Python基础：python语言中的文件操作+面试题目

Python语言中的文件操作是与外部数据交互的重要方式，主要通过内置的 open() 函数实现：

一、文件的打开与关闭

1. 打开文件

# 基本语法：open(filename, mode, encoding=None)
# filename: 文件路径
# mode: 打开模式
# encoding: 编码方式（文本文件需要）

# 打开文本文件（默认模式为'r'）
file = open("test.txt", "r", encoding="utf-8")

2. 关闭文件

file.close()  # 一定要关闭文件释放资源

3. 打开模式

|----|--------------------------------|
| 模式 | 描述 |
| r | 只读模式（默认） |
| w | 写入模式（覆盖现有文件，文件不存在则创建） |
| a | 追加模式（在文件末尾添加内容） |
| x | 独占创建模式（文件存在则报错） |
| b | 二进制模式（与其他模式组合使用，如'rb', 'wb'） |
| t | 文本模式（默认，与其他模式组合使用，如'rt', 'wt'） |
| + | 读写模式（与其他模式组合使用，如'r+', 'w+'） |

二、上下文管理器（with语句）

推荐使用 with 语句自动管理文件的打开和关闭：

with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
    # 文件操作代码
    content = file.read()
# 离开with块后，文件自动关闭

三、文件读取操作

1. 读取全部内容

with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
    content = file.read()  # 读取所有内容
    print(content)

2. 按行读取

# 读取一行
with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
    line = file.readline()  # 读取第一行
    print(line)

# 读取所有行（返回列表）
with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
    lines = file.readlines()  # 所有行组成的列表
    for line in lines:
        print(line.strip())  # 去除换行符

# 逐行读取（内存友好，适合大文件）
with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
    for line in file:  # 文件对象是可迭代的
        print(line.strip())

四、文件写入操作

1. 写入字符串

# 写入模式会覆盖现有内容
with open("test.txt", "w", encoding="utf-8") as file:
    file.write("Hello, World!\n")
    file.write("This is a test file.\n")

2. 写入多行

lines = ["Line 1\n", "Line 2\n", "Line 3\n"]

with open("test.txt", "w", encoding="utf-8") as file:
    file.writelines(lines)  # 写入列表中的所有字符串

五、文件追加操作

with open("test.txt", "a", encoding="utf-8") as file:
    file.write("This is appended content.\n")
    file.write("One more line.\n")

六、文件定位操作

1. 获取当前位置

with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
    file.read(5)  # 读取5个字符
    pos = file.tell()  # 获取当前位置
    print(pos)  # 5

2. 移动到指定位置

with open("test.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
    file.seek(0)  # 移动到文件开头
    content = file.read()
    
    file.seek(5)  # 移动到第6个字符位置
    content_part = file.read(10)  # 读取10个字符

七、二进制文件操作

用于处理图片、视频、音频等非文本文件：

# 读取二进制文件
with open("image.jpg", "rb") as file:
    data = file.read()
    print(len(data))  # 文件大小（字节）

# 写入二进制文件
with open("copy_image.jpg", "wb") as file:
    file.write(data)  # 保存二进制数据

八、常用文件操作函数

1. 检查文件是否存在

import os

if os.path.exists("test.txt"):
    print("文件存在")
else:
    print("文件不存在")

2. 获取文件信息

import os

# 文件大小
size = os.path.getsize("test.txt")
print(f"文件大小: {size} 字节")

# 最后修改时间
mtime = os.path.getmtime("test.txt")
import datetime
print(f"最后修改时间: {datetime.datetime.fromtimestamp(mtime)}")

# 是否为文件
is_file = os.path.isfile("test.txt")
print(f"是否为文件: {is_file}")

# 是否为目录
is_dir = os.path.isdir("test.txt")
print(f"是否为目录: {is_dir}")

3. 文件和目录操作

import os
import shutil

# 创建目录
os.mkdir("new_dir")

# 递归创建目录
os.makedirs("parent_dir/child_dir", exist_ok=True)

# 重命名文件/目录
os.rename("test.txt", "new_test.txt")

# 删除文件
os.remove("new_test.txt")

# 删除目录
os.rmdir("new_dir")

# 递归删除目录
shutil.rmtree("parent_dir")

# 复制文件
shutil.copy("source.txt", "destination.txt")

# 复制目录
shutil.copytree("source_dir", "destination_dir")

# 移动文件/目录
shutil.move("source.txt", "new_location/")

4. 列出目录内容

import os

# 列出目录中的文件和子目录
contents = os.listdir(".")
print(contents)

# 列出所有文件（递归）
for root, dirs, files in os.walk("."):
    print(f"当前目录: {root}")
    print(f"子目录: {dirs}")
    print(f"文件: {files}")

