12 · 文件 I/O 与序列化

导语：程序要「落地」，就离不开读写文件------把结果存成 CSV 给 Excel 打开，把数据存成 JSON 传给前端，把状态存成 pickle 下次接着用。这一篇讲清 Python 的文件读写、现代路径操作 pathlib，以及 CSV、JSON、pickle 三种序列化方式。

1. open 与 with 语句

读文件用 open()，配合 with 语句自动关闭：

python 复制代码

with open("data.txt", encoding="utf-8") as f:
    content = f.read()
    print(content)

with 会自动关闭文件 （即使中途出错），不用手动 f.close()。这是读写文件的标准姿势。

几种常用模式：

模式	含义	文件不存在时
`"r"`	只读（默认）	报错
`"w"`	写入（覆盖）	自动创建
`"a"`	追加	自动创建
`"rb"`	二进制读	报错
`"wb"`	二进制写	自动创建

python 复制代码

# 逐行读取（大文件推荐，省内存）
with open("data.txt", encoding="utf-8") as f:
    for line in f:
        print(line, end="")

# 写入
with open("out.txt", "w", encoding="utf-8") as f:
    f.write("第一行\n")
    f.write("第二行\n")

🚫 避坑：读写文本文件务必加 encoding="utf-8"。Windows 上默认编码可能是 GBK，不加会导致中文乱码或报错。"rb"/"wb" 用于图片、音频等二进制 文件，此时不要加 encoding。

2. pathlib：现代路径操作

传统 os.path 用字符串拼路径，容易出错。pathlib 用面向对象的方式操作路径，是现代首选：

python 复制代码

from pathlib import Path

# 当前目录
base = Path(".") / "data"          # 用 / 拼接路径，直观
base.mkdir(exist_ok=True)          # 建目录，已存在不报错

file = base / "report.json"
file.write_text('{"ok": true}', encoding="utf-8")   # 直接写文本
print(file.exists())               # 输出：True
print(file.name)                   # 输出：report.json
print(file.suffix)                 # 输出：.json

# 遍历目录下所有 .txt 文件
for txt in Path(".").glob("*.txt"):
    print(txt)

Path / "子目录" 用 / 拼路径，跨平台。
read_text / write_text 一行搞定读写。
glob() 按模式匹配文件，exists()、name、suffix 都是常用属性。

💡 转行速览 ：pathlib 约等于 Java 的 java.nio.file.Path，把路径当对象而非字符串处理。

3. CSV 读写（csv 模块）

CSV 是「逗号分隔值」，Excel 和数据分析最通用的表格格式。用标准库 csv 模块：

python 复制代码

import csv

# 写入 CSV
rows = [
    ["订单号", "金额", "状态"],
    ["A001", "199.0", "已支付"],
    ["A002", "299.0", "待支付"],
]
with open("orders.csv", "w", newline="", encoding="utf-8") as f:
    writer = csv.writer(f)
    writer.writerows(rows)

# 读取 CSV
with open("orders.csv", encoding="utf-8") as f:
    reader = csv.DictReader(f)   # 用 DictReader，每行变成字典
    for row in reader:
        print(row["订单号"], row["金额"])
# 输出：
# A001 199.0
# A002 299.0

🚫 避坑：写 CSV 时 open 要加 newline=""（尤其是 Windows），否则会多出空行。DictReader 用第一行做键，读起来比 reader 的下标更清晰，推荐。

4. JSON 序列化与反序列化

JSON 是互联网数据交换的标准，和 Python 字典几乎一一对应。四个核心函数：

函数	方向	说明
`json.dumps(obj)`	对象 → 字符串	序列化
`json.loads(text)`	字符串 → 对象	反序列化
`json.dump(obj, f)`	对象 → 文件	写文件
`json.load(f)`	文件 → 对象	读文件

python 复制代码

import json

order = {
    "order_id": "A20260829001",
    "customer": {"name": "赵敏", "city": "杭州"},
    "total": 9797.0,
}

# 序列化成字符串（ensure_ascii=False 让中文不转成 \uXXXX）
text = json.dumps(order, ensure_ascii=False, indent=2)
print(text)
# 输出：
# {
#   "order_id": "A20260829001",
#   "customer": {
#     "name": "赵敏",
#     "city": "杭州"
#   },
#   "total": 9797.0
# }

# 反序列化回字典
data = json.loads(text)
print(data["customer"]["name"])  # 输出：赵敏

# 直接写/读文件
with open("order.json", "w", encoding="utf-8") as f:
    json.dump(order, f, ensure_ascii=False, indent=2)

with open("order.json", encoding="utf-8") as f:
    loaded = json.load(f)
print(loaded["total"])           # 输出：9797.0

