我與python約個會：29.企業級開發進階1：文件輸入輸出流[IO操作]

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本節內容如下：

• 什麼是IO
• 文件內容操作
  • 操作文本文件
  • 操作二進制文件
• 內存IO
  • 初步認識io模塊
• 目錄和文件的操作
  • 初步認識os模塊
  • 文件的創建、重命名、刪除
  • 目錄的創建、重命名、刪除
• 序列化操作

1. 什麼是IO

IO：Input/Output~輸入/輸出的意思
任何編程語言，核心都是對數據的處理，對數據的處理一般情況下就是指代數據的輸入和輸出
常規情況下，我們在程序運行的過程中，將數據頻繁的輸入或者輸出到計算機的內存中，讓程序正常的運行；
由於程序中的數據並不是能持久保存的，所以在一些情況下，我們將數據輸入或者輸出到計算機中的文件中來進行永久保存；
所以各種編程語言中，都提供了豐富並且完善的輸入輸出流的API接口控制數據的輸入和輸出（讀/寫）~

運行中的程序，可以將數據臨時保存在內存中【向內存中輸出數據】，也可以將內存中的數據讀取出來在程序中使用【向程序中輸入數據】

num = 12 # 將一個數據12，賦值給變量num，num和對象12被輸出保存到計算機內存中了
print (num) # 將內存中num對應的數據12讀取到程序中進行答應，num和對應的對象數據12被輸入到程序中了

內存中的數據讀取

同樣，運行中的程序，可以將數據永久保存到文件中【向文件中輸出數據】，也可以從文件中讀取數據到程序中使用【讀取文件數據輸入到程序中】

從文件中讀寫數據

2. python中的輸入/輸出

python中提供了標準的輸入/輸出的語法結構，在之前的章節中已經進行過介紹，我們這裏簡單回顧一下即可
標準輸入：input()函數操作用於接收用戶數據，保存數據的過程就可以將數據寫入到內存中
標準輸出：print()函數用於將指定的數據輸出到控制檯進行展示

msg = input("請輸入個人介紹：")
print("個人介紹：" + msg)

3. python中對文件內容的操作

文件內容也是一種數據，對數據的操作一般情況下可歸結爲增刪改查四種方式
對文件內容的操作，可以歸結爲讀取、覆蓋、追加的操作。

python中對文件內容的操作主要是通過open()函數進行處理的，open()函數的簡單語法結構如下：

open(file, mode="r", buffering=-1, encoding=None, errors=None, newline=None, closefd=True, opener=None)

# file：是要操作的文件，這裏是完整的問文件路徑+文件名稱，如：d:/test.txt

# mode：是操作默認，默認是r，表示可讀的
####  常規選項如下：
#### r     #### 表示文件以可讀的方式打開，打開的文件只能讀取文件數據，不能修改
#### w     #### 表示文件以可寫的方式打開，可以操作文件中的數據，不能做其他操作
#### x     #### 表示文件以執行的方式打開，主要用於進行文件創建等操作
#### a     #### 表示文件內容以追加的方式打開，向文件寫入數據不會覆蓋原來的數據
#### b     #### 表示文件以二進制的方式進行處理，可以操作二進制數據
#### t     #### 表示文件以文本的方式進行處理，也是默認的方式
#### +     #### 表示文件以讀寫的方式進行處理，是rw結合起來的用法
#### U     #### 表示使用通用的內容換行的方式進行處理

# buffering：表示讀寫內容的緩衝區，如果設置爲0表示關閉緩衝區，通常情況下我們會使用io.DEFAULT_BUFFER_SIZE這個默認值，在不同的操作系統中是4096/8192字節的長度

# encoding：打開文件的編碼，這個選項只能用於操作文本文件的情況下，這個選項的默認值跟文件所在的操作系統有關

# errors：這個選項主要用於在encoding選項進行編碼和解碼出現錯誤時的操作，值是一個字符串，python已經封裝了字符串對應的處理功能；常規的選項如下：
#### strict    #### 使用嚴格模式進行處理，如果出現錯誤就拋出ValueError異常信息
#### ignore    #### 忽略出現的錯誤，這裏需要注意，忽略編碼錯誤會導致數據丟失的！
#### replace   #### 如果出現編碼錯誤，使用特殊符號替換錯誤的編碼，如符號?