九、CSV文件操作

import csv

# 读取CSV文件
with open("data.csv", "r", encoding="utf-8") as file:
    reader = csv.reader(file)
    for row in reader:
        print(row)  # row是列表

# 写入CSV文件
with open("new_data.csv", "w", encoding="utf-8", newline="") as file:
    writer = csv.writer(file)
    writer.writerow(["Name", "Age", "City"])
    writer.writerow(["Alice", 25, "New York"])
    writer.writerow(["Bob", 30, "London"])

# 使用字典读取和写入
with open("data.csv", "r", encoding="utf-8") as file:
    reader = csv.DictReader(file)
    for row in reader:
        print(row["Name"], row["Age"])

with open("new_data.csv", "w", encoding="utf-8", newline="") as file:
    fieldnames = ["Name", "Age", "City"]
    writer = csv.DictWriter(file, fieldnames=fieldnames)
    writer.writeheader()
    writer.writerow({"Name": "Charlie", "Age": 35, "City": "Paris"})

十、JSON文件操作

import json

# 读取JSON文件
with open("data.json", "r", encoding="utf-8") as file:
    data = json.load(file)
    print(data)

# 写入JSON文件
user = {
    "name": "Alice",
    "age": 25,
    "city": "New York",
    "hobbies": ["reading", "coding", "traveling"]
}

with open("user.json", "w", encoding="utf-8") as file:
    json.dump(user, file, ensure_ascii=False, indent=4)
    # ensure_ascii=False: 保留中文
    # indent=4: 美化输出，使用4个空格缩进

十一、异常处理

文件操作可能会出现各种错误，应使用异常处理：

try:
    with open("nonexistent.txt", "r", encoding="utf-8") as file:
        content = file.read()
    print(content)
except FileNotFoundError:
    print("文件不存在")
except PermissionError:
    print("没有文件访问权限")
except UnicodeDecodeError:
    print("编码错误")
except Exception as e:
    print(f"发生错误: {e}")

十二、最佳实践

1. 总是使用with语句 ：自动管理文件关闭

2. 指定编码 ：文本文件操作时明确指定编码

3. 处理异常 ：捕获可能的文件操作错误

4. 避免大文件一次性读取 ：使用逐行读取处理大文件

5. 使用合适的模式 ：根据需求选择正确的打开模式

6. 资源管理 ：确保文件操作完成后释放资源

Python的文件操作功能强大且灵活，通过这些操作可以方便地与外部数据进行交互。

十三、面试习题

题目 1：选择题

以下哪个Python函数用于打开一个文件？

A. open()

B. read()

C. write()

D. close()
A. open()

题目 2：操作题

请编写一个Python程序，将用户输入的文本写入到一个文件中，然后读取该文件并输出其内容。

# 题目2和题目4：文件写入与读取操作
def write_file_with_user_input(filename="user_input.txt"):
    """将用户输入的文本写入文件"""
    try:
        # 获取用户输入
        user_text = input("请输入要写入文件的文本：")
        
        # 使用with语句确保文件正确关闭
        with open(filename, 'w', encoding='utf-8') as file:
            file.write(user_text)
        
        print(f"文本已成功写入文件：{filename}")
        
        # 读取并显示文件内容
        with open(filename, 'r', encoding='utf-8') as file:
            content = file.read()
        
        print(f"从文件读取的内容：{content}")
        return True
        
    except Exception as e:
        print(f"操作失败：{e}")
        return False

def write_file_with_fixed_content(filename="example.txt"):
    """将固定文本写入文件并读取（题目4）"""
    try:
        # 示例文本
        text = "Hello, Python!"
        
