Python 文件操作详解：读写模式、序列化与路径管理

• 使用正斜杠 /（推荐），跨平台兼容性好。
• 或使用原始字符串 r'' 避免转义问题。
• 现代 Python 开发推荐使用 pathlib 模块处理路径。

from pathlib import Path
p = Path('data/file.txt')
if p.exists():
    print(p.read_text(encoding='utf-8'))

二、常用文件访问模式

注意：

• 文本模式 (r) 下读取的是字符串，二进制模式 (rb) 下读取的是字节串。
• r+ 模式下，文件指针默认在开头。若先写后读，写入内容可能覆盖原有数据。

三、文件的读取和写入

1. 读取方法

假设文件内容为多行文本：

# read()：一次性读取全部
f = open('test.txt', encoding='utf-8')
print(f.read())
f.close()

# read(n)：读取 n 个字符或字节
f = open('test.txt', encoding='utf-8')
print(f.read(6))  # 读取前 6 个字符
f.close()

# readline()：读取一行
f = open('test.txt', encoding='utf-8')
print(f.readline().strip())
f.close()

# readlines()：读取所有行为列表（大文件慎用）
f = open('test.txt', encoding='utf-8')
lines = f.readlines()
print(lines)
f.close()

# for 循环迭代（推荐，节省内存）
with open('test.txt', encoding='utf-8') as f:
    for line in f:
        print(line.strip())

2. 写入方法

• write()：写入字符串或字节。
• w 模式会清空原文件内容。

with open('output.txt', 'w', encoding='utf-8') as f:
    f.write('Hello World\n')

3. 指针定位

• tell()：获取当前文件指针位置。
• seek(offset, whence)：移动指针。
  • whence=0：从文件头开始。
  • whence=1：从当前位置开始。
  • whence=2：从文件末尾开始。

with open('test.txt', 'rb') as f:
    f.seek(5, 0)  # 从开头跳过 5 字节
    data = f.read()

四、文件拷贝功能

实现文件拷贝时，建议使用二进制模式以兼容所有文件类型（包括图片、视频等）。

import os

def copy_file(src_path, dst_path):
    if not os.path.isfile(src_path):
        raise FileNotFoundError(f"源文件 {src_path} 不存在")
    
    try:
        with open(src_path, 'rb') as src, open(dst_path, 'wb') as dst:
            while True:
                chunk = src.read(1024 * 1024)  # 每次读取 1MB
                if not chunk:
                    break
                dst.write(chunk)
        print("拷贝成功")
    except Exception as e:
        print(f"发生错误：{e}")

五、CSV 文件的读写

CSV (Comma-Separated Values) 是以纯文本形式存储表格数据，单元格间用逗号分隔。

import csv

# 写入 CSV
with open('data.csv', 'w', newline='', encoding='utf-8-sig') as f:
    writer = csv.writer(f)
    writer.writerow(['name', 'age', 'score'])
    writer.writerows([
        ['zhangsan', 18, 98],
        ['lisi', 20, 99]
    ])

# 读取 CSV
with open('data.csv', 'r', encoding='utf-8-sig') as f:
    reader = csv.reader(f)
    for row in reader:
        print(row)

*注：newline='' 可防止 Windows 下出现多余空行，utf-8-sig 支持 Excel 打开中文不乱码。

六、内存中的文件操作

Python 提供 StringIO 和 BytesIO 类，将内存缓冲区当作文件对象操作。

from io import StringIO, BytesIO

# 字符串缓冲
sio = StringIO()
sio.write('hello\n')
sio.write('world')
print(sio.getvalue())

# 字节缓冲
bio = BytesIO()
bio.write('你好'.encode('utf-8'))
print(bio.getvalue())

七、sys 模块重定向

通过修改 sys.stdin、sys.stdout、sys.stderr 可实现输入输出流的控制。

import sys

# 重定向标准输出到文件
with open('log.txt', 'w', encoding='utf-8') as f:
    old_stdout = sys.stdout
    sys.stdout = f
    print('This goes to file')
    sys.stdout = old_stdout

八、序列化和反序列化

当需要保存复杂对象（如列表、字典、自定义类实例）时，需进行序列化。

1. JSON 模块

适用于跨语言、跨平台的数据交换，仅支持基础数据类型。

import json

# 序列化
data = {'name': 'Alice', 'age': 25}
json_str = json.dumps(data, ensure_ascii=False)

# 反序列化
obj = json.loads(json_str)

# 直接读写文件
with open('data.json', 'w', encoding='utf-8') as f:
    json.dump(data, f, ensure_ascii=False, indent=4)

2. Pickle 模块

适用于 Python 内部数据持久化，支持任意 Python 对象，但不可跨语言。

import pickle

# 序列化并保存
with open('data.pkl', 'wb') as f:
    pickle.dump(data, f)

# 加载
with open('data.pkl', 'rb') as f:
    loaded_data = pickle.load(f)

3. JSON 与 Pickle 对比

• JSON：文本格式，人类可读，跨平台，不支持自定义对象。
• Pickle：二进制格式，不可读，仅限 Python，支持复杂对象。

九、最佳实践与注意事项

1. 异常处理：文件操作易受 IO 错误影响，建议使用 try-except-finally 或 with 语句确保资源释放。
2. 编码统一：尽量统一使用 UTF-8 编码，避免在不同操作系统间传输时出现乱码。
3. 大文件处理：避免使用 readlines() 读取超大文件，应采用迭代器逐行处理。
4. 权限检查：操作前检查文件是否存在及是否有读写权限。

通过以上方法，可以高效、安全地处理 Python 中的各类文件操作需求。