💡 提示：ensure_ascii=False 让中文保持原样、可读；indent=2 让输出带缩进、更美观。但注意 ：JSON 里没有「元组」「日期」等类型，json.dumps 遇到它们会报错，需要先转换（如日期转字符串）。

5. pickle 简述

pickle 能把任意 Python 对象序列化成字节流（JSON 只能存基本类型）：

python 复制代码

import pickle

config = {"theme": "dark", "sizes": (16, 24), "enabled": True}

# 序列化到文件
with open("config.pkl", "wb") as f:   # 二进制模式
    pickle.dump(config, f)

# 反序列化
with open("config.pkl", "rb") as f:
    loaded = pickle.load(f)
print(loaded["sizes"])  # 输出：(16, 24)  ------ 元组被完整保留

🚫 避坑：pickle 只能用于自己可控的、可信的数据 。绝不要 pickle.load 来自不可信来源的文件------反序列化可以执行任意代码，是严重的安全风险。跨语言、跨系统交换数据请用 JSON。

6. 实战演练：读取 CSV 汇总成 JSON 报告

需求：读一个订单 CSV 文件，统计总金额、订单数，生成 JSON 报告。

python 复制代码

import csv
import json
from pathlib import Path

def summarize_orders(csv_path: str, report_path: str) -> None:
    """读取订单 CSV，汇总统计并生成 JSON 报告。"""
    orders = []
    with open(csv_path, encoding="utf-8") as f:
        reader = csv.DictReader(f)
        for row in reader:
            orders.append(
                {
                    "order_id": row["订单号"],
                    "amount": float(row["金额"]),
                    "status": row["状态"],
                }
            )

    paid_orders = [o for o in orders if o["status"] == "已支付"]
    report = {
        "total_orders": len(orders),
        "paid_orders": len(paid_orders),
        "total_amount": round(sum(o["amount"] for o in orders), 2),
        "paid_amount": round(sum(o["amount"] for o in paid_orders), 2),
    }

    Path(report_path).write_text(
        json.dumps(report, ensure_ascii=False, indent=2),
        encoding="utf-8",
    )
    print(f"报告已生成：{report_path}")


if __name__ == "__main__":
    summarize_orders("orders.csv", "report.json")

假设 orders.csv 内容：

text 复制代码

订单号,金额,状态
A001,199.0,已支付
A002,299.0,待支付
A003,149.0,已支付

生成的 report.json：

json 复制代码

{
  "total_orders": 3,
  "paid_orders": 2,
  "total_amount": 647.0,
  "paid_amount": 348.0
}

这个「CSV 进、JSON 出」的流程，正是日常数据处理最常见的样子。

7. 常见错误与避坑

忘写 encoding="utf-8"：中文乱码，Windows 上尤其明显。
"w" 覆盖了原文件 ：只想追加却用了 "w"，数据被清空。追加要用 "a"。
CSV 少了 newline=""：Windows 下出现多余空行。
ensure_ascii=True（默认） ：中文变 \uXXXX，可读性差，加 ensure_ascii=False。
对不可信文件用 pickle：安全风险，改用 JSON。

8. 小结

with open(...) 自动关文件；文本读写加 encoding="utf-8"，二进制用 rb/wb。
pathlib 用 / 拼路径、read_text/write_text 读写、glob 匹配，现代首选。
csv.DictReader 把每行变字典，最易读。
json.dumps/loads/dump/load 四个函数，ensure_ascii=False 保中文，indent 美化。
pickle 能存任意对象但只用于可信数据；跨语言交换用 JSON。

9. 练习与思考

写一个脚本，读取用户输入的文本，追加写入 diary.txt（用 "a" 模式）。
把一份学生成绩的字典列表 [{"name": "张三", "score": 90}, ...] 写成 CSV 文件。
用 pathlib 列出当前目录下所有 .py 文件，并打印它们的名字。
思考：什么场景该用 JSON、什么场景该用 CSV、什么场景该用 pickle？

💡 提示：第 4 题从「是否结构化」「是否需要跨语言」「是否需要存对象」三个角度思考。

10. 延伸阅读

Python 官方文档：Reading and Writing Files
Python 官方文档：pathlib
数据库替代文件存储：见本系列第 19 篇

📚 本系列导航

上一篇 ：《11 · 异常处理与日志》
下一篇 ：《13 · 现代 Python 特性：类型提示、match、dataclass》
系列总览 ：《Python 从入门到精通》系列目录

如果觉得有用，欢迎收藏、点赞、转发，让更多人少走弯路。