        # 写入文件
        with open(filename, 'w', encoding='utf-8') as file:
            file.write(text)
        
        print(f"文本已写入文件：{filename}")
        
        # 读取文件
        with open(filename, 'r', encoding='utf-8') as file:
            content = file.read()
        
        print(f"读取的内容：{content}")
        return True
        
    except Exception as e:
        print(f"操作失败：{e}")
        return False

# 执行测试
if __name__ == "__main__":
    print("=== 测试题目2：用户输入写入文件 ===")
    # 为了方便测试，这里改为使用固定文本，实际使用时可以取消注释下面的行
    # write_file_with_user_input()
    
    # 使用固定文本进行演示
    with open("user_input.txt", 'w', encoding='utf-8') as f:
        f.write("这是一个测试文本")
    
    with open("user_input.txt", 'r', encoding='utf-8') as f:
        print(f"演示内容：{f.read()}")
    
    print("\n=== 测试题目4：固定文本写入文件 ===")
    write_file_with_fixed_content()

题目 3：填空题

在Python中，使用______函数可以打开一个文件，并指定文件的打开模式（例如：读取模式、写入模式等）。

当你完成文件操作后，应该使用______函数来关闭文件，释放系统资源。
open()、close()

题目 4：编程题

编写一个Python程序，将一段文本写入文件example.txt，然后读取文件内容并输出。要求：

以写模式打开文件，写入用户输入的文本。

以读取模式打开文件，读取内容并输出。

示例：

输入文本："Hello, Python!"

输出：Hello, Python!

# 题目2和题目4：文件写入与读取操作
def write_file_with_user_input(filename="user_input.txt"):
    """将用户输入的文本写入文件"""
    try:
        # 获取用户输入
        user_text = input("请输入要写入文件的文本：")
        
        # 使用with语句确保文件正确关闭
        with open(filename, 'w', encoding='utf-8') as file:
            file.write(user_text)
        
        print(f"文本已成功写入文件：{filename}")
        
        # 读取并显示文件内容
        with open(filename, 'r', encoding='utf-8') as file:
            content = file.read()
        
        print(f"从文件读取的内容：{content}")
        return True
        
    except Exception as e:
        print(f"操作失败：{e}")
        return False

def write_file_with_fixed_content(filename="example.txt"):
    """将固定文本写入文件并读取（题目4）"""
    try:
        # 示例文本
        text = "Hello, Python!"
        
        # 写入文件
        with open(filename, 'w', encoding='utf-8') as file:
            file.write(text)
        
        print(f"文本已写入文件：{filename}")
        
        # 读取文件
        with open(filename, 'r', encoding='utf-8') as file:
            content = file.read()
        
        print(f"读取的内容：{content}")
        return True
        
    except Exception as e:
        print(f"操作失败：{e}")
        return False

# 执行测试
if __name__ == "__main__":
    print("=== 测试题目2：用户输入写入文件 ===")
    # 为了方便测试，这里改为使用固定文本，实际使用时可以取消注释下面的行
    # write_file_with_user_input()
    
    # 使用固定文本进行演示
    with open("user_input.txt", 'w', encoding='utf-8') as f:
        f.write("这是一个测试文本")
    
    with open("user_input.txt", 'r', encoding='utf-8') as f:
        print(f"演示内容：{f.read()}")
    
    print("\n=== 测试题目4：固定文本写入文件 ===")
    write_file_with_fixed_content()

题目 5：选择题

以下哪个操作会导致文件被覆盖（如果文件已存在）？

A. 打开文件时使用模式'r'

B. 打开文件时使用模式'a'

C. 打开文件时使用模式'w'

D. 打开文件时使用模式'r+'
C. 打开文件时使用模式'w'

题目 6：简答题

简要说明文件模式'r'、'w'和'a'的区别，并举例说明它们的使用场景。
'r'（读取模式）：以只读方式打开文件，如果文件不存在会抛出FileNotFoundError异常。适用于读取现有文件内容，如配置文件、日志分析等。

'w'（写入模式）：以写入方式打开文件，如果文件存在会清空内容，不存在则创建新文件。适用于创建新文件或覆盖旧文件，如程序输出、数据导出等。

'a'（追加模式）：以写入方式打开文件，但不会清空原有内容，新内容会被追加到文件末尾。如果文件不存在则创建新文件。适用于日志记录、数据累积存储等场景。

题目 7：编程题

编写一个Python程序，读取一个文本文件data.txt，统计文件中包含的行数、单词数和字符数，并输出结果。

提示： 可以使用readlines()方法读取文件的每一行。

# 题目7：统计文件行数、单词数和字符数
import os

def count_file_stats(filename="data.txt"):
    """统计文件的行数、单词数和字符数"""
    try:
        # 如果文件不存在，先创建一个测试文件
        if not os.path.exists(filename):
            print(f"文件 {filename} 不存在，创建测试文件...")
            create_test_file(filename)
        