# newline：選項用於控制mode爲U時自動換行的處理，可以是如下選項中的一種
#### "None"、""、"\n"、"\r"、"\r\n"

3.1. 操作文本文件

• 讀取文本文件中的數據，可以使用read()函數讀取所有數據或者read(size)讀取指定長度的數據或者readlines()讀取整行數據

# 以只讀的方式打開系統中d:/test.txt文本文件，讀取其中的數據
f = open("d:/test.txt", "r")

# 讀取數據到程序中
content = f.read()

# 使用讀取到的數據
print(content)

# 操作結果，記得關閉文件哦
f.close()

# 執行結果：d:/test.txt中的數據被完整的讀取出來了
~hello python！
~輸入輸出流測試數據!

上述代碼在執行時，如果操作的文件不存在就會出現如下錯誤，請按照之前的錯誤調試章節的內容分析一下錯誤

Traceback (most recent call last):
  File "D:/resp_work/PY_WORK/備課/模塊化開發/demo06/demo01文件操作.py", line 3, in <module>
    f = open("d:/testtxt", "r")
FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: 'd:/test.txt'

另外，在讀取文件數據時，一定要注意文件的編碼格式，通常情況下都是使用當前操作系統默認的編碼，也就是在函數處理時忽略encoding選項；如同下面的情況就會出現問題：

我當前系統的默認編碼是gbk編碼，在d:盤下創建了一個test2.txt文件，文件編碼修改成了utf-8編碼，此時執行如下代碼：

f = open("d:/test2.txt", "r")
content = f.read()
print(content)
f.close()

我們可以看到和前面的代碼沒有任何區別，但是執行出現如下問題：

Traceback (most recent call last):
  File "D:/resp_work/PY_WORK/備課/模塊化開發/demo06/demo01文件操作.py", line 26, in <module>
    content = f.read()
UnicodeDecodeError: 'gbk' codec can't decode byte 0xaf in position 8: illegal multibyte sequence

這是一個什麼樣的問題呢：報錯提示UnicodeDecodeError也就是編碼錯誤，我們修改程序代碼

f = open("d:/test2.txt", "r", encoding="utf-8")
content = f.read()
print(content)
f.close()

重新執行程序，數據正常讀取了

這是新的文件內容

• 向文本文件中寫入數據，一般情況下，可以通過write()函數或者writelines()函數向文件中寫入數據

# 以可寫的方式打開d:/test.txt文件
# 這裏請注意，open()函數的mode是w模式，如果目標文件不存在就會自動創建這個文件
f = open("d:/test.txt", "w")

# 通過write()函數向文件中寫入數據
f.write("這是Python從程序中寫入到文件的數據")

# 操作完成，一定記得關閉文件哦
f.close()

python程序寫入文件的數據

• 向文本文件中追加寫入數據，上面的代碼執行的結果，會將文件中原來的數據覆蓋掉

# 以追加內容的方式打開文件
f = open("d:/test.txt", "a")

# 向文件中追加內容
f.write("這是新的內容")

# 操作完成，記得關閉文件哦
f.close()

我們打開文件可以看到，原來的數據還在，新的數據被追加到了後面

追加寫入數據

3.2. 操作二進制文件

• 以二進制的方式打開文件讀取文件中的數據【文本文件也可以按照二進制文件的方式讀取】

# 按照二進制的方式讀取文件，mode可以設置爲rb兩個選項配合
f = open("d:/test.txt", "rb")

# 讀取文件數據
content = f.read()

# 使用文件中的數據
print(content)

# 操作完畢，記得關閉文件哦
f.close()

# 執行結果如下：
~b'\xd5\xe2\xca\xc7Python\xb3\xcc\xd0\xf2\xd0\xb4\xc8\xeb\xce\xc4\xbc\xfe\xb5\xc4\xca\xfd\xbe\xdd\xd5\xe2\xca\xc7\xd0\xc2\xb5\xc4\xc4\xda\xc8\xdd'

• 以二進制的方式，向文件中寫入數據

# 定義要寫入文件中的內容
s = "這是python按照二進制寫入的數據"

# 按照二進制的方式打開文件追加內容，mode可以設置爲ab兩個選項配合
f = open("d:/test.txt", "ab")

# 向文件中寫入數據
f.write(bytes(s, encoding="utf-8"))

# 使用文件中的數據
print(content)

# 操作完畢，記得關閉文件哦
f.close()

bytes(str, encoding="")這是一個將字符串轉換成字節數組的函數，寫入完成後查看文件內容如下：

紅色部分是寫入的二進制數據

4. python中對內存IO

python程序對數據的輸入輸出，不一定都是針對文件的，也可以是針對內存的處理
常規情況下，python提供了StringIO和BytesIO兩個內置類來進行內存中數據的處理
注意：需要引入python中的io模塊

