

如果此处为UTF-8，则表示UTF-8编码。

此时修改打开文件的代码，给open方法加上encoding参数，显式的指定为和文本相同的字符集，问题即可解决。

f = open('d:/test.txt', 'r', encoding='utf8')

PS：字符编码问题，是编程中一类比较常见，又比较棘手的问题，需要对于字符编码有一定的理解，才能从容应对。

我们可以看一下这篇文章：程序员必备：彻底弄懂常见的7种中文字符编码

4.3 最佳实践

# 读文件

# 1、使用 read 来读取文件内容，指定读几个字符。
f = open('D:/Python_code/python_code/Python基础语法第六篇/test.txt', 'r')
result = f.read(2)
print(result)
f.close()
# 报错：UnicodeDecodeError: 'gbk' codec can't decode byte 0x89 in position 14: illegal multibyte sequence
# 中文和英文类似，在计算机中，都是使用"数字"来表示字符的
# 哪个数字，对应哪个汉字？其实在计算机中，可以有多个版本
# 最主流的版本：（1）GBK；（2）UTF8。
# 这里是UTF-8的格式：此处我们使用的办法，是让代码按照UTF-8来进行处理
# 相比于gbk，UTF-8是使用更广泛的编码方式（最最主流的写法）
# f = open('D:/Python_code/python_code/Python基础语法第六篇/test.txt','r',encoding='utf8')
# result = f.read(2)
# print(result)
# f.close()

# 2、更常见的需求，是按行来读取
# 最简单的办法，直接 for 循环
# f = open('D:/Python_code/python_code/Python基础语法第六篇/test.txt','r',encoding='utf8')
# for line in f:
#     print(f'line = {line}')
# f.close()

# 读出来的结果多了个空行
# line = 床前明月光
#
# line = 疑是地上霜
#
# line = 举头望明月
#
# line = 低头思故乡
# 之所以多了个空行，是因为本来读到的文件内容（这一行内容，末尾就带有\n）
# 此处使用print来打印，又会自动加一个换行符
# 解决方案：可以给print再多设定个参数，修改print自动添加换行的行为

# 实操
# f = open('D:/Python_code/python_code/Python基础语法第六篇/test.txt','r',encoding='utf8')
# for line in f:
#     print(f'line = {line}',end='')
# f.close()
# # end参数就表示每次打印之后要在末尾加个啥(默认是\n)，修改成空字符串''就是啥都不加

# 3、还可以使用 readlines 方法直接把整个文件的所有内容都读出来，按照行组织到一个列表里
# f = open('D:/Python_code/python_code/Python基础语法第六篇/test.txt','r',encoding='utf8')
# lines = f.readlines()
# print(lines)
# f.close()
# 每一行的末尾都有\n：['床前明月光\n', '疑是地上霜\n', '举头望明月\n', '低头思故乡']
# 和前面的 for 循环相比，好处就是它一次就读完了（硬盘操作，读的次数越多，耗时越长，分多次读不如一次读完）
# 内存很大的东西一次读完，前提是内存足够大

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5 ~> 使用上下文管理器

5.1 理论

打开文件之后，是容易忘记关闭的.Python提供了 上下文管理器，来帮助程序猿自动关闭文件。

（1）使用with语句打开文件；

（2）当with内部的代码块执行完毕后，就会自动调用关闭方法。

with open('d:/test.txt', 'r', encoding='utf8') as f:
    lines = f.readlines()
    print(lines)

5.2 最佳实践

# 上下文管理器
# Python中文件操作另外一个重要的机制

# 使用上下文管理器，就能解决资源泄露的问题

# 有些情况还是非常容易遗漏 close 的，防不胜防
# def func():
#     f = open('D:/Python_code/python_code/Python基础语法第六篇/test.txt','r',encoding='utf8')
#     # 中间来写其他的操作文件的逻辑
#     #万一中间的代码里，有条件判定，函数返回，抛出异常
#     if cond:
#         # 进行条件处理
#         f.close()
#         return
#         # 进行文件这里的处理逻辑
#         # 假设这里有很多代码
#         # 假设这里有很多代码
#         # 假设这里有很多代码
#         # 假设这里有很多代码
#         # 假设这里有很多代码
#         # 假设这里有很多代码
#         # 假设这里有很多代码
#         # 假设这里有很多代码
#         # 假设这里有很多代码
#         # 假设这里有很多代码
#         # 假设这里有很多代码
#         # 假设这里有很多代码
#         # 假设这里有很多代码
#         # 假设这里有很多代码
#         # 假设这里有很多代码
#         # 假设这里有很多代码
#         # 假设这里有很多代码
#         # 假设这里有很多代码
#         if cond:
#             return
#         # 假设这里有很多代码
#         # 假设这里有很多代码
#         # 假设这里有很多代码
#         # 假设这里有很多代码
#         # 假设这里有很多代码
#         # 假设这里有很多代码
#         # 假设这里有很多代码
#         # 假设这里有很多代码
#         # 假设这里有很多代码


def func():
    with open('D:/Python_code/python_code/Python基础语法第六篇/test.txt','r',encoding='utf8') as f:
        # 进行文件这里的处理逻辑
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        if cond:
            return
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        if cond:
            return
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码
        # 假设这里有很多代码

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结尾

uu们，本文的内容到这里就全部结束了，艾莉丝再次感谢您的阅读！

结语：希望对学习Python相关内容的uu有所帮助，不要忘记给博主"一键四连"哦！

往期回顾：

【Python基础：语法第五课】Python字典高效使用指南：避开KeyError，掌握遍历与增删改查精髓

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