        # 初始化统计变量
        line_count = 0
        word_count = 0
        char_count = 0
        
        # 读取文件并统计
        with open(filename, 'r', encoding='utf-8') as file:
            for line in file:
                line_count += 1
                char_count += len(line)
                
                # 统计单词数（简单的空格分隔）
                words = line.strip().split()
                word_count += len(words)
        
        # 输出统计结果
        print(f"文件: {filename}")
        print(f"行数: {line_count}")
        print(f"单词数: {word_count}")
        print(f"字符数: {char_count}")
        
        return {
            'lines': line_count,
            'words': word_count,
            'chars': char_count
        }
        
    except FileNotFoundError:
        print(f"错误：文件 {filename} 不存在")
        return None
    except Exception as e:
        print(f"读取文件时发生错误：{e}")
        return None

def create_test_file(filename="data.txt"):
    """创建测试文件"""
    test_content = """Python is a powerful programming language.
It is widely used in data science, web development, and automation.
This is a test file for counting lines, words, and characters.
There are 4 lines in this file.
Each line contains several words.
The quick brown fox jumps over the lazy dog.
Hello World! 123 456 789."""
    
    with open(filename, 'w', encoding='utf-8') as file:
        file.write(test_content)
    
    print(f"测试文件 {filename} 已创建")

# 执行测试
if __name__ == "__main__":
    print("=== 测试题目7：文件内容统计 ===")
    stats = count_file_stats()
    
    if stats:
        print("\n统计完成！")

题目 8：选择题

以下哪个Python函数用于读取文件内容？

A. read()

B. write()

C. open()

D. close()
A. read()

题目 9：编程题

编写一个Python程序，检查一个文件是否存在。如果文件存在，则输出文件的内容；如果文件不存在，则输出文件不存在。

提示： 使用os.path.exists()来检查文件是否存在。

# 题目9：检查文件是否存在并读取内容
import os

def check_file_and_read(filename="test.txt"):
    """检查文件是否存在，存在则读取内容，不存在则提示"""
    try:
        # 检查文件是否存在
        if os.path.exists(filename):
            print(f"文件 '{filename}' 存在，开始读取内容...")
            print("-" * 30)
            
            # 读取文件内容
            with open(filename, 'r', encoding='utf-8') as file:
                content = file.read()
            
            # 输出文件内容
            if content:
                print(content)
            else:
                print("文件内容为空")
            
            print("-" * 30)
            print(f"文件读取完成")
            return content
        else:
            print(f"文件 '{filename}' 不存在")
            return None
            
    except PermissionError:
        print(f"错误：没有权限读取文件 '{filename}'")
        return None
    except UnicodeDecodeError:
        print(f"错误：文件编码问题，无法读取文件 '{filename}'")
        return None
    except Exception as e:
        print(f"读取文件时发生错误：{e}")
        return None

def create_test_file_if_needed(filename="test.txt"):
    """如果需要，创建测试文件"""
    if not os.path.exists(filename):
        test_content = """这是一个测试文件。
用于演示文件存在性检查和读取功能。
本文件包含三行文本。
每行文本都以句号结束。"""
        
        with open(filename, 'w', encoding='utf-8') as file:
            file.write(test_content)
        
        print(f"已创建测试文件: {filename}")
        return True
    return False

# 执行测试
if __name__ == "__main__":
    print("=== 测试题目9：文件存在性检查 ===")
    
    # 测试1：文件不存在的情况
    print("\n测试1：检查不存在的文件")
    check_file_and_read("non_existent_file.txt")
    
    # 测试2：文件存在的情况
    print("\n测试2：检查存在的文件")
    
    # 确保测试文件存在
    create_test_file_if_needed()
    
    # 检查并读取文件
    check_file_and_read()
    
    # 测试3：空文件
    print("\n测试3：检查空文件")
    empty_filename = "empty_test.txt"
    
    # 创建空文件
    with open(empty_filename, 'w', encoding='utf-8') as f:
        pass  # 创建空文件
    
    check_file_and_read(empty_filename)
    
    # 清理测试文件
    if os.path.exists(empty_filename):
        os.remove(empty_filename)
        print(f"\n已清理测试文件: {empty_filename}")

题目 10：选择题

在Python中，如何确保在文件操作后自动关闭文件，以避免文件句柄泄漏？

A. 使用open()函数时，手动调用close()

B. 使用with语句打开文件，自动关闭

C. 只需在操作完成后不再引用文件对象

D. 文件操作完毕后系统会自动关闭文件
B. 使用with语句打开文件，自动关闭