• StringIO：在內存中讀寫字符串的內置類
• BytesIO：在內存中讀寫二進制數據的內置類

4.1 內存中讀寫字符串

• 內存中讀寫字符串
  常規情況下就是創建一個StringIO對象，然後按照正常的文件讀寫的方式進行內容的讀寫即可

# 引入需要的模塊
from io import StringIO

# 創建StringIO對象
s = StringIO()

# 向內存中寫入數據
s.write("保存在內存中的數據：用戶名")
s.write("內容默認是追加的")

# 從內存中讀取數據
content = s.getvalue()
print(content)

# 操作完成，適當的時刻關閉對象
s.close()

• 內存中操作二進制數據：和StringIO基本一致

# 引入需要的模塊
from io import BytesIO

# 定義要寫入的數據，使用bytes()函數轉換成二進制數據
s = "這是要寫入的數據"
sc = bytes(s, encoding="utf-8")

# 創建BytesIO對象
b = BytesIO()

# 向內存中寫入數據
b.write(sc)

# 從內存中讀取數據
content = b.getvalue()
print(content)

# 操作完成，適當的時刻關閉對象
s.close()

# 執行結果
~b'\xe8\xbf\x99\xe6\x98\xaf\xe8\xa6\x81\xe4\xbf\x9d\xe5\xad\x98\xe7\x9a\x84\xe6\x95\xb0\xe6\x8d\xae'

5. python中對目錄/路徑/文件夾的操作

本節內容所有的操作，其實都是和計算機交互的操作~操作計算機的內存、文件等等，python程序本身是做不了這些事情的，只是python在底層進行了和操作系統交互的功能封裝，將操作系統可以執行的諸如創建文件、文件內容操作、內存操作等等封裝成了函數

簡單瞭解os模塊，os模塊主要是針對操作系統的API的封裝

# 引入os模塊
import os

# 查看操作系統類型
# nt表示windows操作系統；posix表示Unix/Linux或者MacOS系統
os.name
~ 執行結果：nt

# 查看操作系統中的環境變量
os.environ
~執行結果：environ({'ALLUSERSPROFILE': 'C:\\ProgramData', 'APPDATA': 'C:\\Users\\mouwe\\AppData\\Roaming',.................'CLASSPATH': 'D:\\resp_application\\Java\\jdk1.8.0_121\\lib;.;',})

5.1. 操作文件目錄

# 查看當前操作系統的絕對路徑
os.path.abspath(".")
~ 執行結果：D:\resp_work\PY_WORK\demo
# * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
# 創建指定單級目錄
# 語法結構：os.mkdir(path, mode=, dir_fd=None)
# 描述：mkdir()函數用於使用指定的mode選項來創建一個文件夾目錄
# 參數path：用於創建文件夾的路徑
# 參數mode：用於設置的權限數字，默認777（所有權限：讀寫執行[rwx]）
# * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
# 在d盤中創建一個目錄，目錄名稱爲test
os.mkdir("d:/test") 

# * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
# 創建指定多級目錄
# 語法結構：os.mkdirs(path, mode=, exist_ok=False)
# 描述：makedirs()函數用於使用指定的mode選項來創建一系列文件夾目錄
# 參數path：用於創建文件夾的路徑
# 參數mode：用於設置的權限數字，默認777（所有權限：讀寫執行[rwx]）
# * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
# 在d盤中創建test文件夾，文件夾中包含test2文件夾，test2中包含test3文件夾
os.mkdirs("d:/test/test2/test3")

# * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
# 重命名
# 語法結構：os.rename(old, new)
# 描述：rename()函數用於使用新名稱重命名文件夾或者文件
# 參數old：要重命名的文件
# 參數new:文件的新名稱
# * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
os.rename("d:/test", "d:/new")

# * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
# 刪除文件或者目錄
# 語法結構：os.rmdir(path)
# 描述：rmdir()函數用於刪除指定路徑的文件夾或者文件
# 參數path：要刪除的文件夾或者文件的路徑
# * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
os.rm("d:/test")

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# 刪除多級文件夾
# 語法結構：os.removedirs(path)
# 描述：removedirs(path)
# 參數path：要刪除的多級文件夾路徑
# * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
os.removedirs("d:/test/test2/test3")

# * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
# 同樣在進行文件夾或者文件刪除的時候，首先要進行數據驗證
# 也就是首先判斷是文件夾/文件，纔去執行刪除操作
# * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
# os.path.exists(path)函數用於判斷指定的路徑是否存在，存在返回True
res = os.path.exists("d:/test")

# os.path.isdir(path)函數用於判斷指定的路徑是否文件夾，是則返回True
res = os.path.isdir("d:/test")

# os.path.isfile(path)函數用於判斷指定的路徑是否文件，是則返回True
res = os.path.isfile("d:/test")

對於文件和文件夾的初步操作，暫時先分析到這裏，再後面的章節中學習過多線程等操作之後再深入分析